开题报告.pdf

一一 本课题设计 研究 的目的 本课题设计 研究 的目的 1 通过毕业设计系统地巩固基本理论知识和专业知识 能综合运用所学课程自 主创新 培养学生分析问题和解决问题的能力 2 掌握设计原则 设计方法 步骤 提高计算 绘图 查阅文献 使用桥梁规 范手册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能 从而深入了解公路预应力 混凝土桥梁在桥式方案比选 结构计算及施工架设等方面的设计规范 计算方法及设 计思想等内容和要求 为毕业后从事桥梁技术工作打好基础 3 通过桥梁毕业设计 系统地掌握 WORD CAD 桥梁电算等程序的基本技能 并且可以熟练的运用 二二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 一 一 设计现状和发展趋势设计现状和发展趋势 按照资料和任务书上的要求 此桥为跨河公路桥 如采用悬索桥 则因该桥的跨 度不大 采用地锚式悬索桥明显不经济 如采用自锚式悬索桥 因其技术要求过高 施工复杂 不予推荐 所以悬索桥不在考虑范围之内 如采用斜拉桥 因其施工工艺 复杂 要求设备多 造价比较高 维修费用也较高 所以不适宜修建 若采用拱桥 自重较大 相应的水平推力大 支架施工多 施工工序多 不便于机械化施工 施工 周期长 多孔拱桥需设单向推力墩 且地势比较平坦 矢跨比较大 下部工程较为繁 琐 不予推荐 而无推力的拱桥技术要求较高 施工设备的要求很高 与梁式桥相比 较 明显不经济 不合理 所以 在本设计中 梁桥及刚构桥为首选的方案 对其特 点和发展趋势叙述作简要的分析 1 连续梁桥连续梁桥 一 一 发展趋势 文件综述 发展趋势 文件综述 预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种 它具有整体性能好 结构刚度大 变形小 抗震性能好 特别是主梁变形挠曲线平缓 桥面伸缩缝少 行车舒适等优点 由于悬臂施工方法的应用 连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展 60 年代初期在中等跨径预应力混凝土连续梁中 应用了逐跨架设法与顶推法 60 年代中期在德国莱茵河建成的本多夫 Bendorf 桥 采用了悬臂浇筑法 随着悬臂 浇筑施工法和悬臂拼装施工法的不断改进 完善和推广应用 在跨度为 40 200 米范 围内的桥梁中 连续梁桥逐步占据了主要地位 目前 无论是城市桥梁 高架道路 山谷高架栈桥 还是跨河大桥 预应力混凝土连续梁都发挥了其独特的优势 成为优 胜方案 我国自 50 年代中期开始修建预应力混凝土梁桥 至今已有 40 多年的历史 比 欧洲起步晚 但近对年来发展迅速 在预应力混凝土桥梁的设计 结构分析 试验研 究 预应力材料及工艺设备 施工工艺等方面日新月异 预应力混凝土梁桥的设计技 术与施工技术都已达到相当高的水平 近 20 年来 我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径 90m 的哈尔滨松花江 大桥 跨径 120m 的湖南常德沅水大桥 主跨 125m 的宜昌乐天溪桥 跨径 154m 的云 南六库怒江大桥等 下表是我国目前建成的部分主要大跨径预应力混凝土连续梁桥 我国已建成的部分主要大跨径混凝土连续梁桥 序号桥名主桥跨径桥址 1南京长江二桥北汊桥90 165 3 90江苏 2六库怒江大桥85 154 85云南 3黄浦江奉浦大桥85 125 3 85上海 4常德阮水大桥84 120 3 84湖南 5东明黄河公路大桥75 120 7 84山东 6风凌渡黄河大桥87 6 114 7 87山西 7沙洋汉江大桥63 111 6 63湖北 8珠江三桥80 110 80广东 二 生产需求状况二 生产需求状况 虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展 然而与国际先进水平仍存在一 定差距 想要赶超国际先进水平 必须要解决好下面几个问题 1 发展大吨位的锚固张拉体系 避免配束过多而增大箱梁构造尺寸 否则混凝 土保护层难以保证 密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提 高 2 在一切适宜的桥址 设计与修建墩梁固结的连续刚构体系 尽可能不采用养 护调换不易的大吨位支座 3 充分发挥三向预应力的优点 采用长悬臂顶板的单箱截面 既可节约材料减 轻结构自重 又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度 另外 在设计预应力连续梁桥时 技术经济指标也是一个很关键的因素 它是 设计方案合理性与经济性的标志 目前 各国都以每平方米桥面的三材 混凝土 预 应力钢筋 普通钢筋 用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济 指标 但是 桥梁的技术经济指标的研究与分析是一项非常复杂的工作 三材指标和 造价指标与很多因素有关 例如 桥址 水文地质 能源供给 材料供应 运输 通 航 规划 建筑等地点条件 施工现代化 制品工业化 劳动力和材料价格 机械工 业基础等全国基建条件 同时 一座桥的设计方案完成后 造价指标不能仅仅反应了 投资额的大小 而是还应该包括整个使用期限内的养护 维修等运营费用在内 通过 连续梁 T 型刚构 连续刚构等箱形截面上部结构的比较可以发现 连续刚构体系的 技术经济指标较高 2 简支梁桥 发展趋势 文件综述 发展趋势 文件综述 简支梁桥是梁式桥中应用最早 使用最广泛的一种桥型 由一根两端分别支撑在 一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥 属于静定结构 其构造 简单 架设方便 结构内力不受地基变形 温度改变的影响 钢筋混凝土简支梁桥经 济合理的适用跨径为 8 20m 大于 20m 时 一般采用预应力混凝土结构 我国预应力 混凝土简支梁桥的适用跨径为 20 50m 我国已建成跨径最大的简支梁桥是昆明南过境 干道高架桥 跨径 63m 其发展趋势为 采用高强 低松弛钢绞线群锚 T 形梁的翼 缘板加宽 吊装重量增加 为了减少接缝 改善行车 采用工型梁 现浇梁端横梁湿 接头和桥面 在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束 形成比桥面连续更进一步的 准 连续 结构 预应力混凝土 T 形梁有结构简单 受力明确 节省材料 架设安装方便 跨越能力较大等优点 其最大跨径以不超过 50m 为宜 再加大跨径不论从受力 构造 经济上都不合理了 大于 50m 跨径以选择箱形截面为宜 因此 本设计若采用简支梁 桥 则按 7 30m 分跨 为预应力混凝土简支 T 梁桥 关于混凝土简支梁桥的计算 我们通常要特别考虑横向分布系数 以下简单说明 根据各种梁式桥不同的宽度 横向连接构造和截面位置建立计算模型 有以下几 种荷载横向分布影响线的计算方法 杠杆原理法 把横向结构 桥面板和横隔板 视作在主梁上断开而简支在其上 的简支梁 偏心压力法 把横隔梁视作刚性极大的梁 铰接板法 把相邻板 梁 之间视为铰接 只传递剪力 刚接梁法 把相邻主梁之间视为刚性连接 即传递剪力和弯矩 比拟正交异性板法 将主梁和横隔梁的刚度换算成正交两个方向刚度不同的 比拟弹性平板来求解 杠杆原理法进行荷载横向分布计算的基本假定是忽略主梁之间横向结构的联系 作用 即假设桥面板在主梁梁肋处断开 而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂 梁来考虑 利用上述假定作出主梁的荷载横向分布影响线 即当移动的单位荷载 P 1 作用于 计算梁上时 该梁承担的荷载为 1 当 P 作用于相邻或其他梁上时 该梁承担的荷载为 零 该梁与相邻梁之间按线性变化 杠杆原理法适用于计算荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布系数 m 偏心压力法计算荷载横向分布适用于桥上具有可靠的横向联结 且桥的宽跨比 B L 小于或接近 0 5 的情况时 计算跨中截面荷载横向分布系数 m 偏心压力法的基本前提是 汽车荷载作用下 中间横隔梁可近似地看作一根刚 度为无穷大的刚性梁 横隔梁仅发生刚体位移 忽略主梁的抗扭刚度 即不计入主 梁扭矩抵抗活载的影响 偏心压力法计算荷载忽略了主梁的抵抗扭矩 这导致边梁受力的计算结果偏大 为了弥补不足 只要对偏心力矩 M 1 e 的作用进行修正即可 简支梁桥根据主梁的形式可以分为板桥 肋板式桥梁 箱型梁桥 对于预应力混凝土简支 T 梁桥 主梁间距为 1 8 2 5m 主梁高度为 1 14 1 25 l l为跨长 主梁肋宽度为 0 18 0 2m 翼缘板一般采取变厚的形式 其厚度随主梁 间距而定 翼缘根部的厚度不少于梁高的 1 10 边缘厚度不少于 10cm 对于主梁间 距大于 2m 的刚接梁桥 桥面板跨中厚度不少于 15cm 边缘板边厚度不少于 14cm 简支梁桥配筋包括 主筋 弯起钢筋 箍筋 分布钢筋 构造钢筋 简支 T 形梁桥的受力钢筋直径不少于 10mm 间距不大于 20cm 但其最小净距不 应小于 30mm 并不少于钢筋直径 在垂直于主梁方向布置分布钢筋 其直径不少于 8mm 间距不大于 20cm 且分布钢筋的截面面积不宜小于板截面的 0 1 在主钢筋的 弯折处 应布置分布钢筋 每隔 5 10m 设置一道横隔板 预应力筋的布置 预应力束筋应布置在束界界限内 以保证梁的任何截面在弹性工作 阶段时 梁的上 下缘应力不超过规定值 束筋弯起角度不宜大于 20 度 对于超过 20 度的应采取措施减少摩阻损失 预应力束筋在满足构造要求的同时 应尽量互相紧 密靠拢 以减少下马蹄的尺寸 减少自重 并在保证梁底保护层的前提下 重心尽量 靠下 以提高性能 节省钢材 3 3 刚构桥刚构桥 发展趋势 文件综述 发展趋势 文件综述 随着预应力混凝土工艺的完善 德国工程师率先采用挂篮悬臂浇筑混凝土修建连 续梁桥 为无支架施工方法奠定了基础 随着悬臂施工法在预应力混凝土桥梁的应用 跨中带剪力铰和跨中设挂梁的 T 型刚构得到了发展 而 T 型刚构桥的墩梁固结后 为 抵抗其悬臂施工中的较大不平衡弯矩 以及抵抗运营时活载或其它附加力所产生的弯 矩 其桥墩的抗弯刚度和抗推刚度都相当大 对于带铰的 T 型刚构 当预应力 混凝 土收缩徐变和温度变化引起结构变位时 在墩梁固结处产生的推力和弯矩将很大 此 外 铰处的折角造成车辆跳动 剪力铰也易损坏 带挂梁的 T 型刚构虽然缓和了行车 但是伸缩缝的增多 牛腿构造的复杂和易损害 以及施工上设备的增多 吊装挂梁的 设备 无法避免 近年来 高速公路的迅速发展要求行车平顺舒适 上述的 T 型刚构 已不能很好地满足要求 因此 T 型刚构体系在 20 世纪 80 年代初以后已很少采用 随着跨径的不断增大 大型支座的设计 制造 养护等问题制约了连续梁体系的发展 在 60 年代 前联邦德国首先采用悬臂浇注施工法在莱茵河上建成了主跨分别为 114 2m 和 208 0m 的沃尔姆斯桥 本道夫桥 它采用薄壁桥墩来代替 T 形刚刚构 的粗大桥墩 中孔采用剪力铰 边孔做成连续体系 这种桥型是连续刚构的雏形 因 为它的受力特性已接近连续梁 工程师改善了铰处的结构缺陷 并且利用其无支座的 优点 对其结构体系不断优化 将粗壮桥墩变柔变薄 使主梁受力性能与连续梁相近 逐步形成了柔性墩 墩梁固结的刚构体系 既保持了连续梁无伸缩缝 行车平顺的优 点 又保持了 T 型刚构不设支座 不需体系转换 方便施工的优点 墩身将较大的抗 弯刚度和较小的抗推刚度结为一体 可以减少墩顶负弯矩峰值 适应桥梁的水平变位 从而有效地改善了结构的受力状况 更适合建造大跨度的桥梁 这种综合了连续梁和 T 形刚构桥的特点的连续刚构是大跨度梁式桥的主要桥型之一 国外修建大跨连续刚构桥的历史相对稍早一些 1982 年 美国的休斯敦运河桥跨 径为 114 228 6 114 m 主梁为双室箱型断面 设计采用了刚性桥墩 在大跨度连 续刚构桥设计中比较少见 1985 年 澳大利亚建成的门道桥 Gateway 跨径为 145 260 145 m 采用了双薄壁柔性墩 单室箱型主梁和高强混凝土 连续刚构边 跨悬臂与引桥悬出部分之间 16m 以不约束水平变位的刚箱装置连接 该装置不能传递 轴向力 而能承受剪力与弯矩 该桥保持世界第一达 12 年之久 是一座里程碑式的 建筑 中国在 T 构桥的建设中 短时间内取得了巨大的成就 修建了大量大跨度 高技 术含量的 T 构桥 统计显示 目前中国的连续刚构和连续刚构 连续梁的组合体系在 200m 以上的有近 20 座 而且跨径居于我国 T 构桥前列 在结构类型 设计施工等方 面均有创新 对于各种不同墩高的连续刚构 国内都有成功的实例 2003 年 3 月合拢 的云南省元江大桥 跨径为 58 182 265 194 70 m 中墩高 123 5m 2006 年通车 的陕西洛河特大桥在陕西省洛川县建成 位于黄陵至延安高速公路上 该桥跨度为 90 3 160 90 m 主墩高达 143 5m 桥面高 152m 为混凝土连续刚构世界第一高 桥 这些建桥经验可为高墩连续刚构桥的设计和悬臂施工提供参考 随着高强预应力刚材 高强混凝土 刚 混凝土 大吨位张拉锚固体系的应用与 发展 对在役桥梁使用功能进行的评价和深入研究 使其设计和施工水平有了改进和 提高 故大跨度连续刚构桥的跨越能力将得到提高 应用范围将会更广 二 二 方案比选方案比选 技术标准 汽车荷载 公路 II 级 桥面宽度 全桥宽度 12 00m 0 5m 防撞栏杆 1 25m 人行道 8 5m 行 车道 1 25m 人行道 0 5m 栏杆 比选原则 A 所设计的桥梁结构在强度和稳定方面要有足够的安全储备 B 防撞栏杆应具有足够的高度和强度 适用耐久 应保证桥梁在设计基准期内正常使用 桥梁设计应遵循因地制宜 就地取材和方便施工的原则 桥的外形从任何角度看都应该是优美的 结构布置必须精练 并在空间有和谐的比例 桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求 第一方案 预应力混凝土变截面连续梁桥第一方案 预应力混凝土变截面连续梁桥 本方案采用三跨变截面预应力混凝土连续梁桥 跨径布置为 60m 100m 60m 主梁采用双悬臂矩形单箱单室的箱形截面 支点截面梁高 6m 跨中截面和悬臂端梁高 均为 3m 箱梁顶宽 12m 悬臂长度为 2 5m 箱梁顶板厚度 28cm 支点截面腹板厚度 为 60cm 底板宽 7m 厚度为 100cm 跨中截面梁地板厚度 25cm 腹板厚度 30cm 顶 板与腹板连接处的承托选用 1 4 的比例 底板与腹板的连接处的承托选用 1 3 的比例 各跨箱梁在中支点和边跨支点截面各设一道横隔板以抗畸变变形 在墩身下设一承 台 其尺寸为 800 x500 x250cm 采用 12 根直径为 130cm 的钻孔灌注桩 施工方法采用 悬臂挂篮法施工 整体布置图见图 1 所示 横断面上部结构图见图 2 所示 图 1 变截面连续梁桥立面图 图 2 变截面连续梁桥上部结构剖面图 第二方案 预应力混凝土等截面简支第二方案 预应力混凝土等截面简支 连续梁桥连续梁桥 本方案采用五跨等截面预应力混凝土连续梁桥 跨径布置为 5 44m 主梁采 用双悬臂矩形单箱单室的箱形截面 全截面梁高 2m 箱梁顶宽 12m 悬臂长度为 2 5m 箱梁顶板厚度 28cm 腹板厚度为 35cm 底板宽 7m 厚度为 22cm 顶板与腹板连接处 的承托选用 1 3 的比例 底板与腹板的连接处的承托选用 1 1 的比例 各跨箱梁在中 支点和边跨支点截面各设一道横隔板以抗畸变变形 在墩身下设一承台 其尺寸为 800 x500 x200cm 采用 6 根直径为 150cm 的钻孔灌注桩 施工方法采用移动模架法施 工 整体布置图见图 3 所示 横断面上部结构图见图 4 所示 图 3 简支 连续梁桥立面图 图 4 简支 连续梁桥上部结构剖面图 第三方案 连续刚构桥第三方案 连续刚构桥 本方案采用三跨预应力混凝土连续刚构 跨径布置为 65m 90m 65m 边主跨比为 0 72 主梁采用双悬臂矩形单箱单室的箱形截面 支点处梁高 6m 跨中处梁高 2 5m 梁底曲线采用二次抛物线 箱梁顶宽 12m 悬臂长 2 5m 箱梁顶板厚度为 28cm 腹板 厚度为 30 60cm 底板宽 7m 厚度为 35 80cm 顶板与腹板连接处的承托选用 1 4 的 比例 底板与腹板的连接处的承托选用 1 3 的比例 为了适用由于温度变化 混凝土 收缩 徐变以及制动力等因素引起的水平位移 采用竖直双肢薄壁墩 单肢的厚度为 2m 两肢中心线之间的距离为 3 5m 在墩身下设一承台 其尺寸为 800 x750 x250cm 采用 12 根直径为 130cm 的钻孔灌注桩 施工方法采用对称平衡悬臂浇筑施工 考虑 到桥面高程与地面之间的高差较小 为了减小桥墩的抗推刚度 本方案的桥墩采用双 支薄壁墩 整体布置图见图 5 所示 横断面上部结构图见图 6 所示 图 5 连续刚构桥的立面图 图 6 连续刚构桥的上部结构剖面图 图 2 2 9 连续刚构桥的下部结构剖面图 方案设计方案一设计方案二设计方案三 桥型变截面连续梁桥简支 连续梁桥连续刚构桥 孔径布置60m 100m 60m5 44m65m 90m 65m 适用性 1 箱形截面抗扭刚 度大 可以保证其 强度和稳定性 有 效 的 承 担 正 负 弯 矩 2 桥梁的结构刚度 大 变形小 行车 平稳舒适 1 全桥连续 行车 舒适 整体性好 利于抗震 2 全桥只在两岸桥 台 处 各 有 一 伸 缩 缝 3 由于支点负弯 矩的存在 使跨中 正 弯 矩 值 明 显 减 1 主梁保持连续 桥 墩 纵 向 刚 度 较 小 在竖向荷载作 用下属一种无推力 的结构 而上部结 构具有连续梁施工 的一般特点 有较 好的经济技术性 2 桥墩对地基要求 少 从而减少材料 用量及结构自重 4 施 工 工 艺 较 复 杂 工期较长 后 期营运养护费用较 高 较高 适合大跨 高墩的桥梁 美观性 全 桥 线 条 简 洁 明 快 与周围环境协 调好 因此 桥型 美观 主梁线条简洁 与 周 围 环 境 协 调 较 好 主梁线性流畅 与 周围环境协调好 桥型美观 经济性 连续梁刚度大 变 形小 伸缝少 能 充分利用高强材料 特性 促使结构轻 型化 跨越能力强 等截面形式能大量 节约模板 加快建 桥进度 简易经济 但不能充分利用截 面作用 基础设计 量大 技 术 经 济 指 标 较 高 分析结论 通过分析可知 等截面连续梁虽然行车平顺舒适 整体性好 利于抗 震 施工技术成熟 减轻结构自重等优点 但施工工艺较复杂 工期较长 且造价相 对简支梁较高 连续刚构虽然整体无伸缩缝 行车平顺 且养护工作量小 但连续刚 构对地基要求很高 桥墩造价高 工期较长 一般适用于大跨 高墩的桥 变截面连 续梁桥箱形截面抗扭刚度大 可以保证其强度和稳定性 有效的承担正负弯矩 桥梁的结构刚度大 变形小 行车平稳舒适 且全桥线条简洁明快 与周围环境协调 好 因此 桥型美观 就经济性而言连续梁刚度大 变形小 伸缝少 能充分利用高 强材料特性 促使结构轻型化 跨越能力强 综合考虑本桥所处地理位置 和遵循 经济 美观 适用性等桥梁设计原则以及预应力混凝土连续梁桥具有较高的性价比 施工工艺成熟 施工方便 工期短 造价较低 整体性好 安全可靠的优点 所以最 优方案为预应力混凝土连续梁桥 三三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 1 重点 1 方案比选 确定最优方案 2 拟定主要结构尺寸 3 选取计算简图 进行结构内力计算 4 配筋设计计算 5 强度 刚度 稳定性计算 6 施工图绘制 2 难点 1 正确选取计算简图 利用电算进行结构内力计算 2 配筋设计计算及复核 3 研究途径 1 广泛查阅文献资料 2 充分利用网络资源查阅相关内容 3 利用桥梁电算程序处理很分析数据 4 学习诸如桥梁博士等专业软件进行设计计算 5 请教老师 帮助解决疑难问题 四四 设计 研究 进度计划 设计 研究 进度计划 第 1 2 周熟悉毕业设计的任务和要求 调研 准备好上机条件 第 3 5 周方案比选 拟定结构尺寸 提交开题报告和方案图纸 第 6 9 周推荐方案上部结构设计计算 电算 第 10 11 周 配筋计算 第 12 周强度 刚度 稳定性验算 第 13 周下部结构设计计算 第 14 15周绘制施工图 第 16 周专业文献翻译 第 17 周整理资料 汇总成果 准备答辩 五五 参考文献 参