李新 开题报告.pdf

第 85 页 共 133 页 附件一 毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 株洲湘江四桥第株洲湘江四桥第 10 联施工图设计联施工图设计 课课题题类类别 别 设计设计 论文论文 学学生生姓姓名名 李李新新 学学号 号 201018020111 班班级 级 桥梁桥梁10 01班班 专专 业业 全称全称 土木工程土木工程 桥梁工程方向桥梁工程方向 指指导导教教师 师 李传习李传习张玉平张玉平 2014 年年 3 月月 第 86 页 共 133 页 一 本课题设计 研究 的目的 1 1 通过毕业设计 使我们能综合运用所学课程 强化基本理论和专业知 识 培养学生独立分析问题和解决问题的能力 1 2 提高计算 绘图 查阅文献 以及使用规范手册的基本技能 掌握大 中型桥梁的设计原则 设计方法和步骤 1 3 树立正确的设计思想 培养严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新 的态度 1 4 在设计过程中让我们熟练掌握Auto CAD MIDAS等工程设计软件 并懂 得利用软件解决实际工程中遇到的问题 1 5 本毕业设计课题在设计计算中应严格遵循技术先进 安全可靠 适用耐 久 经济合理的基本原则 同时应充分考虑美观 环境保护和可持续发展的要求 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 桥梁是公路 铁路和城市道路的重要组成部分 特别是大 中桥梁的建设对 当地政治 经济 国防等都具有重要意义 桥梁同时也是一个国家 城市的象征 之一 就我国而言 随着经济的发展 公路桥梁的发展也极其迅速 经过几十年的 努力 我国的桥梁工程无论在建设规模上 还是在科技 设计水平上 均已跻身 世界先进行列 各种功能齐全 造型美观的立交桥 高架桥 拱桥 横跨长江 黄河等特大跨度桥梁 如雨后春笋频频建成 目前随着国家对五纵七横国道主干线公路的规划和实施 几十公里长的跨海 湾 海峡特大桥梁的宏伟工程已经出现在我们身边 并已逐渐开始建设 20世纪 90年代以来国家对高等级公路的巨大投入 使得我国的桥梁事业得到了空前的发 展 取得了举世瞩目的成就 以下简要介绍我国在各类桥梁上的成绩和发展趋势 1 混凝土梁桥 我国跨径最大的简支梁桥 是昆明南过境干道高架桥 跨径63m 于1997年 建成 进入20世纪80年代 采用对称平衡悬臂法施工的大跨度预应力混凝土箱形截 面连续梁得到了快速的发展 1991年建成的预应力混凝土梁桥 云南怒江大 第 87 页 共 133 页 桥 主桥跨径为85m 154m 85m 2001年7月建成南京长江第二大桥北汊桥 其 主桥跨径为90m 3 165m 90m 这些都是我国桥梁快速发展时期建设的典型桥 梁 连续刚构拥有梁保持连续 墩梁固结的特点 这样既保持了连续梁无伸缩缝 行车平顺的优势 又结合了T形刚构不设支座的优点 同时避免了连续梁和T构 的缺点 因此连续刚构桥在我国发展很快 广东番禹洛溪大桥是我国建成的第一 座大跨径连续刚构桥 跨径组合为65m 125m 180m 110m 采用双肢薄壁墩设 计 箱高墩顶处10m 跨中处3m 混泥土梁桥有降低梁高和跨越能力大的优势 尤其是预应力技术的应用 为 现代装配式结构提供了最有利的接头和拼装手段 让建桥的技术水平和运营质量 产生了大的飞跃 同时 混泥土梁桥和刚架桥拥有就地取材 耐久性好 整体性 好 适应性强 美观等优点 使得他们在桥梁建设中处于优先选择的地位 2 拱桥 拱桥在我国有着源远流长的历史 由于拱桥造型优美 跨越能力大 一直以 来是大跨径桥梁的主要形式之一 20世纪60年代拱桥无支架施工方法的应用与发 展 使混凝土拱桥竞争力大大提高 著名的石拱桥有赵州桥 湖南凤凰县乌巢河 桥 河南焦作高速公路上的新丹河大桥 90年代兴起的钢管混凝土拱桥 使得大跨径拱桥的建造水平得到了进一步的 提高 先合拢自重较轻 强度高的钢管拱圈 并以此作为作施工拱架 再往管内 压注高强度混凝土 使之进一步硬化形成主拱圈 此法分别用于广东南海三山西 大桥 主跨达360m的丫髻沙大桥 目前 由于在建造石拱桥时施工难度大 安全隐患多 一般不建议采用 然 而采用钢管与混泥土结合的新式结构拱桥得到设计师们的青睐 拱桥的设计将来 更趋向于此 3 斜拉桥 我国斜拉桥发展起步较晚 1975年建成的四川云阳桥是国内第一座斜拉桥 跨径63m 20世纪90年代以后 因大跨度的需要 斜拉桥得到了快速的发展 修 建了许多特大跨度的斜拉桥 据不完全统计 我国建成的斜拉桥已经超过100座 为世界瞩目 第 88 页 共 133 页 斜拉桥的优点是 桥梁跨越能力大 受桥面标高和桥下净高的限制少 同时 梁体尺寸较小 缺点是它属于多次超静定结构 设计计算困难 锚固构造复杂 施工往往是高空作业 施工控制严格 同时在桥梁使用过程中需要时常对拉索的 养护 然而在跨越峡谷 大河等不宜修筑桥墩的地方建设桥梁时 斜拉桥成了通 常选择的桥型 目前斜拉桥将朝着跨径超长化 结构多样化 轻型化发展 加强 斜拉索防腐保护方面的研究也成了其趋势之一 4 悬索桥 我国的现代悬索桥建设晚 特别是在特大跨度悬索桥方面 但在20世纪90 年代中期以后 这局面得到了彻底的改变 1995年建成的广东汕头海湾大桥 开 创了我国现代公路悬索桥的先例 随后又建成西陵长江大桥 虎门大桥 香港青 马大桥 江阴长江大桥等具有先进建造技术的桥梁 2012年3月建成的湖南矮寨 特大悬索桥创造了多项事件记录 这标志着我国在建造悬索桥的技术水平方面有 了质的飞越 悬索桥是适用于大跨度的桥梁结构 有结构简单 受力明确的特点 在合适 的地形 水文和地质条件下都可以建造 但考虑到造价原因 当特大跨度时才予 以考虑 随着技术的进步和不断的实践 自锚式悬索桥在中小跨径上是一种既美 观又经济的桥型 对中小跨径的公路桥梁很适宜建造 这是未来的趋势 另外越 来越大的跨度也将是悬索桥的发展趋势 桥型方案比选 1 设计依据 1 设计荷载 公路I级 2 桥面净宽 2 1 75m人行道 21m六车道 0 5分隔栏 25m 3 桥面坡度 纵向坡度1 2 4 通航要求 无通航要求 2 方案比选原则 经济性 适应性 施工难易程度 美观性 3方案比选 1 方案一 4 46m等截面连续梁桥 A 力学特点 第 89 页 共 133 页 超静定结构的连续梁桥在恒载和活载作用下 支点截面的负弯矩比跨中截面 的正弯矩大 但当跨径不大时它们之间的差值不会很大 因而可以考虑等截面形 式 并采取一定的构造措施加以调节 从而简化主梁的构造 B 纵向设计 本方案跨径布置为4 46m 在3号桥墩墩台一侧设置一个固定支座 其余为 顺桥向的单向活动支座 在3号桥墩另一侧设置横桥向的单向活动支座 其余均 为双向活动支座 此桥方案采用满堂支架法施工 一次浇筑成桥 然后拆除支架 如图1所示 图1 等截面连续梁桥桥型布置图 单位 cm C 横截面设计 截面形式为等截面单箱双室箱型截面 桥面全宽为25m 双向六车道 梁高 为3m 悬臂端长度为4m 设计简图如图2所示 图2 主梁横截面尺寸图 单位 cm 2 方案二 52m 80m 52m 变截面连续箱梁桥 A 力学特点 当连续梁的主跨径接近或大于70m时 若主梁仍采用等截面布置 在恒载和 第 90 页 共 133 页 活载作用下 主梁支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大的多 无论从受力 方面还是经济性方面讲都显得不太合理 于是 采用变截面连续梁更符合力学要 求 高度变化基本上与内力变化相适应 B 纵向设计 本方案跨径布置采用三跨不等跨布置 边跨52m 中跨80m 边跨52m 边跨 与中跨之比为0 65 2号桥墩墩台支座设计为固定支座 其余设计为活动铰接支 座 如图3所示 图3 变截面连续梁桥桥型布置图 单位 cm C 横截面设计 该桥型方案横截面设计为变截面箱梁 支点截面的梁高设计为5m 支点截 面梁高设计为2 5m 桥面宽度设计为25m 双向六车道 施工方法采用悬臂浇筑 从2号和3号开始对称施工 具体截面尺寸如图4所示 图4 主梁横截面尺寸图 单位 cm 第 91 页 共 133 页 3 方案三 74m 110m 独塔双跨式斜拉桥 A 力学特点 斜拉桥主要由主梁 索塔和斜拉索三大部分构成 斜拉索的两端分别锚固在 主梁和索塔上 将主梁恒载和车辆荷载传递至索塔 然后通过索塔传至地基 所 以主梁在斜拉索的各点支承作用下 如多跨弹性支承的连续梁 使弯矩值得以大 大的降低 这不仅可以使主梁的尺寸大大减小 而且由于结构自重显著减轻 既 节省了材料 又能大幅度提高桥梁的跨越能力 此外 斜拉索轴力产生的水平分 力会对主梁施加预应力 从而可以增强主梁的抗裂性能 节约主梁中的预应力钢 筋的用量 B 纵向设计 此方案斜拉桥采用不对称独塔双跨式设计 边跨 74m 主跨 110m 边主跨之 比为 0 67 桥面以上塔高设计为 36 67m 在边跨段设计一辅助墩以减小拉索应力 变幅 提高主跨刚度 索塔为独柱式 采用矩形空心截面 斜拉索采用不互相平 行的扇形布置 如图 5 所示 图 5 斜拉桥桥型布置图 单位 cm C 横断面设计 此方案桥型采用单箱三室截面设计 桥面宽度为 25m 主梁厚度为 3 2m 悬臂端长度为 4m 采用悬臂施工 先施工中间箱 待挂完拉索后 再完成两侧 边箱的施工 成品字形前进 将截面构成整体 如图 6 所示 第 92 页 共 133 页 图 6 主梁横截面尺寸图 单位 cm 方案比选 安全性实用性经济形美观性环保性 方案一 可保证工程本 身安全 同时 行 车 性 能 良 好 可保证司 机正常行车 满足交通运输 安全要求 满足中小跨径 桥 梁 设 计 的 三化 设计 标准 化 预制构件 化 施工机械 化 要求 无 伸缩缝 车辆 行驶平稳 主梁厚度较 厚 混凝土使 用量较大 施工需采用 临时墩 施工 难度较大 经 济性较差 一般较环保 方案二 主梁支点截面 的负弯矩与跨 中截面的正弯 矩相近 受力 上更加合理 更安全 采用浇筑施 工 无伸缩缝 行车舒适 运 行年限长 具有较大的跨 越能力 节省 材料 增加桥 下的净空高 度 施工难度 一般 采用曲线 设计 外形 美观 环保 方案三 可保证工程施 工 运行安全 斜拉索轴力产 生的水平分力 可增强主梁的 抗裂性能 安 全性好 符合桥梁设计 施工要求 但 施工时间较 长 主梁施工难度 较大 运行期 间需经常对锚 索进行养护 费用较大 经 济性较差 美观较环保 4 结论 由上表可知 从设计的安全性 实用性 经济性 美观性 环保性综合比 较 方案三经济性较方案二差 且方案一美观性不及方案二 故推荐方案二为设 计方案 52m 80m 52m 变截面连续梁 第 93 页 共 133 页 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 预应力变截面混凝土连续梁桥的设计步骤和重点 设计的一般步骤为 按照已有的设计拟定结构几何尺寸和材料类型 模拟实 际的施工步骤 计算出恒载及活载内力 然后在根据实际情况确定温度 沉降等 荷载 计算其产生的内力 并与恒 活载内力进行正常使用与承载能力组合 此 为设计过程中的第一次组合 两种组合的结果分别作为按应力和按承载能力估算 钢束的计算内力 估算出各截面的钢束之后 按照一定要求将钢束布置好 重新 模拟施工过程并考虑预应力的作用 计算恒载内力 由于钢束对截面几何特性的 影响 温度 沉降等内力也需要重新计算 但其余钢束估算时得到的结果差别非 常小 各种荷载作用下的内力计算出来后 需进行承载能力组合和正常使用组合 以进行截面强度验算 应力验算和变形验算 这是设计过程中的第二次组合 如 各项验算均满足要求且认为合理 则设计通过 如验算不通过 则虚调整钢束或 者修改截面尺寸后重新计算 直至各项验算均通过为止 设计难点 温度和支座沉降次内力的计算 活载内力的计算与内力组合 变 截面梁高的控制 预应力束界的概念 预应力钢筋的估算和布置 预应力损失及 有效预应力计算 混凝土的收缩徐变 拟采用途径 用桥梁计算软件模拟整个施工过程及成桥状态 在施工的每一 个阶段 充分考虑混凝土的收缩徐变 预应力的损失情况 结合荷载产生的向下 挠度和合理控制预加应力来避免产生过大的上拱度 设计施工时严格控制箱梁的 初张拉龄期 四 设计 研究 进度计划 1 第 1 至 4 周结合毕业实习熟悉 准备资料 方案比选 拟定推荐方 案结构尺寸 交方案比选 开题 报告和图纸 2 第 4 至 8 周专业文献翻译 推荐方案上部结构设计计算 电算 3 第 8 至 9 周配筋计算 4 第 9 至 10 周强度 刚度 稳定性验算进行中期检查 5 第 10 至 13 周绘制上部结构施工图 6 第 14 至 15 周下部结构计算 并绘制下部结构施工图 第 94 页 共 133 页 7 第 15 周专题小结 部分同学完成 8 第 16 周整理 修改资料 汇总成果 准备答辩 9 第 17 周答辩 提交成果 五 主要参考文献与外文翻译文件 由指导教师选定 1 JTG B01 2003 公路工程技术标准 S 北京 人民交通出版社 2003 2 JTGD62 2004 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 S 北京 人民交通出 版社 2004 3 JTGD60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 4 JTG D63 2007 公路桥涵地基与基础设计规范 S 北京 人民交通出版社 2007 5 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2007 6 范立础 顾安邦 桥梁工程 上 下册 土木工程专业用 M 北京 人民交 通出版社 2002 7 姚玲森 桥梁工程 公路与城市道路工程专业用 M 北京 人民交通出版社 2009 8 颜东煌 田仲初 李学文 桥梁结构电算程序设计 M 北京 湖南大学出 版社 2002 9 李传习 夏桂云 大跨度桥梁结构计算理论 M 北京 人民交通出版社 2002 10 周念先 桥梁方案比选 M 北京 人民交通出版社 1997 11 王文涛 刚构 连续组合梁桥 M 北京 人民交通出版社 1995 12 范立础 预应力混凝土连续梁桥 M 北京