开题报告雷发铮2.pdf

五渡口大桥施工图设计 1 一 本课题设计 研究 的目的 一 本课题设计 研究 的目的 通过本次毕业设计使学生学会如何综合运用已学到的理论与实践知识 解决桥梁工 程中的规划 设计以及施工方案等方面的问题 培养学生初步具有工程师的基本技能 为此 学生必须在以下几个方面受到综合的训练和提高 1 系统地巩固和加深已学到的理论知识和桥梁实习所取得的经验 2 遵循国家的建设方针 按照 规范 准则 的具体规定 使用设计手册等参 考书进行设计的独立工作能力 3 提高桥梁结构分析计算的能力 4 提高桥梁工程制图的基本技能 5 培养阅读文献 利用资料进行科研的能力 6 了解桥梁设计的整个过程和全部内容 7 掌握设计文件的编制方法 8 熟悉与设计有关的各种设计依据 标准设计并了解有关设计参考资料 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 及方案比选 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 及方案比选 一 一 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 因为本次毕业设计给定的地质资料以及环境的限制 梁式桥是主要研究桥型 1 1 桥梁的发展概况桥梁的发展概况 中国是一个文明古国 有着悠久的文化历史 我们的祖先在世界桥梁史上也写下了许多 不朽的篇章 我国桥梁发展概况 自改革开放以来 公路桥梁建设以令世人惊叹的规模和速度迅猛发 展 取得了巨大成就 我国桥梁建设的成就可概括为 实现了跨径大超越 桥型结构和技术 有创新 深水大跨桥梁建设技术成熟 桥梁美学理念有所增强 我国桥梁建设日新月异 设 计 施工 科研单位的实力有所增强 水平普遍有所提高 但地区 单位之间并不平衡 我 国桥梁技术的总体水平同世界领先水平相比仍存在一定差距 主要表现在理念和设计 材料 工艺技术创新上 国外桥梁发展概况 19 世纪中叶钢材的出现 随后又出现高强度钢材 使桥梁工程的发 展获得了第一次飞跃 跨度不断加大 20 世纪初 钢筋混凝土的应用 以及 20 世纪 30 年代 兴起的预应力混凝土技术 使桥梁建设获得了廉价 耐久且刚度和承载力均很大的建筑材料 从而推动桥梁的发展产生第二次飞跃 20 世纪 50 年代以后 随着 计算机和有限元技术的迅速飞跃发展 使得人们能够方便地完成过去的大规模结构计 五渡口大桥施工图设计 2 算 这使桥梁工程的发展获得了第三次飞跃 2 2 梁式桥的发展概况梁式桥的发展概况 概念 概念 用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁 其上部结构在铅垂向荷载作用下 支 点只产生竖向反力 梁式桥为桥梁的基本体系之一 制造和架设均甚方便 使用广泛 在桥梁建筑中占有很大比例 分类分类 从受力特点上看 梁式桥又可分为简支梁 板 桥 连续梁 板 桥和悬臂 梁 板 桥 从承重结构横截面形式上分类 可分为板桥 肋梁桥 箱型梁桥 梁式桥的总体特点梁式桥的总体特点 中小跨径公路桥梁或城市桥梁 大部分是钢筋混凝土或预应力 混凝土梁式桥 这两种桥梁具有就地取材 工业化施工 耐久性好 适应性强 整体性 好以及美观等许多优点 预应力混凝土梁桥更兼有降低梁高和跨越能力大的长处 特别 是预应力技术的采用 为现代装配式结构提供了最有效的接头盒拼装手段 使建桥技术 和运营质量均产生了较大的飞跃 目前 预应力混凝土简支梁的跨径已达 50 70m 最 大跨径的连续刚构已达 301m 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 造型简洁美观等优点 加上这种桥型的设计施工均较成熟 施工质 量和施工工期能得到控制 成桥后养护工作量小 预应力混凝土连续梁的适用范围一般 在 150m 以内 上述种种因素使得这种桥型在公路 城市和铁路桥梁工程中得到广泛采 用 预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主 在竖向荷载作用下无水平反力的结构 它在荷载作用下 支点截面产生负弯矩 从而大大减小了跨中的正弯矩 跨越能力大 适用于桥基良好的场合 预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压 不仅充分发挥了高强 材料的特性 而且提高了混凝土的抗裂性 促使结构轻型化 因而预应力混凝土结构具 有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力 预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多 如 板式截面 肋式截面 箱形截面 一般应根据桥梁的跨径 宽度 对梁高的要求 支承 形式 桥梁的总体布置和施工方法等方面确定 合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁 的重量 节约材料 简化施工和改善截面受力性能具有十分重要的意义 梁桥的发展与现状梁桥的发展与现状 1 1 简支梁简支梁 中小跨径时 一般都采用简支梁 近年来 随着车速的提高和行车舒适的要求 简支梁 五渡口大桥施工图设计 3 逐步发展为由每孔设伸缩缝到采用桥面连续 我国最大的简支梁 是 1997 年建成的昆明南过 境干道高架桥 跨径 63m 这是一座桥上的桥 纵向跨越原 3 孔 16m 梁桥及桥台 形成 63m 跨径 已超过跨径 62m 的浙江飞云江大桥而列中国首位 截面为单室箱 梁高 2 5m 为跨径 的 1 25 2 顶底板厚 25cm 腹板 30 45cm 比较轻型 纵向束平弯 多数锚固在肋腋范围 在梁的两端设弯起束 河南省的洛阳 郑州 开封黄河大桥上均采用 50m 简支梁 其中开封 黄河大桥设计成部分预应力混凝土梁 在河南省伊洛河桥上曾采用跨径 50m 的鱼腹式梁 支 点处梁高较跨中梁高小 国外简支梁的最大跨径为 76m 的奥莱姆桥 该桥采用双预应力 即 除设预应力筋外 在截面的另一端设预压力筋 为防止钢筋在受预压力时的压屈 把预压筋 的预留孔道作成椭圆形 相邻椭圆形相位差 90 由于双预应力 截面高度小 仅为 2 5m 为梁跨径的 1 30 双预应力梁端部的局部应力较大 后来日本曾将预压力筋设在离端部一定 距离的上翼缘预留槽中 而不设于端部 使局部应力问题趋于缓和 但至今仍用得不多 我 国河北滦平县修建了大屯试验桥 3 40m 由 5 片顶宽 2 1m 箱梁组成 箱高 1 35m 高跨比 接近 1 30 目前我国的简支梁 跨径在 16m 及以上者 都采用预应力结构 有的在 13m 空心 板中 也施加了预应力 鉴于桥面连续较易出现裂缝 趋向于采用结构连续 即采用中等跨 径的连续梁 连续刚构 也可先简支 后连续 以提高结构的耐久性 延长使用寿命 2 2 T T 形刚构形刚构 20 世纪 50 年代 德国首次采用平衡悬臂施工法建成了跨径 114 2m 的 Worms 桥 开创了 混凝土梁桥用于大跨径的新局面 T 构得到了非常迅速的发展 当时采用箱形截面 梁墩固结 跨中设剪力铰 运营中发现 跨中设剪力铰的 T 构 铰处因混凝土徐变下挠而成折角 引起 车辆跳动 而且剪力铰也较易损坏 从此 带铰 T 构逐步向两个方向发展 在我国主要由带 挂梁的 T 构所替代 最大的为跨径 174m 的重庆长江大桥 这种结构避免了铰处的折角 化解 为折线 有利于行车 但伸缩缝多 牛腿构造复杂 易损坏 施工时除需挂篮设备外 还需 吊装挂梁的设备 在国外早期 采用仅中间最大跨跨中设铰 最大跨梁墩固结 其他跨都作 成连续梁 利用边跨的连续 增强主跨刚度 减小主跨的变位 在 70 年代曾得到相当发展 后期也设挂梁 最大的是 43 跨主跨跨径 250m 的加拿大 Confederation 桥 为了防止可能的 连续破坏 每隔两孔将挂梁修成连续 T 构目前用得较少 3 3 连续梁连续梁 五渡口大桥施工图设计 4 连续梁适用范围很广 从中小跨径到特大跨径 中小跨径时往往采用搭架浇筑 或先简 支 后连续 对大跨径梁桥 随着交通运输的迅速发展 要求行车平顺舒适 多伸缩缝的 T 构已不能满足要求 于是连续梁得到了迅速的发展 用顶推法施工时 一般限于等截面连续 梁 悬臂施工时 往往采用变截面 梁墩临时固结 合拢后将梁墩连续改为支座 转换体系 而成连续梁 大跨径连续梁一般采用箱形截面 可以多跨连续 英国 Orwell 桥 全长 1288m 均连续 连续梁行车平顺 但需临时固结梁墩和转换结构体系 同时需大吨位的盆式橡胶支 座 养护工作量大 国外最大的连续梁 为跨径 260m 的挪威 Varodd 2 桥 我国则为跨径 165m 的南京长江二桥北汊大桥和宿淮高速京杭运河大桥 变截面连续梁的高跨比 跨中一般为 1 30 1 50 支点处为 1 15 1 20 边跨与中跨的比值一般为 0 6 0 8 4 4 连续刚构连续刚构 连续刚构的特点是梁保持连续 梁墩固结 这样既保持了连续梁无伸缩缝 行车平顺的 优点 又保持了 T 构不需转换结构体系 不需设支座的优点 同时避免了连续梁和 T 构两者 的缺点 因此 连续刚构这种结构近年来得到了较快的发展 可以这样说 采用连续刚构桥 是大跨径混凝土梁桥发展的必然趋势 我国跨径 180m 以上的梁桥 都采用连续刚构 我国混 凝土连续刚构桥发展很迅速 自从1988年我国第一座现代连续刚构桥广东洛溪大桥建成以后 国内掀起了一个建设连续刚构的高潮 到 2005 年 已建的和在建的主跨 200m 以上的连续刚 构有 29 座 其中主跨 240m 及以上的有 15 座 最大的是跨径 270m 的虎门大桥辅航道桥 主 跨 250m 总长超过 1000m 的多跨连续刚构有重庆的黄花园大桥和马鞍石嘉陵江大桥 带有短 边跨的有主跨 252m 的四川泸州长江二桥 其一侧边跨仅有 49 5m 即将完工的重庆石板坡长 江大桥主跨跨径 330m 跨中 108m 区段采用自重较轻的钢箱梁 形成混合梁连续刚构 下面着重介绍预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥的构造要求以及 施工工艺 1 1 混凝土连续梁桥混凝土连续梁桥 连续梁桥又可以分为等截面连续梁桥和变截面连续梁桥 等截面连续梁桥的构造特点及施工方法 等截面连续梁桥可选用等跨和不等跨两种 布置方式 等跨布置的跨径大小主要取决于经济分孔和施工的设备条件 高跨比一般为 五渡口大桥施工图设计 5 1 15 1 25 在顶推施工的等截面连续梁桥中 梁高 H 和顶推跨径 L0之比一般为 1 12 1 17 当标准跨径较大时 有时为减少边跨正弯矩 将边跨跨径取小于中跨的结 构布置 一般边跨与中跨之比在 0 6 0 8 左右 当标准跨径不能满足通航或者桥下交通 的要求而加大个别桥跨的跨径时 常常不需改变高度 而是采用增加钢筋束和调整截面 尺寸的方式予以解决 使桥梁外观仍保持等截面布置 这样做既使桥梁立面协调一致 又能减少构件及模板的规格 等截面连续梁的施工方法主要有支架施工 逐孔架设施工 移动模架施工及顶推法施工 变截面连续梁桥的构造特点是 连续梁桥超过五跨时的内力与五跨时的差不多 但 连续过长会增大温度产生的影响 造成梁端伸缩量大 需设置大位移量的伸缩缝 因此 连续孔数一般不超过五跨 当需要在旷阔的的河流或者旱谷上修建很多连续梁时 同城 可以 5 7 孔为一联布置 联与联衔接处 通过两排支座支撑在一个桥墩上 采用变截面 形式的大跨径预应力混凝土梁桥 立面一般采用不等跨布置 当采用箱形截面的三跨连 续梁时 边孔跨径可减少至中孔的 0 5 0 7 倍 连续箱梁的梁高宜采用变高度 其底 曲线可采用二次抛物线 折线 和介于折线和二次抛物线之间的 1 5 1 8 次抛物线变 化形式 支点截面的梁高 H 支约为 1 16 1 18 l l 为中间跨跨长 一般不小于 l 20 跨中梁高 H 中约为 1 1 5 1 2 5 H 支 变截面连续梁施工方法有 悬臂浇 筑和悬臂拼装两种 大跨境预应力混凝土梁桥采用悬臂施工法时 存在墩梁临时固结和 体系转换的工序 结构稳定性应予以重视施工较为复杂 此外 主墩需要布置大型橡胶 支座 存在养护上甚至更换上的麻烦 2 2 混凝土变截面连续刚构混凝土变截面连续刚构 混凝土变截面连续刚构的构造特点 1 主梁 连续刚构大多采用不等跨变截面的布 置形式 以适应主梁内力的变化 可以是曲线形 折线形以及曲线加折线形 具体应根 据主梁内力分布情况 按等载强比原则选定 由于墩梁固结 边跨长短对跨中恒载弯矩 调整影响较小 而边主跨跨径之比在 0 54 0 56 之间时 不仅可以使中墩内基本没有恒 载偏心距 而且因为边跨合龙段短 可以在边跨悬臂端用导梁支撑于边墩上 进行边跨 合龙 从而取消落地支架 施工十分方便与经济 2 主梁截面高度 大跨径连续刚构一 般用箱型截面 箱梁根部截面高跨比一般为 1 16 1 20 跨中截面梁高通常为支点截面梁 高 1 2 5 1 3 略小于连续梁的跨中梁高 这是由于连续刚构桥墩梁固结 活载作用于中 五渡口大桥施工图设计 6 跨时与相同跨径的连续梁相比 连续刚构跨中弯矩较小的缘故 3 桥墩 预应力混凝土 连续刚构乔主要适用于高桥墩情况 大跨度连续刚构桥的桥墩不仅要满足施工 运营等 阶段支承上部结构重量及稳定性等方面要求 而且桥墩的柔度应适应由于温度变化 混 凝土收缩 徐变以及制动力等因素引起的水平位移 以减少这些因素对结构产生的次内 力 一般使用的桥墩有竖直双肢薄壁墩 竖直单肢薄壁墩以及 V 或者 Y 形墩 施工方方 法 一般多用悬臂浇筑法施工 二 方案比选 二 方案比选 技术标准 1 设计跨径 自行拟定 2 汽车荷载 公路 I 级 3 桥面宽度 全桥宽度 0 5m 防撞护栏 2 3 75m 两车道 2 0m 中央分隔带 2 3 75m 两车道 0 5m 防撞护栏 4 通航要求 无 5 桥面横坡为双向 2 0 比选原则 1 适用性 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 的需要 建成的桥梁应保证使用年限 并便于检查和维修 2 经济性 设计的经济性一般应占首位 经济性应综合发展远景及将来的养护和 维修等费用 3 先进性 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术 应便于制造和架设 应尽量 采用先进工艺技术和施工机械 设备 以利于减少劳动强度 加快施工五渡口大桥 保 证工程质量和施工安全 4 舒适与安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度 要控制桥梁的竖向与横向振 幅 避免车辆在桥上振动与冲击 整个桥跨结构及各部分构件 在制造 运输 安装和 使用过程中应具有足够的强度 刚度 稳定性和耐久性 5 美观 一座桥梁 尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形 应与周围的景 致相协调 合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素 决不应把美观片面 的理解为豪华的装饰 应根据上述原则 对桥梁作出综合评估 五渡口大桥施工图设计 7 方案一方案一 70 115 7070 115 70 m m 预应力混凝土箱型变截面连续梁桥预应力混凝土箱型变截面连续梁桥 本方案为三跨变截面混凝土预应力连续梁 跨径布置 70m 115m 70m 见图 1 边 跨与主跨跨径的比值约为 0 608 根据已建成的桥梁的资料这一比值一般应在 0 6 0 8 之间 因此这样的跨径布置符合这一要求 支点截面梁高设计为 6 8m 约为最大跨径的 1 16 4 根据已建成的桥梁资料分析这一比值一般应为 1 15 1 30 因此 支点截面梁 高的设计符合要求 跨中截面梁高为 3 4 米 为支点截面梁高的 1 2 满足设计要求 全 桥 18m 宽 采用单箱单室的箱形梁翼板宽度 4m 支点处腹板厚度为 69cm 底板厚 25cm 跨中截面腹板厚度为 30cm 底板厚为 25cm 详细尺寸间图 1 截面高度按 1 6 次抛物 线变化 采用悬臂施工工艺 图 1 标高单位为 m 其余均为 cm 方案二方案二 68 119 6868 119 68 m m 预应力混凝土变截面箱型连续钢构桥预应力混凝土变截面箱型连续钢构桥 本方案为三跨变截面混凝土预应力连续钢构桥 跨径布置 68m 119m 68m 见图 2 采用单箱单室截面 梁顶宽 18m 底板宽 10m 箱梁根部截面高 6 6m 高跨比 1 18 顶板厚度 0 25m 根部腹板厚度 0 73m 底板厚度 0 77m 跨中截面梁高为 2 2m 腹板厚 度 0 49m 底板厚度 0 25m 截面高度按 1 6 次抛物线变化 采用悬臂施工工艺 五渡口大桥施工图设计 8 图 2 标高单位为 m 其余均为 cm 方案三方案三 5 5 5151 m m 预应力混凝土等截面箱型梁桥预应力混凝土等截面箱型梁桥 本方案为五跨等截面混凝土预应力连续梁 跨径布置 51m 51m 51m 51m 51m 见图 3 采用单箱式截面 梁顶宽18m 底板宽 12m 梁高2 5m 是在一般设计范围 L 15 L 25 内的 合服设计要求 箱梁顶板厚度为 0 3m 满足构造要求 腹板厚 0 83m 底板厚 0 25m 在 0 22 0 28 之间 由于本方案跨度中等 且是等高连续梁 故可采用顶推施工工艺 五渡口大桥施工图设计 9 图 3 标高单位为 m 其余均为 cm 方案对比表方案对比表 方案设计方案一设计方案二设计方案三 桥型 预应力混凝土变截面 连续梁桥 预应力混凝土变截面 连续刚构桥 预应力混凝土等截面连 续梁桥 美观性 全桥线条简洁明快 给人一种清爽简约的 感觉 曲线与直线的 搭配很自然 桥型美 观 上部结构线条明畅 下 部结构曲线与直线搭 配 墩梁固结整体感 强 桥型美观 等截面等跨度梁桥线条 清晰 墩的排列给人一种 整齐有序的第一印象 桥 型较为美观 安全性 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 混凝土的收缩和徐变 对梁的挠度和次内力 影响较大 对地基承载 力的要求高 本身连续梁桥行车舒适 整体性较好 通过预应力 尽力避免混凝土下缘开 裂 适用性 连续梁刚度大 变形 小 伸缩缝少 能充 分高强材料的特性 促使结构轻型化 跨 越能力强 桥面连续行车平顺 墩 梁固结 箱型截面整体 刚度大超静定次数高 受力复杂附加内力大 采用双肢薄壁高墩减 小次应力 桥梁一般采用中等跨径 以 40 60 米为宜 这样可 使主梁构造简单施工快 捷 五渡口大桥施工图设计 10 施工方面 采用挂篮悬臂浇筑施 工 工期较短 但需要 将墩梁临时固结 边跨 合拢采用落地支架 施 工风险加大 要严格控 制对称施工 由于墩梁固结 采用挂 篮悬臂浇筑施工 更安 全 工期较短 边跨合 拢采用挂篮前推浇筑合 拢 可以加快工期 要 严格控制对称施工 因为地形条件 不能逐 孔支架施工也不能悬臂 浇筑 故采用费用较高 的顶推施工法 经济性 作为一个中等跨径桥 梁 从材料用量与施工 以及投入使用后的效益 三方面考虑是很经济的 因为连续刚构对地基 以及下部结构要求较 高 所以费用较高 连续梁桥造价相对低 施 工工艺也发展了很多年 了 较为成熟 结论 通过经济性 适用性 美观性 施工难易等方面的综合比较 推荐第一个方案预应 力混凝土变截面连续梁桥 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段三 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 强度 刚度 稳定性计算 5 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 五渡口大桥施工图设计 11 四 设计 研究 进度计划 四 设计 研究 进度计划 序号毕 业 设 计 论 文 工 作 任 务 开题报告 方案比选 推荐最优方案 第 周 拟定结构尺寸 选取计算简图或内力计算 第 周