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烟墩冲 中桥 施工图 设计

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肖悠悠200718030420毕业设计(论文)开题报告题目： 烟墩冲中桥施工图设计 课 题 类 别： 设计 论文学 生 姓 名：学 号：班 级： 桥梁0704班专业（全称）： 桥梁工程指 导 教 师： 郝海霞 蔡长丰2011年3月1一、本课题设计（研究）的目的：通过毕业设计，可以全面掌握四年所学桥梁工程专业相关的基础理论和专业知识；熟练应用计算软件如桥梁博士、Midas等进行桥梁结构的内力计算、配筋计算等；熟悉掌握桥梁工程设计的整个过程；能够熟练应用计算机软件进行施工图绘制、处理文档、编写设计文件等；能够熟练使用规范手册的能力；培养调查研究、查阅技术文献和资料及编写技术文档的能力；培养独立思考、分析问题、解决问题和创新能力，提高独立工作的技能；培生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力。毕业设计阶段综合运用基础知识和专业技术，使在各方面均能得到较大提高，为今后工作打下良好基础。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：2.1 桥梁设计的现状2.1.1桥梁工程桥型的现状按照受力特点的不同，桥梁结构可以分为, 大类：梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥、刚构桥。前三者是古老的桥梁结构形式，后二者是近代特别是20世纪50年代以来发展较快的两种结构形式。（1）梁式桥梁式桥是一种使用最广泛的桥梁类型，是桥梁家族中最古老、最基本的成员。其它桥型结构组成部分也少不了梁或以梁作为结构的重要组成部分，如斜拉桥和悬索桥，可以说是由悬吊起来的梁组成。近代高强钢材和水泥的出现，使钢梁桥、钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥得到迅速的发展。结构型式也随着材料和技术的进步而不断演进，由简支梁发展到悬臂梁和连续梁，由实腹板梁发展到桁架梁和箱梁；由单一材料和单一结构体系的梁桥发展到结合梁和组合梁。在施工方法上除采用现场浇筑外，大量采用预制的装配式桥梁，实现制造安装工业化和设计标准化。近半个世纪以来，梁式桥发展的一个方向：箱型截面梁（简称箱梁）。当跨度增大、梁高增高时，把梁的横断面做成闭口箱型，可以大大增加梁的整体刚度特别是抗扭刚度，使梁肋在偏心活载作用下受力比较均匀。这种结构的腹板可以做得很薄、很经济，外观也更简洁美观，所以在现代桥梁中得到广泛应用。2（2）拱式桥拱式桥是一种弧形承重结构桥，型式多样，构造各异。按所使用的建筑材料可分为：圬工（砖、石、砼）拱桥、钢筋砼拱桥、木拱桥及钢拱桥。按拱上建筑型式可分为实腹式和空腹式拱桥。前者适合中、小跨径，后者一般适用于大、中跨径。按主拱轴线的线型可分为圆弧拱、抛物线拱及悬链线拱等。按桥面位置可分为上承式拱桥、下承式拱桥和中承式拱桥。将拱脚用系杆连接或与行车道系组合共同受力，可以形成系杆拱。我国工程界习惯于将拱桥按材料和结构型式分为：石拱桥（包括混凝土拱桥）、双曲拱桥、钢筋混凝土箱型拱桥、钢筋混凝土肋拱桥、钢筋混凝土桁架拱桥、钢筋混凝土刚架拱桥、钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥和钢拱桥。国外混凝土拱桥最大跨径已达390m(1980年建成的前南斯拉夫克尔克桥）。1997年建成的重庆万县长江大桥主跨420m，为世界最大跨径的混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥近几年在我国发展很快，2000年建成的广州丫髻沙珠江大桥（主跨360m）中承式钢管混凝土拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。2002年10月合拢的上海卢浦大桥，主跨550m，被誉为“世界第一拱”，为全焊接钢结构拱桥。我国在建设大跨径拱桥技术方面居世界领先地位。（3）悬索桥悬索桥是特大跨径桥梁的主要型式之一，被公认为桥梁领域中最优美的桥型，人们常将其称为“桥梁皇后”。它一般是由主缆、和加劲梁成一体的桥面、用来连接加劲梁和主缆的吊杆、变换拉索角度的塔和锚固拉索的锚碇构成。现在主缆一般用许多根高强钢丝做成，按AS法（空中选丝法）或PPWS法（预制束股法）制造。主缆两端由锚碇固定，锚碇由大体积砼做成，也有在山体中开挖隧道，然后灌筑砼形成。主缆的几何形状是由其在外力作用下的平衡条件决定的，外力包括恒载和活载。如果恒载相当大，则由恒载确定的几何形状就不会因较小的活载而引起多大变化。而桥面线形是通过吊杆由主缆决定的。在主缆几何形状不因活载上桥面发生多大变化的情况下，桥面的线形也就没有多大改变，于是对活载来讲，桥面就有了刚度，这就是“重力刚度”的概念。1883年美国建成的布鲁克林桥（主跨486m）标志着现代悬索桥的开始，当时其设计主要凭经验。1909年修建的曼哈顿桥（主跨448m），第一次采用了考虑几何非线性的“挠度理论”。20世纪30年代，相继建成的美国乔治华盛顿桥（主跨1067m）和旧金山金门大3桥（主跨1280m），使悬索桥的跨度超过了1000m。1995年日本神户大地震，经受地震考验的明石海峡大桥成功的抗震设计，使悬索桥的技术得到空前发展。我国现代悬索桥虽然起步较晚，但近年来发展迅速。1997年建成广东虎门桥，主跨888m。1999年建成江阴长江公路大桥，主跨1385m，跨径居世界第四位。我国悬索桥设计和施工水平已迈入世界先进行列。目前我国正在规划建设青岛海湾大桥、琼州海峡大桥等项目。（4）斜拉桥斜拉桥又称斜张桥，是一种用斜拉索（或斜拉杆）悬吊桥面的桥梁。斜拉桥的发展，有一段曲折而漫长的历程。早在18世纪下半叶至19世纪初，西方就修建了一些由铁链或钢拉杆建成的斜拉桥。由于对结构理论缺乏足够的认识，致使塌桥事故时有发生，人们也停止了此类桥梁的建设。二战后，由于近代桥梁力学理论的发展和计算机技术、材料性能、施工工艺水平的提高，人们重新认识到在一定跨度范围内修建斜拉桥的可能性。世界上第一座现代斜拉桥是1955年在瑞典建成的Stroemsund桥，主跨为182.6m。斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁组成。高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和活载传给塔柱，再由塔柱传给基础。斜拉桥在可达到的跨度内较悬索桥经济、刚度大、空气动力性能好。斜拉索常布置成单索面和双索面，主要型式有：辐射型、竖琴型、扇型等。塔柱有柱式、门式、A型、钻石型、倒Y型等，按数量有独塔、双塔或多塔。主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁和混合梁等。斜拉桥的结构体系可能的选择范围宽广，按斜拉索、塔柱和主梁三者的不同结合方式可分为：悬浮体系、支承体系、塔梁固结体系、刚构体系和协作体系等。斜拉索、塔柱和主梁的不同变化和组合，可以构成不同结构性能、力学特点和美学效果的斜拉桥，给工程师提供了广阔的想象和创造空间。斜拉桥在20世纪七八十年代发展较慢，20世纪90年代开始修建数量增多，跨径不断增大，类型也更丰富、更新颖，结构更完善。全球跨度超过400m的有40多座，我国南京长江二桥2000年建成，主跨628m。（5）刚构桥将主梁与墩台刚性固结，连接成整体，则主梁的弯矩可以传递给墩台，使其同时弯曲又受压力作用，这种桥型称为刚构桥。刚构桥是静不定结构，受力情况比较复杂，除4恒载与活载外力外，土压力、温度变化、砼收缩改变、不均匀沉降等均引起结构内力。刚构桥按支承方式分为无铰刚构桥和有铰刚构桥。工程上习惯将刚构桥分为：单跨刚构桥、多跨刚构桥、斜腿刚构桥、预应力混凝土T型刚构桥、PC连续刚构桥等。预应力混凝土T型刚构桥，是由于悬臂施工法的新生而发展出的一种新桥型。施工时主梁自桥墩向两侧平衡悬伸，一般分段悬臂浇筑或悬臂拼装，逐段施加预应力以支承自身结构及施工荷载。T型刚构施工阶段与运营阶段受力图式基本相同，能充分发挥材料性能，故可增大跨度。但因主梁跨中设铰，跨中挠度较大，且铰也不易制造安装和养护，因此近年来较少采用。世界上跨度最大的预应力混凝土T型刚构桥是1978年建成的南美巴拉圭亚森桥，跨度为270m。我国最大的T型刚构桥是四川重庆长江大桥，主跨174m。PC连续刚构桥适合于高桥墩、大跨度的情况，主梁与桥墩固结，跨中不设铰，行车舒顺。桥墩一般采用柔性薄壁墩，作用如同摆柱，利用其柔性以适应各种外力引起的纵向位移。墩身柔度大（刚度小）对梁的嵌固作用小，梁的受力就接近于连续梁桥。柔性墩需考虑主梁的纵向变形与转动方向的影响和墩身偏心受压时的稳定性。近年来，各国修建PC连续刚构桥很多。随着世界经济和技术的发展，PC连续刚构桥将得到更快的发展。1998年挪威建成了世界第一的Stolma桥（主跨301m）和世界第二的Raftsundet桥（主跨298m）。我国1997年建成的虎门大桥副航道桥（主跨270m）为当时PC连续刚构桥跨度的世界第一，我国PC连续刚构桥型的建桥技术，已居世界领先地位。2.1.2 桥梁工程设计计算理论现状桥梁的计算方法，随着时间的演变经历了一个不断发展的过程：经历了一个从手算到电算的过程；从空间问题平面化到空间建模空间计算的过程。其演变过程，当然是由于数学、力学等科学理论的发展所致，更重要的是计算机技术的迅猛发展推动所致。在桥梁建造之前预先可以估计构件中断面在不同阶段的应力状态，然后判断结构是否合理。所以，现代桥梁的建设离不开力学分析，桥梁力学从静力学发展到动力力学，从材料和结构的线性分析到非线性分析。分析方法可以用解析方法，随着电子计算机技术的发展，数值解法应用越来越广，从根本上改变了结构工程分析的历史，产生了计算结构力学，有限元法成为分析复杂桥梁结构形式的主要方法。随后发展了以计算机为辅助设计的桥梁CAD技术分支学科。集5结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。塔库玛悬索桥风毁后，引起桥梁界对桥梁风振的重视和研究，现在已有“桥梁数值风洞”的专用分析程序，用计算流体动力学对桥梁气动性能进行数值分析。桥梁计算涉及很多学科知识，如数学、力学等。其中最直接的是力学知识，力学中结构力学知识是基础。当然目前很多高校开设的结构力学因各种原因没有包含薄壁杆件结构力学的内容，然而这部分知识恰恰是桥梁计算中很重要的一部分。随着桥梁的发展，涌现出了很多新的问题。断裂力学、损伤力学等力学知识为这些新问题的解决提供了基础。2.1.3 桥梁工程施工技术现状我国在桥梁建造技术上有着悠久的历史和光辉的成就根据史料考证，在三千年前的周文王朝代，就有在渭河上架设浮桥和建造粗石桥的文字记载。隋、唐时期，是我国古代桥梁的兴盛年代，其间在桥梁型式、结构构造方面有着很多创新，可谓“精心构思，丰富多姿”。宋代之后，建桥数量大增，桥梁的跨越能力、造型和功能又有所提高，在桥梁施工方面充分表现了我国古代工匠的智慧和艺术水平，成为我国桥梁建造史上的宝贵财富。解放初期，我国的公路、城建部门在恢复、改造和新建公路与城市道路上改建和新建了数量可观的桥梁，使通车里程比解放前有了成倍的增长。但由于起重设备的限制，装配式桥仅在简支梁桥上使用，其他类型桥梁的施工仍多采用土牛胎、竹木支架、拱架现浇或砌筑施工。随着科学技术的进步，施工机具、设备和建筑材料的发展，桥梁施工技术得到了不断地改进、提高。从武汉长江大桥到南京长江大桥，在桥梁工程技术发展上是一个大进步。在南京长江大桥桥梁施工中，通过试验研究并设计制造了一系列关键性的施工机具设备，创造了一些新的施工工艺，如管桩下沉、钻孔洗壁、循环压浆、悬拼调整、高强螺栓安装等，保证了工程按质量要求完成。60年代中期，悬臂施工的方法从钢桥施工引入到预应力混凝土桥施工以后，摆脱了建造预应力混凝土梁桥只能采用预制装配和在支架上现浇施工的单一局面，促进了预应力混凝土桥梁结构的发展，相继有预应力混凝土T型刚构桥、连续梁桥、斜拉桥等结构6如雨后春笋般地在全国各地出现，从而使预应力混凝土桥成为我国桥梁工程的主要类型。桥梁的其他施工方法，如转体法、顶推法、逐孔施工法、横移及浮运法等都在70年代中得到应用。90年代以来，我国的交通事业和桥梁建设出现了一个全新的时期，突出体现在高速公路建设和国道系统的畅通以及桥梁技术、桥型、跨越能力和施工管理水平的升华。（1）桥梁基础施工一般来说，桥梁基础工程发展到今天，己经不受水文、地质条件的控制，所重视的是工程结构本身和经济效益。目前国内己经拥有了合符我国国清的一整套施工工艺及相应的设备，而特大桥梁基础已经向“组合基础”发展。扩大基础、桩基和沉井在各自的发展中又彼此“联合”。这种联合就是根据不同的水文、地质来发挥各类型式的特点而组成的一个整体，故出现了很多基础形式。桥梁基础工程由于在地面以下或在水中，涉及水和岩土的问题，从而增加了它的复杂程度，使桥梁基础的施工无法采用统一模式。但是根据桥梁基础工程的形式大致可以归纳为扩大基础、桩和管桩基础、沉井基础、地下连续墙基础和组合基础几大类。（2）桥梁上部结构施工桥梁上部结构的施工方法，70年代以后随着预应力混凝土的广泛应用，已经得到了迅速发展，并发生了重大的变革。在钢筋混凝土桥梁的时代，可以说主要是现场浇注的施工方法。由于桥梁类型增加与跨径增大，构件生产的预制化，结构设计方法的进步、机械设备的发展，由此而引起施工方法的进步和发展，形成了多种多样的施工方法。主要有：就地浇注法；预制安装法；悬臂施工法；转体施工法；顶推法施工；移动模架逐孔施工法；横移法施工；提升与浮运施工。2.1.4 桥梁工程运营管理现状国外已开发了一些比较成熟的桥梁管理系统, 像已经应用了几十年。但由于管理制度和养护规范不同, 很难直接引用国外的做法。国内开发的桥梁管理系统仍处于探索阶段, 因此借鉴国外先进桥梁管理系统的成功之处, 建立适合我国情况的、科学高效的桥梁管理系统, 是我国桥梁界的一项艰巨任务。7桥梁管理系统是关于桥梁基本数据、桥梁检测、状态评估、结构退化预测、维护对策和计划以及经济分析的计算机信息系统, 它分为网级管理和项目级管理两种。网级桥梁管理是在建立桥梁信息数据库的基础上, 通过对整个辖区范围内所有桥梁状况的检查结果进行分析与评定, 将桥梁划分成完好、需要检测和需要立即加固维修等几种状态, 进行桥梁分级排序, 同时根据这种分级排序对这些桥梁的有限的维护资金进行合理有序配置。项目级桥梁管理则是通过对桥梁的检测或试验结果进行理论分析计算, 针对单个桥梁的安全性进行评价, 对桥梁的未来状态进行预测, 并对桥梁的维护加固提供具有科学依据的决策方案。完整的桥梁管理系统至少应具备个功能模块数据库模块、仿真分析模块和决策支持模块。其中,数据库模块的主要任务是桥梁信息的存储和管理。数据库模块直接接收桥梁状态监测信息, 为仿真分析模块提供初始数据, 并直接或间接服务于决策支持模块仿真分析模块是桥梁或桥梁构件性能退化模型(Deterioration)的系统实现, 直接读取数据库模块的相关分析指标的初始数据, 利用内部建立的仿真模型进行未来的使用状态预测和维护需求分析, 并且为决策分析提供备选方案决策支持模块将直接面对一般用户, 为桥梁管理资金的分配和桥梁管理活动的计划决策提供支持, 它将在主管部门整个辖区范围内根据桥梁部分构件的危险程度, 以及仿真分析得到的维护需求分析结果进行决策分析, 统筹分配有限的资源。美国FHWA开发的Pontis桥梁管理系统, 是目前世界上最先进的桥梁管理系统, 它被美国80%的州和其他许多国家或地区所采用, 已成为桥梁管理系统的典范。Pontis的数据库在设计时就特别注意各种资料格式间的转换方式与可行性, 以及资料集中储存管理所面临的储存容量、撷取速度、备份管理、后续资料扩充的弹性等问题。在欧洲, 典型的桥梁管理系统有丹麦目前使用的DANBRO系统、法国的Edouard、英国的NATS、挪威的Brutus、芬兰的国家公路署管理系统等。在亚洲, 较为典型的管理系统有日本的道路公用桥梁管理系统、韩国的SHBMS等。2006年韩国的Lee，Sang-Ho与Jeong，Yeon-Suk开发了一种基于ISO10303的钢桥产品模型的集成框架, 该框架的综合数据库管理系统DBMS可用以管理和处理钢桥信息, 它基于互联网并适用于各种计算机环境。目前加拿大、南非、英国、丹麦、澳大利亚、日本等国家和地区已经建立了较为成熟的桥梁管理系统。8我国关于桥梁管理系统的研究虽然起步较晚, 但也开发了一些桥梁管理系统软件。例如, 交通部开发的“ 公路桥梁管理系统(CBMS)” 结合桥梁结构工程、病害机理、检测技术和数据采集技术, 运用计算机数据处理功能、评价决策方法和管理学理论, 对现有桥梁进行状况登记、评价分析、投资决策和状态预测, 是一种能够为公路桥梁的养护、维修、评价、决策和投资提供实用管理方法和有效管理手段的综合管理技术与辅助决策工具。铁道部大桥局设计院研制的桥梁数据库系统, 可对不同桥型的设计数据进行存储、分类和检索。西南交通大学开发的“ 桥梁工程设计数据库管理系统” 实现了对各种桥梁的设计数据、施工数据及运营养护数据的录入、查询和修改功能。大连大学和日本山口大学联合开发了钢筋混凝土桥智能决策辅助系统, 该系统利用神经网络、模糊评判、遗传算法及免疫遗传算法等最新信息处理技术, 开发了内容包括数据库管理系统、老化评价系统以及根据桥梁老化原因选择维修管理对策的系统等。2.2 桥梁设计的发展趋势随着高强度钢、高强度混凝土、玻璃钢、碳纤维等太空轻质材料的大量启用，桥梁建筑的主要材料也不断在更新。美国联邦公路署研究中心主任Phillip Yen曾说“目前的桥梁根据材料分类基本是钢筋混凝土结构和钢结构两大类。我们希望通过发展新材料的性能，能够把桥梁带进更高性能的层面。过去已经发展过碳纤维、玻璃纤维等材料，我们现在发展处的高性能的钢筋混凝土可以突破现在的性能极限，由此可以带来设计的变化。高强度的钢结构可以从以前的3650KSI达到70100KSI，它的强度、可焊度、韧度都会加倍，在冷却时还会保持原有的韧度，不会出现脆变。这是高性能材料发展对桥梁的作用。具有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主要材料将采用高强度，高韧性钢材和抑振合金材料，以特殊纤维为辅。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780 兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录达到1990米。美国缅因州的尼尔桥是由23条碳和玻璃纤维织物的拱形结构组成，是纤维强化塑料应用于公路取得的重大突破，土木工程师被它们的良好特性所吸引高强度、重量轻、耐腐蚀。对于现代桥梁的可持续性而言，设计者应当认识到如何使建筑材料发挥他们最大的特质。比如，贝壳的抗拉强度远高于水晶，而成分却很简单（95%的石灰石+5%蛋白质）。这种自然界的启迪正引导着科学家们寻找化学组成简单、工艺简化并节省能量，又减少环境污染的新型材料。此外，仿生蝴蝶翅膀功能的材料，具有抗水性和自洁功能。又如，9一些新型蓄光型自发光材料已经用于公路标志中，再结合各色燃料，使之具备白天充满丰富的色彩感同时夜间可自发光照明的特性，彻底改变传统照明能源消耗大的不足。目前, 计算机技术的发展为桥梁结构的优化设计创造了条件, 使桥梁设计人员可以对即将兴建的桥梁进行仿真分析, 使不同材料的性能发挥到极致; 结构动力学理论的发展与完善使设计者采用非常轻质的梁型时, 不致出现像著名的塔可马吊桥那样有被风吹塌的危险; 依靠科技进步可使设计人员打破常规, 采取特殊的结构措施, 用最少的钱造出轻质、美观而实用的桥梁来。如跨越地中海的直布罗陀海峡大桥采用了浮桥方案, 但不是传统意义上浮在水上的浮桥, 而是将桥梁基础放在一个巨大的没于水中的水密舱上, 水密舱锚定于海底, 其上部结构即为常规桥梁, 其反吊桥结构形式首开国际桥式之先河; 再如世纪之交中国推出的大跨转体钢管拱桥北盘江大桥, 其桥梁结构形式在国际上也是绝无仅有的。21世纪还将出现一种水下密封隧道式桥梁。意大利墨西拿海峡大桥在设计时就有这种比选方案, 这种桥下部结构为承台固基, 上部结构则是一个沉埋水下管段式密封隧道, 这是针对墨西拿海峡大桥常年狂风大浪、恶劣气候而精心选定的桥隧方案。21世纪方兴未艾的结合梁型的桥梁、斜拉桥、悬索桥也将得到长足发展。21世纪建成的新型大桥将“头脑灵活, 感觉敏捷”，计算机系统和传感器系统将可以感知风力、气温状况, 同时可随时得到并反映出大桥的承载情况、交通状况, 桥面还将设有路径传感器, 客车无人驾驶时不会偏离车道并能顺利通过大桥。自动收费装置将阻截“逃票”车辆, 交费足额才可放行。桥体内的传感器可测出大桥各部位的危险及潜在故障, 并及时发出警报。严寒冬季桥墩上的自动加热系统将启动吸收地热, 将地热传向桥面融化冰雪; 超载汽车、列车通过大桥之前, 会被装在桥头的传感器感测出来, 及时传感到智能装置, 桥头放行栅栏将自动关闭, 以防桥梁超载发生危险。21世纪的世界, 桥梁将成为造福人类, 代表社会进步与高度文明的标志性建筑。 三、方案比选3.1方案表述：方案一：预应力混凝土连续箱型梁桥方案描述： 本方案为332=96m三跨预应力连续箱型梁桥，全长101.04m。10施工方法：采用满堂支架法施工。采用满堂支架法进行预应力连续箱梁施工时，结构不发生体系转换，不引起恒载徐变二次距，预应力筋又可以一次布置，集中张拉。如下图3.1：图3.1 连续箱梁桥桥型布置图方案二：钢筋混凝土箱型拱桥方案描述：拱桥由于在竖向力下不会产生水平推力。所以相对梁桥而言具有更大的跨越能力。本次方案为高速公路上跨线桥，所以在不影响公路交通的前提下，不能设置位于中间的桥墩。采用拱桥可以解决此问题。拱桥线形优美，具有良好的视觉效果。施工方案：先分别预知各个梁段，采用缆索吊装拱肋单独成拱，再浇湿接缝作为横隔板加强横向联系。本方案为净跨径为96cm 的混凝土箱型拱桥。净矢高12m，净矢比1/8，拱轴系数m=1.988。 如下图3.2：11预应力混凝土简支梁桥型布置图图3.2 混凝土箱型梁拱桥型布置图方案三：简支空心板梁桥方案描述：简支空心板梁桥，可以先预制后吊装，实现上部结构和下部结构同时施工，不仅可以节省时间，加快施工进度，而且梁体质量容易保证，施工风险小，受气候因素影响小，耐久性好但行车舒适，后期运营维修费用低。施工方案：采用先预制后吊装工法。本方案为32396 m三跨简支空心板梁桥，全长101 .04m 。如下图3.3 ：图3.3 12钢筋混凝土拱桥方案（方案二）用投入较大。2.桩基抗滑处理费用较高。2.预制方便快捷，对模板要求不高。1.梁以受弯为主，受缩徐变现象，对构件的预应力钢筋混凝土2.接缝多，隔段时间需损坏需经常维修。1.对地质条件要求高。2.由于接缝较多，桥梁结构整体性不好。施工，结构整体性简支空心板梁桥 （方案三）1.施工方便，工期进度快，受天气影响较小。力简单。耐久性不利。不适，而且伸缩缝易1.施工风险小。2.采用预制安装，梁体质量容易保证。3.拱桥施工风险较大。2.伸缩缝较多，行车3.2 方案比较 三种桥型的主要优缺点比较预应力混凝土连续箱型梁桥（方案一）1.采用缆索吊装施工，施工设备较多，设备费1.施工方便，工期进度快，受天气影响较小。经济性3.采用分段吊装接缝处理工程量大。4.采用分段预制，由于弧线粱段，对模板要求较高。1.混凝土构件受压有收梁以受弯为主，采用适用耐久性结构耐久性较好。要对接缝进行修补。1.采用钻孔灌注桩,对地质要求较低。2.采用满堂支架现浇安全可靠性好，可靠性高。3.施工风险小。13钢筋混凝土拱桥方案（方案二）弧线较美观林环境和谐一体。先预制后吊装施工设设备较多占地面积大，对生态破坏较大简支空心板梁桥 （方案三）线性单一工艺占地面积小，有利于环境保护。预应力混凝土连续箱型梁桥（方案一）线性简单流畅，与山美观性采用满堂支架施工， 利用分段缆索吊装，架环境保护和可持施工完后拆除支架，续发展性对环境影响小。3.3结论结合上面表格的比较，从桥梁设计的原则：技术先进，安全可靠，适用耐久，美观，环保和可持续发展来考虑，推荐第一种方案：预应力混凝土连续箱型梁桥。四、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：4.1 设计重点与难点：在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。所以在本设计课题中，重点要做以下两方面的内容：（1）桥梁方案比选及总体设计。（2）结构设计计算和验算。4.2 采用手段：（1）.广泛阅读，积极参照国内外的成功桥梁设计案例，在进行综合分析的基础上，提出当前设计课题的解决方案。（2）.结构分析计算采用电算和手算相结合的方式。电算时，提供输入数据（全桥结构计算图示、单元类型及其划分、边界条件说明、关键数据输入说明等）采用相关软件计算。并绘制主梁一般构造及钢筋布置图，预应力钢束布置图，桥墩、基础构造及钢筋布置图。14,方案比较,拟定推荐方案的结构尺寸,进行中期检查, 交方案比选 (开题)五、设计（研究）进度计划：第1-4周： 结合毕业实习熟悉、准备资料报告和图纸。第3-8周： 推荐方案上部结构设计计算，电算第8-9周： 配筋计算第9-10周： 强度、刚度、稳定性验算第10-13周：绘制施工图第14周： 专题小结（部分同学完成）第15周： 专业文献翻译第16周： 整理资料，汇总成果，准备答辩第17周： 答辩，提交成果15EngineeringJ. American:2001:January.：六、参考文献：1JTJ01-97，公路工程技术标准S北京：人民交通出版社，19972JTGD62-2004，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20043JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范S北京：人民交通出版社，2004 4JTGD60-1985，公路桥涵地基与基础设计规范S北京：人民交通出版社，19855邵旭东桥梁工程M北京：人民交通出版社，20056范立础桥梁工程(上、下册)(土木工程专业用)M北京：人民交通出版社，19937姚林森桥梁工程(公路与城市道路工程专业用)M北京：人民交通出版社，19858颜东煌，李学文桥梁电算M北京：湖南大学出版社，19999周念先桥梁方案比选M北京：人民交通出版社，199710范立础预应力混凝土连续梁桥M北京：人民交通出版社，199911邵旭东桥梁设计百问M北京：人民交通出版社，200312叶见曙结构设计原理(第二版)M北京：人民交通出版社，200513陈忠延土木工程专业毕业设计指南（桥梁工程专业）M北京：人民交通出版社，200214American society of civil engineers. Civil15American society of civil engineers. Civil EngineeringJ. American:2001:February.16American society of civil engineers. Journal of Structural Engineering J. American2003：September.17American society of civ il engineers. Journal of Structural Engineering J. American2003：July. 18马尔立公路桥梁墩台设计与施工M北京：人民交通出版社，199816指导教师意见签名： 月 日教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：月 日 17 1 毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 题目题目： 烟墩冲中桥施工图设计烟墩冲中桥施工图设计 课课 题题 类类 别：别： 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名：名： 肖悠悠肖悠悠 学学 号：号： 200718030420200718030420 班班 级：级： 桥桥梁梁 07040704 班班 专业（全称） ：专业（全称） ： 桥梁工程桥梁工程 指指 导导 教教 师：师： 郝海霞郝海霞 蔡长蔡长丰丰 20112011 年年 3 3 月月 2 一、本课题设计（研究）的目的： 通过毕业设计，可以全面掌握四年所学桥梁工程专业相关的基础理论和专业知识；熟练应用计算软件如桥梁博士、Midas 等进行桥梁结构的内力计算、配筋计算等；熟悉掌握桥梁工程设计的整个过程；能够熟练应用计算机软件进行施工图绘制、处理文档、编写设计文件等；能够熟练使用规范手册的能力；培养调查研究、查阅技术文献和资料及编写技术文档的能力；培养独立思考、分析问题、解决问题和创新能力，提高独立工作的技能；培生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力。毕业设计阶段综合运用基础知识和专业技术，使在各方面均能得到较大提高，为今后工作打下良好基础。 二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 2.1 桥梁设计的现状 2.1.1 桥梁工程桥型的现状 按照受力特点的不同，桥梁结构可以分为, 大类：梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥、刚构桥。前三者是古老的桥梁结构形式，后二者是近代特别是20世纪50年代以来发展较快的两种结构形式。 （1）梁式桥 梁式桥是一种使用最广泛的桥梁类型，是桥梁家族中最古老、最基本的成员。其它桥型结构组成部分也少不了梁或以梁作为结构的重要组成部分，如斜拉桥和悬索桥，可以说是由悬吊起来的梁组成。 近代高强钢材和水泥的出现，使钢梁桥、钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥得到迅速的发展。结构型式也随着材料和技术的进步而不断演进，由简支梁发展到悬臂梁和连续梁，由实腹板梁发展到桁架梁和箱梁；由单一材料和单一结构体系的梁桥发展到结合梁和组合梁。在施工方法上除采用现场浇筑外，大量采用预制的装配式桥梁，实现制造安装工业化和设计标准化。 近半个世纪以来，梁式桥发展的一个方向：箱型截面梁（简称箱梁）。当跨度增大、梁高增高时， 把梁的横断面做成闭口箱型， 可以大大增加梁的整体刚度特别是抗扭刚度，使梁肋在偏心活载作用下受力比较均匀。这种结构的腹板可以做得很薄、很经济，外观也更简洁美观，所以在现代桥梁中得到广泛应用。 3 （2）拱式桥 拱式桥是一种弧形承重结构桥，型式多样，构造各异。按所使用的建筑材料可分为：圬工（砖、石、砼）拱桥、钢筋砼拱桥、木拱桥及钢拱桥。按拱上建筑型式可分为实腹式和空腹式拱桥。前者适合中、小跨径，后者一般适用于大、中跨径。按主拱轴线的线型可分为圆弧拱、抛物线拱及悬链线拱等。按桥面位置可分为上承式拱桥、下承式拱桥和中承式拱桥。将拱脚用系杆连接或与行车道系组合共同受力，可以形成系杆拱。 我国工程界习惯于将拱桥按材料和结构型式分为：石拱桥（包括混凝土拱桥）、双曲拱桥、钢筋混凝土箱型拱桥、钢筋混凝土肋拱桥、钢筋混凝土桁架拱桥、钢筋混凝土刚架拱桥、钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥和钢拱桥。国外混凝土拱桥最大跨径已达390m(1980年建成的前南斯拉夫克尔克桥）。1997年建成的重庆万县长江大桥主跨420m，为世界最大跨径的混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥近几年在我国发展很快，2000年建成的广州丫髻沙珠江大桥（主跨360m）中承式钢管混凝土拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。2002年10月合拢的上海卢浦大桥，主跨550m，被誉为“世界第一拱”，为全焊接钢结构拱桥。我国在建设大跨径拱桥技术方面居世界领先地位。 （3）悬索桥 悬索桥是特大跨径桥梁的主要型式之一，被公认为桥梁领域中最优美的桥型，人们常将其称为“桥梁皇后”。它一般是由主缆、和加劲梁成一体的桥面、用来连接加劲梁和主缆的吊杆、变换拉索角度的塔和锚固拉索的锚碇构成。现在主缆一般用许多根高强钢丝做成，按AS法（空中选丝法）或PPWS法（预制束股法）制造。主缆两端由锚碇固定，锚碇由大体积砼做成，也有在山体中开挖隧道，然后灌筑砼形成。 主缆的几何形状是由其在外力作用下的平衡条件决定的，外力包括恒载和活载。如果恒载相当大，则由恒载确定的几何形状就不会因较小的活载而引起多大变化。而桥面线形是通过吊杆由主缆决定的。在主缆几何形状不因活载上桥面发生多大变化的情况下，桥面的线形也就没有多大改变，于是对活载来讲，桥面就有了刚度，这就是“重力刚度”的概念。 1883年美国建成的布鲁克林桥（主跨486m）标志着现代悬索桥的开始，当时其设计主要凭经验。 1909年修建的曼哈顿桥（主跨448m），第一次采用了考虑几何非线性的“挠度理论”。20世纪30年代，相继建成的美国乔治华盛顿桥（主跨1067m）和旧金山金门大 4 桥（主跨1280m），使悬索桥的跨度超过了1000m。1995年日本神户大地震，经受地震考验的明石海峡大桥成功的抗震设计，使悬索桥的技术得到空前发展。 我国现代悬索桥虽然起步较晚，但近年来发展迅速。1997年建成广东虎门桥，主跨888m。1999年建成江阴长江公路大桥，主跨1385m，跨径居世界第四位。我国悬索桥设计和施工水平已迈入世界先进行列。目前我国正在规划建设青岛海湾大桥、琼州海峡大桥等项目。 （4）斜拉桥 斜拉桥又称斜张桥，是一种用斜拉索（或斜拉杆）悬吊桥面的桥梁。斜拉桥的发展，有一段曲折而漫长的历程。早在18世纪下半叶至19世纪初，西方就修建了一些由铁链或钢拉杆建成的斜拉桥。由于对结构理论缺乏足够的认识，致使塌桥事故时有发生，人们也停止了此类桥梁的建设。二战后，由于近代桥梁力学理论的发展和计算机技术、材料性能、施工工艺水平的提高，人们重新认识到在一定跨度范围内修建斜拉桥的可能性。世界上第一座现代斜拉桥是1955年在瑞典建成的Stroemsund桥，主跨为182.6m。 斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁组成。高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和活载传给塔柱，再由塔柱传给基础。斜拉桥在可达到的跨度内较悬索桥经济、刚度大、空气动力性能好。斜拉索常布置成单索面和双索面，主要型式有：辐射型、竖琴型、扇型等。塔柱有柱式、门式、A型、钻石型、倒Y型等，按数量有独塔、双塔或多塔。主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁和混合梁等。斜拉桥的结构体 系可能的选择范围宽广，按斜拉索、塔柱和主梁三者的不同结合方式可分为：悬浮体系、支承体系、塔梁固结体系、刚构体系和协作体系等。斜拉索、塔柱和主梁的不同变化和组合，可以构成不同结构性能、力学特点和美学效果的斜拉桥，给工程师提供了广阔的想象和创造空间。 斜拉桥在20世纪七八十年代发展较慢，20世纪90年代开始修建数量增多，跨径不断增大，类型也更丰富、更新颖，结构更完善。全球跨度超过400m的有40多座，我国南京长江二桥2000年建成，主跨628m。 （5）刚构桥 将主梁与墩台刚性固结，连接成整体，则主梁的弯矩可以传递给墩台，使其同时弯曲又受压力作用，这种桥型称为刚构桥。刚构桥是静不定结构，受力情况比较复杂，除 5 恒载与活载外力外，土压力、温度变化、砼收缩改变、不均匀沉降等均引起结构内力。刚构桥按支承方式分为无铰刚构桥和有铰刚构桥。工程上习惯将刚构桥分为：单跨刚构桥、多跨刚构桥、斜腿刚构桥、预应力混凝土T型刚构桥、PC连续刚构桥等。 预应力混凝土T型刚构桥，是由于悬臂施工法的新生而发展出的一种新桥型。施工时主梁自桥墩向两侧平衡悬伸，一般分段悬臂浇筑或悬臂拼装，逐段施加预应力以支承自身结构及施工荷载。T型刚构施工阶段与运营阶段受力图式基本相同，能充分发挥材料性能，故可增大跨度。但因主梁跨中设铰，跨中挠度较大，且铰也不易制造安装和养护，因此近年来较少采用。世界上跨度最大的预应力混凝土T型刚构桥是1978年建成的南美巴拉圭亚森桥，跨度为270m。我国最大的T型刚构桥是四川重庆长江大桥，主跨174m。 PC连续刚构桥适合于高桥墩、大跨度的情况，主梁与桥墩固结，跨中不设铰，行车舒顺。桥墩一般采用柔性薄壁墩，作用如同摆柱，利用其柔性以适应各种外力引起的纵向位移。墩身柔度大（刚度小）对梁的嵌固作用小，梁的受力就接近于连续梁桥。柔性墩需考虑主梁的纵向变形与转动方向的影响和墩身偏心受压时的稳定性。近年来，各国修建PC连续刚构桥很多。随着世界经济和技术的发展，PC连续刚构桥将得到更快的发展。1998年挪威建成了世界第一的Stolma桥（主跨301m）和世界第二的Raftsundet桥（主跨298m）。我国1997年建成的虎门大桥副航道桥（主跨270m）为当时PC连续刚构桥跨度的世界第一，我国PC连续刚构桥型的建桥技术，已居世界领先地位。 2.1.2 桥梁工程设计计算理论现状 桥梁的计算方法，随着时间的演变经历了一个不断发展的过程：经历了一个从手算到电算的过程；从空间问题平面化到空间建模空间计算的过程。其演变过程，当然是由于数学、力学等科学理论的发展所致，更重要的是计算机技术的迅猛发展推动所致。 在桥梁建造之前预先可以估计构件中断面在不同阶段的应力状态，然后判断结构是否合理。所以，现代桥梁的建设离不开力学分析，桥梁力学从静力学发展到动力力学，从材料和结构的线性分析到非线性分析。 分析方法可以用解析方法，随着电子计算机技术的发展，数值解法应用越来越广，从根本上改变了结构工程分析的历史，产生了计算结构力学，有限元法成为分析复杂桥梁结构形式的主要方法。随后发展了以计算机为辅助设计的桥梁CAD技术分支学科。集 6 结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。 塔库玛悬索桥风毁后，引起桥梁界对桥梁风振的重视和研究，现在已有“桥梁数值风洞”的专用分析程序，用计算流体动力学对桥梁气动性能进行数值分析。 桥梁计算涉及很多学科知识，如数学、力学等。其中最直接的是力学知识，力学中结构力学知识是基础。当然目前很多高校开设的结构力学因各种原因没有包含薄壁杆件结构力学的内容， 然而这部分知识恰恰是桥梁计算中很重要的一部分。 随着桥梁的发展，涌现出了很多新的问题。断裂力学、损伤力学等力学知识为这些新问题的解决提供了基础。 2.1.3 桥梁工程施工技术现状 我国在桥梁建造技术上有着悠久的历史和光辉的成就根据史料考证，在三千年前的周文王朝代，就有在渭河上架设浮桥和建造粗石桥的文字记载。隋、唐时期，是我国古代桥梁的兴盛年代，其间在桥梁型式、结构构造方面有着很多创新，可谓“精心构思，丰富多姿”。宋代之后，建桥数量大增，桥梁的跨越能力、造型和功能又有所提高，在桥梁施工方面充分表现了我国古代工匠的智慧和艺术水平，成为我国桥梁建造史上的宝贵财富。 解放初期，我国的公路、城建部门在恢复、改造和新建公路与城市道路上改建和新建了数量可观的桥梁，使通车里程比解放前有了成倍的增长。但由于起重设备的限制，装配式桥仅在简支梁桥上使用，其他类型桥梁的施工仍多采用土牛胎、竹木支架、拱架现浇或砌筑施工。随着科学技术的进步，施工机具、设备和建筑材料的发展，桥梁施工技术得到了不断地改进、提高。 从武汉长江大桥到南京长江大桥，在桥梁工程技术发展上是一个大进步。在南京长江大桥桥梁施工中，通过试验研究并设计制造了一系列关键性的施工机具设备，创造了一些新的施工工艺，如管桩下沉、钻孔洗壁、循环压浆、悬拼调整、高强螺栓安装等，保证了工程按质量要求完成。 60 年代中期，悬臂施工的方法从钢桥施工引入到预应力混凝土桥施工以后，摆脱了建造预应力混凝土梁桥只能采用预制装配和在支架上现浇施工的单一局面，促进了预应力混凝土桥梁结构的发展，相继有预应力混凝土 T 型刚构桥、连续梁桥、斜拉桥等结构 7 如雨后春笋般地在全国各地出现，从而使预应力混凝土桥成为我国桥梁工程的主要类型。 桥梁的其他施工方法，如转体法、顶推法、逐孔施工法、横移及浮运法等都在 70年代中得到应用。90 年代以来，我国的交通事业和桥梁建设出现了一个全新的时期，突出体现在高速公路建设和国道系统的畅通以及桥梁技术、桥型、跨越能力和施工管理水平的升华。 （1）桥梁基础施工 一般来说，桥梁基础工程发展到今天，己经不受水文、地质条件的控制，所重视的是工程结构本身和经济效益。目前国内己经拥有了合符我国国清的一整套施工工艺及相应的设备，而特大桥梁基础已经向“组合基础”发展。扩大基础、桩基和沉井在各自的发展中又彼此“联合”。这种联合就是根据不同的水文、地质来发挥各类型式的特点而组成的一个整体，故出现了很多基础形式。 桥梁基础工程由于在地面以下或在水中，涉及水和岩土的问题，从而增加了它的复杂程度，使桥梁基础的施工无法采用统一模式。但是根据桥梁基础工程的形式大致可以归纳为扩大基础、桩和管桩基础、沉井基础、地下连续墙基础和组合基础几大类。 （2）桥梁上部结构施工 桥梁上部结构的施工方法，70 年代以后随着预应力混凝土的广泛应用，已经得到了迅速发展，并发生了重大的变革。 在钢筋混凝土桥梁的时代，可以说主要是现场浇注的施工方法。由于桥梁类型增加与跨径增大，构件生产的预制化，结构设计方法的进步、机械设备的发展，由此而引起施工方法的进步和发展，形成了多种多样的施工方法。主要有：就地浇注法；预制安装法；悬臂施工法；转体施工法；顶推法施工；移动模架逐孔施工法；横移法施工；提升与浮运施工。 2.1.4 桥梁工程运营管理现状 国外已开发了一些比较成熟的桥梁管理系统, 像已经应用了几十年。但由于管理制度和养护规范不同, 很难直接引用国外的做法。国内开发的桥梁管理系统仍处于探索阶段, 因此借鉴国外先进桥梁管理系统的成功之处, 建立适合我国情况的、科学高效的桥梁管理系统, 是我国桥梁界的一项艰巨任务。 8 桥梁管理系统是关于桥梁基本数据、桥梁检测、状态评估、结构退化预测、维护对策和计划以及经济分析的计算机信息系统, 它分为网级管理和项目级管理两种。网级桥梁管理是在建立桥梁信息数据库的基础上, 通过对整个辖区范围内所有桥梁状况的检查结果进行分析与评定, 将桥梁划分成完好、需要检测和需要立即加固维修等几种状态, 进行桥梁分级排序, 同时根据这种分级排序对这些桥梁的有限的维护资金进行合理有序配置。项目级桥梁管理则是通过对桥梁的检测或试验结果进行理论分析计算, 针对单个桥梁的安全性进行评价, 对桥梁的未来状态进行预测, 并对桥梁的维护加固提供具有科学依据的决策方案。 完整的桥梁管理系统至少应具备个功能模块数据库模块、仿真分析模块和决策支持模块。其中,数据库模块的主要任务是桥梁信息的存储和管理。数据库模块直接接收桥梁状态监测信息, 为仿真分析模块提供初始数据, 并直接或间接服务于决策支持模块仿真分析模块是桥梁或桥梁构件性能退化模型(Deterioration)的系统实现, 直接读取数据库模块的相关分析指标的初始数据, 利用内部建立的仿真模型进行未来的使用状态预测和维护需求分析, 并且为决策分析提供备选方案决策支持模块将直接面对一般用户, 为桥梁管理资金的分配和桥梁管理活动的计划决策提供支持, 它将在主管部门整个辖区范围内根据桥梁部分构件的危险程度, 以及仿真分析得到的维护需求分析结果进行决策分析, 统筹分配有限的资源。 美国 FHWA 开发的 Pontis 桥梁管理系统, 是目前世界上最先进的桥梁管理系统, 它被美国 80%的州和其他许多国家或地区所采用, 已成为桥梁管理系统的典范。Pontis 的数据库在设计时就特别注意各种资料格式间的转换方式与可行性, 以及资料集中储存管理所面临的储存容量、撷取速度、备份管理、后续资料扩充的弹性等问题。在欧洲, 典型的桥梁管理系统有丹麦目前使用的 DANBRO 系统、法国的 Edouard、英国的 NATS、挪威的 Brutus、芬兰的国家公路署管理系统等。在亚洲, 较为典型的管理系统有日本的道路公用桥梁管理系统、韩国的 SHBMS 等。2006 年韩国的 Lee，Sang-Ho 与 Jeong，Yeon-Suk 开发了一种基于 ISO10303 的钢桥产品模型的集成框架, 该框架的综合数据库管理系统 DBMS 可用以管理和处理钢桥信息, 它基于互联网并适用于各种计算机环境。目前加拿大、南非、英国、丹麦、澳大利亚、日本等国家和地区已经建立了较为成熟的桥梁管理系统。 9 我国关于桥梁管理系统的研究虽然起步较晚, 但也开发了一些桥梁管理系统软件。例如, 交通部开发的“ 公路桥梁管理系统(CBMS)” 结合桥梁结构工程、病害机理、检测技术和数据采集技术, 运用计算机数据处理功能、评价决策方法和管理学理论, 对现有桥梁进行状况登记、评价分析、投资决策和状态预测, 是一种能够为公路桥梁的养护、维修、评价、决策和投资提供实用管理方法和有效管理手段的综合管理技术与辅助决策工具。 铁道部大桥局设计院研制的桥梁数据库系统, 可对不同桥型的设计数据进行存储、分类和检索。西南交通大学开发的“ 桥梁工程设计数据库管理系统” 实现了对各种桥梁的设计数据、施工数据及运营养护数据的录入、查询和修改功能。大连大学和日本山口大学联合开发了钢筋混凝土桥智能决策辅助系统, 该系统利用神经网络、模糊评判、遗传算法及免疫遗传算法等最新信息处理技术, 开发了内容包括数据库管理系统、老化评价系统以及根据桥梁老化原因选择维修管理对策的系统等。 2.2 桥梁设计的发展趋势 随着高强度钢、高强度混凝土、玻璃钢、碳纤维等太空轻质材料的大量启用，桥梁建筑的主要材料也不断在更新。美国联邦公路署研究中心主任Phillip Yen曾说“目前的桥梁根据材料分类基本是钢筋混凝土结构和钢结构两大类。我们希望通过发展新材料的性能，能够把桥梁带进更高性能的层面。过去已经发展过碳纤维、玻璃纤维等材料，我们现在发展处的高性能的钢筋混凝土可以突破现在的性能极限，由此可以带来设计的变化。高强度的钢结构可以从以前的3650KSI达到70100KSI，它的强度、可焊度、韧度都会加倍，在冷却时还会保持原有的韧度，不会出现脆变。这是高性能材料发展对桥梁的作用。具有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主要材料将采用高强度，高韧性钢材和抑振合金材料，以特殊纤维为辅。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780 兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录达到1990米。美国缅因州的尼尔桥是由23条碳和玻璃纤维织物的拱形结构组成，是纤维强化塑料应用于公路取得的重大突破，土木工程师被它们的良好特性所吸引高强度、重量轻、耐腐蚀。 对于现代桥梁的可持续性而言，设计者应当认识到如何使建筑材料发挥他们最大的特质。 比如， 贝壳的抗拉强度远高于水晶， 而成分却很简单 （95%的石灰石+5%蛋白质） 。这种自然界的启迪正引导着科学家们寻找化学组成简单、工艺简化并节省能量，又减少环境污染的新型材料。此外，仿生蝴蝶翅膀功能的材料，具有抗水性和自洁功能。又如， 10 一些新型蓄光型自发光材料已经用于公路标志中，再结合各色燃料，使之具备白天充满丰富的色彩感同时夜间可自发光照明的特性，彻底改变传统照明能源消耗大的不足。 目前, 计算机技术的发展为桥梁结构的优化设计创造了条件, 使桥梁设计人员可以对即将兴建的桥梁进行仿真分析, 使不同材料的性能发挥到极致; 结构动力学理论的发展与完善使设计者采用非常轻质的梁型时, 不致出现像著名的塔可马吊桥那样有被风吹塌的危险; 依靠科技进步可使设计人员打破常规, 采取特殊的结构措施, 用最少的钱造出轻质、美观而实用的桥梁来。如跨越地中海的直布罗陀海峡大桥采用了浮桥方案, 但不是传统意义上浮在水上的浮桥, 而是将桥梁基础放在一个巨大的没于水中的水密舱上, 水密舱锚定于海底, 其上部结构即为常规桥梁, 其反吊桥结构形式首开国际桥式之先河; 再如世纪之交中国推出的大跨转体钢管拱桥北盘江大桥, 其桥梁结构形式在国际上也是绝无仅有的。21世纪还将出现一种水下密封隧道式桥梁。意大利墨西拿海峡大桥在设计时就有这种比选方案, 这种桥下部结构为承台固基, 上部结构则是一个沉埋水下管段式密封隧道, 这是针对墨西拿海峡大桥常年狂风大浪、恶劣气候而精心选定的桥隧方案。21世纪方兴未艾的结合梁型的桥梁、斜拉桥、悬索桥也将得到长足发展。 21世纪建成的新型大桥将“头脑灵活, 感觉敏捷”，计算机系统和传感器系统将可以感知风力、气温状况, 同时可随时得到并反映出大桥的承载情况、交通状况, 桥面还将设有路径传感器, 客车无人驾驶时不会偏离车道并能顺利通过大桥。自动收费装置将阻截“逃票”车辆, 交费足额才可放行。桥体内的传感器可测出大桥各部位的危险及潜在故障, 并及时发出警报。严寒冬季桥墩上的自动加热系统将启动吸收地热, 将地热传向桥面融化冰雪; 超载汽车、 列车通过大桥之前, 会被装在桥头的传感器感测出来, 及时传感到智能装置, 桥头放行栅栏将自动关闭, 以防桥梁超载发生危险。 21世纪的世界, 桥梁将成为造福人类, 代表社会进步与高度文明的标志性建筑。 三、方案比选 3.1 方案表述： 方案一：预应力混凝土连续箱型梁桥 方案描述： 本方案为3 32=96m三跨预应力连续箱型梁桥，全长101.04m。 11 施工方法：采用满堂支架法施工。采用满堂支架法进行预应力连续箱梁施工时，结构不发生体系转换，不引起恒载徐变二次距，预应力筋又可以一次布置，集中张拉。如下图3.1： 图3.1 连续箱梁桥桥型布置图 方案二：钢筋混凝土箱型拱桥 方案描述：拱桥由于在竖向力下不会产生水平推力。所以相对梁桥而言具有更大的跨越能力。本次方案为高速公路上跨线桥，所以在不影响公路交通的前提下，不能设置位于中间的桥墩。采用拱桥可以解决此问题。拱桥线形优美，具有良好的视觉效果。 施工方案：先分别预知各个梁段，采用缆索吊装拱肋单独成拱，再浇湿接缝作为横隔板加强横向联系。 本方案为净跨径为96cm 的混凝土箱型拱桥。净矢高12m，净矢比1/8，拱轴系数m=1.988。 如下图3.2： 12 图3.2 混凝土箱型梁拱桥型布置图 方案三：简支空心板梁桥 方案描述：简支空心板梁桥，可以先预制后吊装，实现上部结构和下部结构同时施工，不仅可以节省时间，加快施工进度，而且梁体质量容易保证，施工风险小，受气候因素影响小，耐久性好但行车舒适，后期运营维修费用低。 施工方案：采用先预