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第 1 页 一 本课题设计 研究 的目的 通过桥梁毕业设计使学生能够更加深入的了解书本上的理论知识 更加熟悉 的掌握理论计算方法以及制图方法 通过毕业设计发现自己在知识面中的不足 同时 通过发现并解决在设计过 程中遇到的问题 提高自己发现问题解决问题的能力 通过毕业设计 提高自己对于电脑程序的运用能力 并熟悉查阅规范手册的 方法 逐步学会进行设计的步骤 设计方法和设计步骤 准守纪律 遵守校规 校纪 严谨负责 实事求是 刻苦钻研 相互协作 勇于创新 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 一 桥梁的现状和发展趋势 随着人类社会的发展和科技的进步 到了二十世纪 桥梁工程这一领域也 得到了长足的发展 各种不同结构的桥梁不断涌现 桥梁的跨度不断的增加 桥梁的结构也不断的得到完善 各种新型材料和高新技术不断用于桥梁建设中 相信随着时代的不断进步 桥梁也将会不断的发展和创新 根据桥梁受力的不同 桥梁可分为梁 拱 索三大基本体系 随着人们不 断的深入研究桥梁的组合体系 又衍生出刚架桥和斜拉桥 下面讲详细介绍这 五大类桥 1 梁式桥 所谓的梁式桥 就是以梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁 由于外力作 用的方向与梁式桥的中轴线几乎垂直 因此 在梁上将会产生较大的弯矩 从 而使结构整体以受弯为主 为保证梁桥的正常使用 建造梁式桥的材料通常都 是具有较强抗弯 抗拉能力的材料 梁式桥根据静力体系划分 可分为 简支梁桥 悬臂梁桥 连续梁桥 T 形刚构桥和连续刚构桥 下面将以此分类进行详细 1 简支梁桥 简支梁桥适用的跨度一般不超过 50m 跨径在 25m 以下时 通常采用钢筋 第 2 页 混凝土简支梁 施工方法分为预制装配和现浇 这类桥的结构简单明了 计算 简单 施工方便 而且对地基承载力的要求也较低 但当跨径超过 25m 时 则 应采用预应力简支梁桥 2 悬臂梁桥 悬臂梁桥与简支梁桥相比 由于支点负弯矩的卸载作用 跨中正弯矩显著 减小 可减小主梁高度 材料用量和结构自重 跨越能力提高 悬臂梁桥主要 可分为不带挂梁的单孔双悬臂梁桥和带挂梁的多孔悬臂梁桥 施工方法有悬臂 拼装和悬臂现浇两种 当跨径在 50m 以内时 截面形式宜采用马蹄形式的 T 形 截面 当超过 50m 时 则宜采用箱型截面 同时此类桥有较为明显的缺陷 以 南宁邕江大桥 图 2 1 为例 该桥两端是单悬薄梁 45m 中间 5 孔是双悬臂 梁 其间设挂梁 这种桥型 由于桥梁接缝较多 悬臂端设伸缩缝 易破坏 也影响行车舒适 所以已很少采用 图 2 1 1 1 南宁邕江大桥 3 连续梁桥 连续梁桥 是一种随时代发展 为满足行车舒适而衍生的一种梁式桥 连 续梁具有结构刚度大 变形小 伸缩缝少等多个优点 普通钢筋混凝土连续梁 桥的适用跨径仅在 15 30m 之间 难以满足现代大多桥梁建设的要求 于是 预 应力混凝土连续梁桥得以广泛的应用 预应力结构不但充分的发挥了高强材料 的特性 而且提高了结构的抗裂性 使结构自重更加小 因此 预应力混凝土 桥梁具有更大的跨越能力 表 2 1 为我国已建成大跨径预应力混凝土连续梁桥 预应力混凝提梁桥主要分为等截面连续梁桥和不等截面连续梁桥 等截面 连续梁桥高跨比一般为 1 15 1 25 边跨与中跨长度的比值一般在 0 6 0 8 之间 等截面连续梁一般适用于中等跨径桥梁 以 40 60m 为宜 主要适应于支架施工 第 3 页 主控假设施工 移动模架施工施工以及顶推施工法 当跨径大于 70m 时 应采 用不等截面连续梁 连续梁连续孔数一般不超过五跨 当需要在宽阔的河流上 修建多孔连续梁是 则可按 3 7 孔为一联分联布置 对于两跨以上的连续梁桥 边跨一般为中跨的 0 6 0 8 倍左右 适合不等截面连续梁桥的施工方法为悬臂现 浇和悬臂拼装 表表 2 2 1 1 2 2 1 1 我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥 序号桥 名 主 桥 跨 径 m 桥址 建成年份 1 南京长江二桥北汊桥90 165 3 90 江苏 2000 2 六库怒江大桥 85 154 85 云南 1995 3 黄浦江奉浦大桥 85 125 3 85 上海 1995 4 常德沅水大桥 84 120 3 84 湖南 1986 5 东明黄河公路大桥75 120 7 75 山东 1993 6 风陵渡黄河大桥 87 5 87 114 7 87山西 1994 7 沙洋汉江大桥 63 111 6 63 湖北 1985 8 珠江三桥 80 110 80 广东 1983 9 宜城汉江公路大桥55 100 4 55 湖北 1990 T 形刚构桥和连续刚构桥将在刚构桥中详细介绍 2 拱式桥 拱桥 指的是在竖直平面内以拱结构作为主要承重构件的桥梁 拱桥将竖 向荷载转化水平推力 使拱的弯矩大大减少 拱主要承受压力 拱桥的优点为 构造较简单 受力明确 跨越能力大 外形美观等 缺点为 对地基要求高 多孔连续拱桥会相互影响 跨径大的拱桥对施工工艺等要求较高 拱桥按拱上建筑形式可分为 实腹式拱桥和空腹式拱桥 按主拱圈线型分 可分为 圆弧线拱桥 抛物线拱桥 悬链线拱桥 按桥面位置可分为 上承式 拱桥 中承式拱桥 下承式拱桥 按有无水平推力可分为 有推力拱桥和无推 力拱桥 按结构受力图式可分为 简单体系拱桥 组合体系拱桥和拱片桥 按 拱圈截面形式可分为 板拱桥 板肋拱桥 肋拱桥 双曲拱桥 箱型拱桥 钢 管混凝土拱桥 劲性骨架混凝土拱桥 第 4 页 以普通上承式拱桥为例 对于钢筋混凝土板拱 拱圈高度可按跨径的 1 60 1 70 拟定 桥宽在 20m 以内时考虑用双肋式 大于 20m 时 采用分离的双 幅双肋拱 对箱型拱 拱圈高度可为跨径的 1 55 1 75 拱圈宽度一般可为桥宽 的 1 0 0 6 倍 为保证桥的横向稳定性 拱宽一般不小于跨径的 1 20 对于双曲 拱桥 考虑其 化整为零 集零为整 的施工方法 当跨径超过 80m 时 可将 其分为 5 段 否则 分为 3 段 双曲拱桥的截面高度一般为跨径的 1 40 1 55 一般来说 小跨径拱桥可采用实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱 大 中跨 径拱桥可采用空腹式悬链线拱 轻型拱桥或全透空的大跨径拱桥可采用抛物线 拱 拱桥的矢跨比一般在 1 4 1 8 之间 一般可采用预制拼装 悬臂现浇 支架 施工等施工方法对拱桥进行施工 3 悬索桥 悬索桥指的是通过塔索悬挂并锚固于两岸的缆索作为上部结构主要承重构 件的桥梁 悬索桥按主缆锚固形式可分为 自锚式悬索桥和地锚式悬索桥 按 孔跨形式可分为 单跨悬索桥和多跨悬索桥 下面以自锚式悬索桥和地锚式悬 索桥为例进行介绍 1 自锚式悬索桥 自锚式悬索桥的主缆直接锚固在加劲梁两端 由加劲梁直接承受主缆的水 平拉力和锚固点主缆的竖向力 在加劲梁的水平方向形成自平衡体系 其变中 跨比为 0 25 0 45 垂跨比一般在 1 12 1 8 之间为宜 根据受力需要 垂跨比可 适当加大 自锚式悬索桥不需要修建大锚锭 适用于地质条件较差以及不宜修 建锚锭的城市地区 同时 地锚式悬索桥受地形限制较小 可灵活布置 自锚 式的跨径可灵活选用 对于中小型桥梁 自锚式悬索桥很有竞争力 同时 自 锚式悬索桥也拥有较大跨越能力 如桃花峪黄河大桥 图 2 2 其主桥是 160 460 160m 的 3 跨自锚式悬索桥 图 2 1 3 1 桃花峪黄河大桥 第 5 页 2 地锚式悬索桥 地锚式悬索桥主缆拉力有桥梁端部的重力式锚点或隧道式锚点传递给地 基 地锚式悬索桥的边中跨比与垂跨比与自锚式悬索桥的相同 地锚式悬索桥 对地基持力层要求较高 但有强大的跨越能力 跨径能达 1000m 以上 日本明 石海峡大桥主跨更是达 1991m 如图 2 3 所示 图 2 1 3 2 日本明石海峡大桥 4 刚架桥 刚架桥是一种拱梁的组合结构桥 它是将受弯的上部结构和下部墩结合为 一个整体的桥型 刚架桥可分为门式刚架桥 斜腿钢架桥 T 形刚构桥和连续刚构桥 1 门式刚架桥 门式刚架桥适用于城市立交与需要跨越不太宽的河流 可采用支架施工等 多种施工方法 但由于门式刚架桥需要良好的地基条件 次内力较大 难以养 护和维修 易开裂等多个缺点而使此种较少采用 2 斜腿刚架桥 斜腿刚架桥适用于跨深谷地带或跨线立交桥上 可使用悬臂浇筑法 悬臂 拼装法 转体法等多种施工方法 由于存在和门式刚架桥类似的缺陷 斜腿刚 架桥也采用的较少 3 T 形刚构桥 T 形刚构桥 是将悬臂梁的墩柱和梁体固结后形成的带挂梁或带铰的结构 带挂梁的 T 构桥以每个 T 构单元与两侧配等跨长的挂梁最为简单合理 对于钢 筋混凝土 T 构桥 挂梁的经济长度一般为跨径的 0 5 0 7 预应力混凝土 T 构的 第 6 页 挂梁经济长度为跨径的 0 22 0 50 左右 钢筋混凝土 T 构桥常用跨径一般为 40 50m 而预应力混凝土 T 构桥的常用跨径为 60 120m 施工方法可选用满堂 支架施工或挂篮悬臂现浇等方法 4 连续刚构桥 连续刚构桥为连续梁桥和 T 形刚构桥的组合体系 连续刚构桥的边跨与主 跨比一般为 0 5 0 692 大部分在 0 55 0 58 之间 大跨径连续刚构桥一般采用箱 型截面 箱梁根部的高跨比一般在 1 16 1 20 之间 跨中截面梁高通常为支点截 面梁高的 1 2 5 1 3 5 之间 连续刚构桥一般应用于大跨 高墩的结构中 我国跨 径在 180m 以上的桥梁均采用连续刚构桥 连续刚构桥对于地基承载力的要求十 分高 预应力连续刚构桥主要有板式 肋梁式和箱型截面 当跨径超过 40 60m 时 多采用箱型截面 如图 2 4 中所示的元江大桥 主跨 265m 采用的就是箱 型截面 曾被誉为 世界第一高桥 连续刚构桥可采用支架现浇 转体施工等 方法 图 2 1 4 1 元江大桥 5 斜拉桥 斜拉桥主要由主梁 索塔和斜拉锁三部分组成 斜拉索两端分别固定在主 梁和索塔上 主梁的荷载通过斜拉索传递至索塔 再通过索塔传递到地基上 斜拉桥按力学性能分可分为漂浮体系 支承体系 塔梁固结体系 刚构体系 按塔数分为独塔体系 双塔体系和多塔体系 下面将介绍不同塔数的斜拉桥 独塔双跨式斜拉桥适用于跨越中小河流和城市通道 边跨与主跨之比通常 在 0 5 0 8 之间 多数接近于 0 66 双塔三跨式斜拉桥适用于跨越较大的河流 边跨与主跨之比在 0 25 0 5 之 间 从经济角度考虑 宜取 0 4 第 7 页 斜拉桥索塔的型式有柱式 门式 A 型 倒 Y 型 以及菱形 双塔斜拉桥 的索塔高与主跨比宜为 0 18 0 25 独塔斜拉桥索塔高与主跨比宜为 0 3 0 45 斜拉桥梁高与主跨比一般为 1 50 1 100 对于密索体系大跨径斜拉桥 比值 可小于 1 200 斜拉桥主要的施工方法为悬臂拼装法和悬臂现浇法 虽然在现在的桥梁工程中 我们的前辈已经取得了很多很伟大的成果 但是在 桥梁建设领域中 依旧有很多东西等着我们去发掘 去探索 因此 我们只有 在今天好好学习 认真完成每一个学习任务 才有可能有能力有基础去发展新 的桥梁体系 去发现那些桥梁中未知的秘密 建设更好更优秀的桥梁 二 设计方案比选 1 技术标准 汽车荷载 公路 级 桥面宽度 28 0m 每侧人行道净宽 1 5m 通航要求 无 不考虑地震及漂流物撞击作用 2 方案比选的原则 1 适用耐久 桥上应保证车辆和人群的安全畅通 并应满足将来交通量增长的需求 桥 下应满足安全通航 通行 泄洪等要求 建成的桥梁应保证在使用年限内正常 适用 并便于检查和维修 在通过设计荷载时 桥梁结构不应出现过大的变形 和过宽的裂缝 2 安全可靠 控制桥梁的横向与竖向振幅 避免车辆在桥上的振动与冲击 整个桥跨结 构和各构件 在制造 运输 安装和使用过程中应具有足够的刚度 强度 稳 定性和耐久性 3 经济 应遵循因地制宜 方便施工和就地取材的原则 尽可能的减少造价和维护 费用 4 技术先进 第 8 页 在因地制宜的条件下 尽可能地采用成熟的新技术 新材料和新设备 淘 汰和摒弃落后 不合理的东西 5 美观 一座桥梁 特别是座落于城市的桥梁应具有优美的外形 与周围的景致相 协调 并在空间有和谐的比例 合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素 不 可以把美观片面的理解为豪华的装饰 施工质量和结构细处的美化处理都很重 要 6 环境保护和可持续发展 桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展 不能以牺牲环境为代价发展济 3 方案比选 方案一 独塔斜拉桥 本桥采用实体板式主梁 尺寸如图 2 2 3 1 桥梁为双索面 使用 H 型 索塔 塔高 93 8m 主梁使用 C40 混凝土 索塔使用 C35 混凝土 边跨 比为 0 66 优点 独塔斜拉桥比较经济 可以省掉一个基础 且在总体布置上 设较长的无索区 使拉索量减少 相较于双塔斜拉桥 独塔斜 拉桥受收缩徐变和梯度温度的影响较小 缺点 设计计算复杂 空中施工较多作业 施工控制技术要求严格 施工方法 采用悬臂现浇施工方法 主要施工流程如下 支架现浇 0 号及 1 号块并挂索 拼装挂篮 对称悬浇梁端 挂篮前移 依次悬浇梁段 第 9 页 图 2 2 3 1 方案二 钢筋混凝土变截面连续刚构桥 本桥采用变截面箱梁 截面曲线采用 1 6 次抛物线 尺寸如图 2 2 3 2 主梁采用 C55 混凝土 防撞护栏采用 C30 混凝土 墩身采用 C40 混凝 土 承台桩基采用 C30 混凝土 预应力钢筋使用高强低松弛预应力钢 绞线 普通钢筋使用 R235 及 HRB335 级钢筋 优点 施工方便 不用转换体系 不设置支座 行车平顺 无伸缩缝 养护费用低 施工简单 用料节省 跨越能力强 具备较大的 横桥向抗扭刚度和顺桥向抗弯刚度 在最大程度利用了材料的 性能 缺点 上部结构连续长度有一定限制 长度再增加时应改为连续刚构 与连续梁组合体系 抗撞击能力较弱 施工方法 采用悬臂现浇方法 主要施工步骤如下 施工桥墩及 0 号块 以桥墩为中心 对称利用挂篮浇筑梁 段混凝土 混凝土达到凝期后 张拉预应力束 移动挂篮 进行下一节段施工 合龙 第 10 页 图 2 2 3 2 方案三 三跨悬索桥 本桥采用等截面板梁 尺寸如图 2 2 3 3 主梁采用 C50 混凝土 墩身 C40 混凝土 承台桩采用 C30 混凝土 预应力钢筋采用高强低松弛预应 力钢绞线 普通钢筋采用 R235 以及 HRB335 钢筋 主缆索股 吊索用 高强钢丝及钢丝绳均采用热镀锌线材 优点 可用较少的材料跨越较长的距离 施工风险小 有利通航 缺点 刚度小 活载作用下会产生较大变形 施工方法 采用悬臂现浇施工方法 主要步骤如下 采用搭设托架浇筑 0 号块和 1 号块 对称安装挂篮 浇筑 梁段 混凝土到达要求强度后 张拉预应力束 移动挂 篮 重复步骤 合龙 第 11 页 图 2 2 3 3 方案比选优缺点方案比选优缺点 表 一 方案一 方案二 方案三 适用性 主塔在主航道上 与 航道适应性较低 对 于通航有一定影响 主跨跨越主航道 与 航道适应性好 通航 1 净空大 防撞要求低 2 伸缩缝较少 主跨跨越主航道 与 航道适应性好 通航 净空大 防撞要求低 安全性 主桥跨度适中 板梁 式结构施工方便 工 期较短 主桥后期营 运养护费用较高 行 车较平顺 主体采用箱梁断面 刚度大 施工安全 行车平顺舒适 主桥 后期营运养护费用 少 施工技术先进 施工 安全性高 行车较为 平顺舒适 第 12 页 续上表 经济性 墩塔耗费材料较多 整体构造需要大量 钢材 不经济 截面挖空率较大 变 截面节省大量材料 经济 全桥消耗钢材较多 建成后后期养护 维 修费用较高 较不经 济 美观性 线条流畅 气势恢 宏 造型美观 全桥线条简洁明快 与周围环境协调好 桥型美观 全桥线条简洁明快 与周围环境协调好 因此 桥型美观 综上 采用方案二 变截面预应力连续刚构桥最为合理 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 1 设计的重点与难点 重点 1 成桥状态下的结构分析 2 主梁恒载 活载内力计算 3 预应力钢筋的配置 4 预应力混凝土的施工 难点 1 主梁恒载 活载内力计算和组合 2 预应力钢筋的布置 3 混凝土的收缩徐变 4 施工过程结构受力状态的正确模拟 2 拟采用的途径 1 合理选择桥型 正确拟定结构尺寸 2 利用桥梁计算机软件模拟整个施工过程和成桥状态 3 在每个阶段充分考虑混凝土的收缩徐变 4 设计施工时严格控制各片梁的初张拉龄期 第 13 页 四 设计 研究 进度计划 1 第 3 至 4 周 翻译 开题报告 方案比选 推荐最优方案 2 第 5 周 拟定结构尺寸 选取计算简图或内力计算 3 第 6 周 内力计算或程序调试与基本数据准备 4 第 6 至 8 周 内力计算 作用效应组合和绘制包络图 5 第 9 至 10 周 钢筋数量估算及布置 6 第 11 至 12 周 验算及资料整理 7 第 13 至 14 周 绘制施工图 8 第 15 周 编写设计说明书 整理译文 英文摘要 9 第 16 周 整理 修改及交稿 10 第 17 周 毕业答辩及其准备 第 14 页 五 参考文献 1 JTG B01 2003 公路工程技术标准 S 北京 人民交通出版社 2004 2 JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 3 CJTJ D61 2005 公路圬工桥涵设计规范 S 北京 人民交通出版社 2005 4 JTG D62 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 S 北 京 人民交通出版社 2004 5 JT