开题报告 -郑涵.pdf

毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 南宁市英华大桥施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计 论文 学学 生生 姓姓 名 名 郑 涵 学学号 号 201018020117 班班级 级 10 01 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁工程 指指 导导 教教 师 师 田仲初 2012014 4 年年 3 3 月月 一 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 使大家运用所学的课程知识 系统地训练和分析 以便掌握桥 梁的基本理论 基本知识 基本的计算方法 4 通过桥梁毕业设计 不断提高计算 绘图 查阅文献 包括外文文献 使用规 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 了解生产设计的主要内 容和要求 5 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 提高桥梁结构分析的分析能力和运用电算的能力 对利用大型商 业软件解决工程实际问题有所了解和接触 6 树立正确的设计思想以及严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的作风 为桥 梁建设事业服务 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 2 12 1 悬索桥悬索桥 2 1 12 1 1 悬索桥的现悬索桥的现状状 悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型 主要由大缆 桥塔 锚碇 加劲梁和 吊索组成 构造简单 受力明确 由于其主要构件大缆承受拉力 材料利用效率最高 因 此悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一 并且认为在600m以上的跨度同其 它桥型相比也具有很强竞争力 悬索桥的发展具有几个重要里程碑 1 弹性理论的建立 与Brooklyn Bridge的建成 2 挠度理论的建立 George Washington Bridge的建成以及人 们对大跨悬索桥重力刚度的认识 3 Tacoma NarrowsBridge风毁事件 桥梁风工程学科 的建立 4 Severn Bridge的建成 流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板的广泛应用 5 有限元技术的发展 大跨度悬索桥有限位移理论的建立 6 风工程学科的逐渐发展成熟 数值风洞技术的初步应用 2 2 1 1 2 2 悬索桥的发展趋势 悬索桥的发展趋势 随着世界经济建设的发展 交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要 洲际之 间 海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度 特大跨度或超长跨度桥梁 我国渤海海 峡跨海工程 长江口越江工程 珠江口伶仃洋工程以及琼州海峡工程 为了避免深水基 础施工的困难和高昂的造价 满足超级巨轮通航要求 需要修建1000m以上的大跨度甚至 2000m以上的超大跨度桥梁 作为后本四联络线的架桥设计 日本计划在东京湾 纪淡 海峡 伊势湾等地进行横跨海峡的设计 这些设计作为桥梁方案 其规模是超越 Akashi kaikyo Bridge的超大跨度桥梁 连接意大利本土与西西里岛的Messina海峡 宽度 3300m 计划修建主跨超过3000m的桥梁 欧洲和非洲之间隔着地中海 其西部最窄处为 直布罗陀海峡 从西班牙到摩洛哥 修建一座大桥 把两大陆连接起来是很有必要的 世界 各地的专家学者们提出了主跨3000m甚至5000m的桥梁方案 悬索桥是目前跨度超过 1000m时最优可选桥型之一 从学术研究来说 大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最 重要与最活跃的领域之一 2 2 1 1 3 3 悬索桥的工程实例 悬索桥的工程实例 舟山西堠门大桥是连接舟山本岛与宁波的舟山连岛工程五座跨海大桥中技术要求最 高的特大型跨海桥梁 大桥主跨为1650m的两跨连续钢箱梁全飘浮体系悬索桥 孔跨组 合为578m 1650m 485m 该桥为双向四车道高速公路标准 设计速度80km h 全宽36m 桥面净宽23m 运营期设计基本风速41 12km s 通航标准3万吨级 主通航孔通航净宽 630m 通航净高49 5m 地震基本烈度 2 2 2 2 梁桥梁桥 2 2 2 2 1 1 预应力混凝土连续梁桥的现预应力混凝土连续梁桥的现状状 随着交通运输业特别是高等级公路的迅速发展 对行车平顺舒适提出了更高的要求 而多伸缩缝的悬臂梁和 T 型刚构桥均难以满足这个要求 超静定结构连续梁桥以其结构 刚度大 变形小 伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到了迅速的发展 普通钢筋 混凝土连续梁桥的适用跨径在 15 30 米之间 当跨径进一步增大时 结构自重产生的弯矩 迅速增大 混凝土开裂难以避免 于是预应力混凝土连续梁桥得到广泛的应用 近几十年来 连续梁结构体系已成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一 在 40 200m 的范围内 与其他结构体系比较 常成为最佳桥型方案 国外 这种桥型的桥梁在 整个预应力混凝土桥梁修建总数中 已从 1948 念的 10 左右上升到目前的 40 50 左 右 可见它的强大生命力 国内 从 70 年代开始才采用这种桥型 起步虽较迟 但近年 来开始迎头赶上 跨径已从开始的 40 70m 发展到 300m 以上 2 2 2 2 2 2 预应力混凝土连续梁桥的发展趋势 预应力混凝土连续梁桥的发展趋势 连续体系梁桥属于超静定结构 在恒载和活载作用下 支点截面将产生负弯矩 由 于负弯矩的存在抵消了部分跨中截面的正弯矩 使得跨中截面的弯矩减小 因而可 以减 小建筑高度 提高了跨越能力 普通钢筋混凝土连续梁桥适应的跨径在15 30米之间 采用预应力混凝土连续梁时跨 径可以进一步提高 当跨径在40 60米时 支点的负弯矩与跨中的正弯矩之差不大 可以 采用等截面的形式 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1 15 1 25 采用顶推施工 时这个比值一般为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 一般边跨与中跨跨长之比在0 6 0 8之间 等截面连续梁桥可 以采用的施工方法有支架施工 逐孔架设 移动模架施工和顶推施工 当跨径进一步增大时 当主跨跨径接近或者大于70m时 由于支点截面的负弯矩将比 跨中截面的正弯矩大很多 采用变截面的形式更符合受力要求 立面采用不等跨形式 但多于三跨的连续梁桥 除边跨外 其中间各跨一般采用等跨布置 以方便悬臂施工 对于多于两跨的连续梁桥 其边跨一般为中跨的0 6 0 8倍左右 当采用箱形截面的三跨 连续梁时 边跨跨径甚至可减少至中跨的0 5 0 7 有时为了满足城市桥梁或跨线桥的交 通要求而需增大中跨跨径时 可将边跨跨径设计成仅为中跨的0 5倍以下 在此情况下 端支点上将出现较大的负反力 故必需在该位置设置能抵抗拉力的支座或压重以消除负 反力 支点截面的梁高一般取 1 16 1 18 L 不能小于 1 20L 跨中截面的梁高约为支 点截面的 1 1 5 1 2 5 倍 变截面连续梁桥的施工方法主要有悬臂浇筑和悬臂拼装 1 2 2 2 2 3 3 预应力混凝土连续梁桥的工程实例 预应力混凝土连续梁桥的工程实例 湖南白沙大桥 位于湖南省道 1831 线上的湖南益阳白沙大桥建成于 2002 年 主桥为四跨一联的 预应力混凝土连续梁桥 50m 90m 150m 90m 桥全长 1584 0m 大桥桥面宽度为13m 按汽 20 挂 100 人群荷载3 5 KN m2进行设计 白沙大桥主梁按两个 T 对称悬臂浇 筑施工 0 号段长 500cm 其余 1 21 号梁段分段长为 5 250cm 5 300cm 11 400cm 0 号 1 号梁段采用搭设托架浇筑完成 其余梁 段采用挂篮悬浇 2 2 3 3 拱桥拱桥 2 2 3 3 1 1 拱桥的现状 拱桥的现状 在我国公路桥梁系列中 拱桥作为一种古老的桥式以其跨越能力大 承载能力高 可用地方材料 造价经济 养护维修费用少 造型美观等特有的技术优势而成为建筑历 史最悠久 竞争力较强 并且常盛不衰 不断发展的桥梁形式 虽然 近年来我国建造 了不少具有世界级影响力的斜拉桥 悬索桥 但拱桥仍是我国大跨度桥梁中的主要桥型 之一 2 2 3 3 2 2 拱桥的发展趋势 拱桥的发展趋势 施工方法是大跨径拱桥最关键的技术 无支架施工是大跨径拱桥的发展方向 目前 我国拱桥主要施工方法有 缆索吊装法 转体施工法 悬臂桁架法 刚性骨架和半刚性 骨架法 拱架施工法 刚性骨架和半刚性骨架法 用型钢做成拱形骨架 围绕骨架浇注混凝土 形成拱圈 我国很少采用烈性骨架法 主要采用半刚性骨架 一般骨架合拢成拱后 分底 腹 顶 板三层 自拱脚向拱顶浇注混凝土 为防止骨架失稳 需在拱顶区段压重 随混凝土浇 注至拱顶区段而逐步卸载 万县长江大桥和邕宁邕江大桥 用半刚性骨架法施工 但其 骨架角隅 加直径40cm的钢管 骨架合拢后 管内混凝土 以加大骨架刚度 万县长江 大桥采取了把每层混凝土分成6段 对称并同时浇筑 使骨架下挠均匀 避免了一般自拱 脚向拱顶浇筑时反复变形较大 拱顶部位需压重及预拱度呈马鞍形等不利因素 是该法 的一次重大改进 系杆拱 中承拱有较多采用的趋势 系杆拱由于是无推力结构 对墩台要求较低 整个桥型结构简便 轻巧 桥面视野开阔 广泛用于公路桥梁 在城市桥梁和平原地区 通航河流上 中承拱往往颇受青睐 因为它可降低桥高 矢跨比大 可减少推力 桥面 建筑高度小 可缩短桥长 造型美观 为城镇增添景色 造价也较低 目前发展趋势较 快 钢管混凝土拱桥迅速发展 用钢管 或者钢管桁架架设成拱 在钢管内填充砼而形 成的拱桥叫钢管砼拱桥 钢管混凝土作为钢 混凝土组台材料的一种 一方面借助内填 混凝土提高钢管壁受压时的稳定性 提高钢管的抗腐蚀性和耐久性 另一方面借助管壁 对混凝土的套箍作用 提高了混凝土的抗压强度和延性 将钢材和混凝土有机组合起来 在施工方面 钢管混凝土可利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板 施工吊装重量轻 进 度快 施工用钢量省 由于在材料和施工方法上的优越性 将这种结构用于以受压为主 的拱桥是十分合理的 钢管混凝土的出现解决了拱桥材料和施工的两大难题 所以钢管 混凝土拱桥目前在我国的发展势头迅猛 2 2 3 3 3 3 拱桥的工程实例拱桥的工程实例 丫髻沙大桥 丫髻沙大桥是广州环城高速路西南环段跨越珠江主 副航道和丫髻沙岛的特大桥 梁 全长1084米 主桥采用三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆桁架拱桥 分跨为 76m 360m 76m 边跨和主跨拱脚均固结于拱座 边跨设盆式橡胶支座 两边跨端部之间 设钢绞线系杆 通过边跨半拱平衡水平推力 主拱肋采用悬链线无铰拱 矢高76 45m 矢 跨比1 4 5 施工方法是在两岸平装钢管桁架 然后竖转至设计标高 再平转合龙 竖转钢管桁架总质量为2058t 平转结构总质量为13685t 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 3 13 1 桥梁概况桥梁概况 大桥起于西岸凤亭路 上跨亭江路 向东跨越邕江后 在柳沙半岛接英华路与半岛 环线交叉口 按照规划 今后大桥道路等级为城市主干路 I 级 计算行车速度 60 公里 小时 双向 6 车道 南宁英华大桥建成通车后 两岸的交通将非常便利 南宁英华大桥 主线全长 1017 763 米 西岸设两条匝道与亭江路相接 以方便车辆上下桥 桥梁原始依据及基本设计要求 1 桥位平面图 桥址断面图等原始资料 2 道路等级 城市主干道 I 级 3 设计速度 主线 60Km h 4 汽车荷载 城 A 级 人群荷载依据 城市桥梁设计规范 相关的人群荷载标准 计算 5 桥面设置基本要求 双向六车道 6 桥下净空高度 5m 7 设计洪水频率 1 300 3 23 2 方案比选方案比选 根据已有的水文地质资料 确定河床断面图 确定桥长 确定桥型 进行桥梁的分 孔 基础以及墩台的形式确定 桥梁横断面设计 上下部构造主要尺寸的拟订 桥面基 础以及墩台标高的确定 根据设计任务要求 依据现行公路桥梁设计规范 综合考虑桥位 的地质 地形条件 经初选后提出了原设计方案 45m 410m 45m 三跨地锚式悬索桥 100m 300m 100m V 腿单肋下承式系杆拱桥 140m 220m 140m 预应力混凝土连续箱梁 桥三个比选桥型 按 实用 经济 安全 美观 的桥梁设计原则 比较三个方案的优 缺点 方案方案 1 1 4545m 410m 45mm 410m 45m 三跨三跨地锚式悬索桥地锚式悬索桥 大桥起于西岸凤亭路 上跨亭江路 向东跨越邕江后 在柳沙半岛接英华路与半岛 环线交叉口 该桥的建设对推进城市基础设施总体规划的实施 拓展城市空间具有十分 重要的意义 原设计方案为 45m 410m 45m 500m 三跨地锚式悬索桥 图 3 1 方案 1 45m 410m 45m 三跨地锚式悬索桥 方案方案 2 2 100100m m 300300m m 100100m m V V 腿单肋下承式系杆拱桥腿单肋下承式系杆拱桥 全桥布跨为 主桥为 100m 300m 100m 500mV 腿单肋系杆拱 主桥基础采用回旋 钻机进行钻孔施工 现浇基础和 V 腿 主拱肋主梁均采用落地支架施工 图 3 2 方案 2 100m 300m 100m 系杆拱桥 方案方案 3 3 140140m m 22220m 0m 140140m m 预应力混凝土连续箱梁桥预应力混凝土连续箱梁桥 本方案采用 140m 220m 140m 500m 三跨变截面连续箱梁桥 边中跨比为 0 640 主截面采用变截面箱梁 使抗弯更有力 全桥连续 行车舒适 整体性好 利于抗震 考虑到桥梁建设期间运河正常的通航 故采用悬臂挂篮浇筑混凝土的施工方法 保证混 凝土均能达到强度的要求 使主梁保持连续 这样保持了连续梁的无伸缩缝 行车平顺 的优点 为满足通航条件 需要增加桥墩高度 在不改变桥梁纵坡的前提下 必须使桥 梁的总长增加 从而加大投资 图 3 3 方案 3 140m 2200m 140m 连续梁桥 方案比选表方案比选表 桥 型 45m 410m 45m 三跨地锚 式悬索桥 100m 300m 100m V 腿单肋 下承式系杆拱桥 140m 220m 140m 预应 力混凝土连续梁桥 适 用 性 施工工序多 且难度大 梁体为等截面形式 降低 了桥面标高 施工工序多 且难度大 全桥伸缩缝只有两 道 行车舒适 此桥 考虑通航要求 跨径 布置合理 安 全 性 施工阶段控制精度要求 高 全桥后期运营维护要 求高 施工阶段控制精度要求 高 全桥后期运营维护要 求高 墩顶设置有滑动支座 时 温度变化 混凝 土收缩对上下部结构 产生的超静定内力较 小 有较好的抗震能 力 美 观 性 桥梁气势宏伟 非常符合 桥梁景观建设的要求 桥梁也非常宏伟 非常适 合作为城市主干道的景观 要求 全桥梁高为二次抛物 线 线形简洁明快 流畅 与周围环境协 调好 桥型美观 经 济 型 施工控制要求高 整体费 用较高 施工控制要求高 工序较 复杂 受外界因素干扰大 悬臂施工技术成熟 施工进程容易控制 整体费用较低 比选后把 140m 220m 140m 三跨变截面连续箱梁桥作为主推荐设计方案 进行结构尺 寸拟定 3 33 3 设计重点设计重点 1 方案比选 2 合理截面问题 3 施工过程连续梁桥的受力分析 4 连续梁桥恒载状态下的内力 位移计算 6 确定桥梁的预拱度 7 预应力混凝土配筋计算 3 43 4 设计难点设计难点 1 结构尺寸的合理拟定 2 施工过程结构受力状态的正确模拟 3 每个阶段预应力筋的张拉及施工过程中的预应力损失 4 混凝土的收缩徐变 5 设计计算及其原理 3 53 5 设计途径及技术路线设计途径及技术路线 1 用桥梁计算软件 Midas 准确模拟整个施工过程及成桥状态 2 先计算成桥状态下的内力 确定所需的预应力的大小 钢筋的种类和布置的位置 3 在施工的每个阶段充分考虑混凝土的收缩徐变 预应力损失 温度应力等各方面的 因素对成桥的影响 4 通过适当的手算来检验部分电算结果的正确性 四 设计 研究 进度计划 1 查阅资料 专业文献翻译 3周 2 收集资料 方案比选 推荐最有方案 完成开题报告 4周 3 拟定结构尺寸 选取计算简图或内力计算 5周 其中包括 截面几何特性计算 4 内力计算或程序调试与基本数据准备 6 8周 其中包括 推荐方案上部结构内力计算 桥梁电算软件计算 5 内力计算 作用效应组合和绘制包络图 8 10周 下部结构设计计算 其中包括 桥墩的设计计算 桥台的设计计算 基础的设计计算 6 钢筋数量估算及布置 10 12周 其中包括 主钢筋的配筋计算 钝角处钢筋的配筋计算 横向 钢筋的配筋计