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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 襄樊汉江三桥南引桥施工图设计襄樊汉江三桥南引桥施工图设计 K27 340 000K27 340 000 K27 666 000K27 666 000 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 刘葛羽刘葛羽 学学号 号 200718030206200718030206 班班级 级 桥土桥土 07 0207 02 班班 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁方向 土木工程 桥梁方向 指指 导导 教教 师 师 易壮鹏易壮鹏 20112011 年年 0303 月月 2 一 本课题设计 研究 的目的 本课题设计 研究 的目的 1 掌握桥梁的基本概念 增强综合运用各种所学知识的能力 2 培养学生分析问题和解决问题的独立工作能力 3 提高桥梁结构分析能力和运用电算的能力 掌握一到两种商业软件对桥梁的计 算方法 4 通过桥梁毕业设计 熟悉桥梁设计的整个过程 加强对规范手册的了解和应用 5 提高计算绘图 查阅文献 使用桥梁规范和设计手册 填写技术文件 运用办公 软件等基本技能 树立正确的设计思想 逐步掌握设计原则 设计方法 设计步骤 6 掌握设计的基本原则 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 CAD 等基本技能 为毕业后从事桥 梁技术工作打好基础 7 培养严肃认真 一丝不苟的学习态度和刻苦钻研 勇于创新的科学精神 8 学习查阅外文文献并对其进行翻译 9 熟悉论文的标准格式 10 提高桥梁结构分析的分析能力和运用电算的能力 提高利用计算机辅助设计 水平 对利用大型商业软件解决工程实际问题有所了解和接触 3 二 二 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 20 世纪各种大跨径桥梁均在国内外的桥梁工程中得以建设和高速发展 无论是结 构型式 施工方法 还是新型材料的应用均在不断地完善和进步 从世界上的典型工 程实例中可看到 大跨径桥梁在世界各地工程建设中有着重要的地位 必将有新的发 展前景和开拓方向 一 桥型特点介绍 一 桥型特点介绍 按照受力体系分类 桥梁有梁 拱 索三大基本体系 其中梁桥以受弯为主 拱 桥以受压为主 悬索桥以受拉为主 另外 由上述三大基本体系的相互组合 派生出 在受力上夜具组合特征的多种桥型 如刚架桥和斜拉桥等 下面着重介绍本设计方案 比选中所采用的梁式桥和拱桥体系的主要特点 1 1 梁式桥梁式桥 以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁 主梁可以是实腹梁或桁架梁 实腹梁构 造简单 制造 架设和维修均较方便 广泛用于中 小跨度桥梁 但在材料利用上不 够经济 桁架梁的杆件承受轴向力 材料能充分利用 自重较轻 跨越能力大 多用 于建造大跨度桥梁 按照主梁的静力体系 分为简支梁桥 连续梁桥和悬臂梁桥 图 1 梁式桥 简支梁桥简支梁桥 简支梁桥是梁式桥中应用最早 使用最广泛的一种桥型 它受力简单 梁中只存 在正弯矩 特别适合 T 形这种构造简单的截面形式 体系温度变化 混凝土收缩徐变 张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力 设计计算方便 且简支梁桥是静定结构 4 结构内力不受地基变形的影响 因此对基础要求较低 适用在较差的地基上建桥 1956 年我国在公路上建成了第一座跨径为 20m 的预应力混凝土简支梁桥 之后 这种桥梁得到了广泛推广 并提出了装配式预应力混凝土简支梁桥的系列标准设计 最大跨径达 40m 1976 年建成洛阳黄河公路大桥 之后又相继建成跨径最大的预应力 混凝土简支梁桥是浙江飞云江桥 1985 年 跨径达 62m 变截面连续梁桥变截面连续梁桥 受力特点 当连续梁的主跨径接近或大于 70 米时 若主梁仍采用等截面布置 在恒载和活载作用下 主梁支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大得多 这在受 力上不合理 而当采取变截面连续梁更符合受力要求 加大了支点附近梁高对恒载引 起的截面内力影响不大 还能适用抵抗支点处剪力很大的要求 构造特点 连续梁桥连续超过 5 跨时的内力情况虽然与 5 跨时差不多 但连续过 长会增大温度变化的附加影响 造成粱端伸缩量很大 需设置大位移量的伸缩缝 因 此连续孔数一般不超过 5 跨 但也有为减少伸缩缝而采用多于 5 跨的情形 当需要在 宽阔的河流或旱谷上修建很孔连续梁时 通常可按 3 7 孔为一联分联布置 联与联的 衔接处 通过两排支座支撑在一个桥墩上 立面一般采用不等跨布置 但多于三跨的 连续梁桥 除边跨外 其中间的各跨一般采用等跨布置 尺寸要求 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 边孔跨径甚至可以减少至中孔的 0 5 0 7 倍 根据已 建成桥梁的资料分析 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 连续箱梁的梁高采用变 高度的 其底曲线可采用二次抛物线 折现和介于折现与抛物线之间的 1 5 1 8 次抛 物线变化形式 抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律基本接近 采用折线形 截面变化布置可使桥梁的构造简单 施工方便 常用施工方法 悬臂浇筑 悬臂拼装 适用范围 当连续梁的主跨跨径达到 70 米及其以上 2 2 拱式桥拱式桥 以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁 拱结构由拱圈 拱 肋 及其支座组成 拱桥可用砖 石 混凝土等抗压性能良好的材料建造 大跨度拱 桥则用钢筋混凝土或钢材建造 以承受发生的力矩 按拱结构受力图式可将拱桥分为 简单体系拱桥和组合体系拱桥 其中简单体系拱桥按照主拱的静力体系可以分为三铰 拱 两铰拱 无铰拱 组合体系拱桥按梁与墩的相交处得处理方式不同可分为简支梁 5 拱组合式桥梁 连续梁拱组合式桥梁 单悬臂组合式桥梁 受力特点 拱桥在竖向荷载的作用下 支座处除产生竖向反力外 还产生水平反 力 由于这个水平反力的存在 使拱内各截面的弯矩大大减小 拱内各截面主要受压 而弯矩和剪力较小 因此拱桥可以采用抗压强度大而抗拉强度低的材料来修建 优点 1 跨越能力较大 2 可以就地取材 节省钢材和水泥 3 坚固耐久 养护维修费用少 而承载潜力大 4 外形美观 构造简单 有利于普及 缺点 1 自重较大 相应的水平推力也较大 增加了下部墩台圬工量 2 施工步骤多 需要的劳动力多 建桥时间较长 费工费料 3 由于水平推力大 在连续多孔拱中 必须设单向墩 防止连拱破坏 4 平原地区不适合建造 尺寸要求 对于砖 石 混凝土板拱桥及双曲拱桥 矢跨比一般为 1 4 1 6 不 宜超过 1 8 箱形拱桥的矢跨比一般为 1 6 1 8 钢筋混凝土拱桥的矢跨比一般为 1 6 1 10 或者再小些 但不宜小于 1 12 适用情况 拱桥的跨越能力由几十米发展到几百米 钢筋混凝土拱桥的最大跨径 为 420m 钢管混凝土拱桥的最大跨径为 360m 石拱桥的最大跨径为 155m 钢拱桥的最 大跨径为 518m 发展趋势 拱桥上部结构轻型化是拱桥发展的关键 主要从两个方面考虑 1 从结构材料方面入手 采用钢管混凝土结构等 2 向主拱圈与拱上构造联合作用的 方向发展 桁架拱桥 刚架拱桥 钢管混凝土拱桥解决了拱桥材料高强化和拱圈施 工轻型化的两大难题 得到了迅速的应用推广 由于其结构施工用钢量少 人工费用 低 施工机械化 装配化水平高 综合效益佳等优点 因而在城市中倍受青睐 二 设计方案比选 二 设计方案比选 1 1 技术标准 技术标准 1 按设计任务书 指导书及桥位河床地质断面图进行设计 2 设计跨径 326 3 设计荷载 公路 级 4 桥面净宽 1 5 2 人行道 0 25 2 防撞栏杆 14 行车道 6 5 其他具体要求请见毕业设计指导书 2 2 方案比选的原则 方案比选的原则 比选标准主要依据安全 功能 经济与美观 其中以安全与经济为重 至于桥梁 美观 要视经济与环境条件而定 本设计的设计对象为襄樊汉江三桥南引桥 属于整 座大桥的引桥部分 故方案比选侧重与安全和经济性 3 3 方案比选 方案比选 方案一 方案一 63 100 100 6363 100 100 63 米的米的变变截面预应力混凝土连续梁桥截面预应力混凝土连续梁桥 图 2 等截面预应力混凝土连续梁桥立面图 图 3 等截面预应力混凝土连续梁桥断面图 图 4 变截面预应力混凝土连续梁桥平面图 上部结构 大桥采用上下行分幅 主梁采用 2 8 到 5 8 米高的箱型截面 顶板宽 17 5 米 底板宽 13 米 悬臂板宽 3 5 米 底板厚 0 35 0 9 米 腹板厚 0 45 米 顶 7 板厚 0 3 米 上部结构采用悬臂施工 下部结构 全桥基础采用钻孔灌注摩擦桩 桥墩均采用花瓶墩 每墩桩基分两排 共 12 根 D200CM 钻孔灌注桩 方案方案二二 7070 186186 7070 米米双飞燕式拱桥双飞燕式拱桥 图 5 双飞燕式拱桥立面图 图 6 双飞燕式拱桥断面图 图 7 双飞燕式拱桥平面图 上部结构 大桥全宽 17 5 米 主梁采用 2 米高的钢桁架梁 主拱和副拱分别采 用采用 3 米和 2 米高混凝土箱形拱 8 下部结构 全桥基础采用钻孔灌注摩擦桩 主拱桥墩采用群桩基础 腹拱采用 高桩承台基础 桥墩为 D300cm 圆端形实体墩 方案三 方案三 11 3011 30 米预应力简支米预应力简支 T T 型梁桥 型梁桥 上部结构 为 11 30m 预应力简直 T 梁桥 梁高 2m 梁宽 2 2m 图 8 11 30 米预应力简支 T 型梁桥立面图 下部结构 桥墩为三柱式墩配桩基础 预制吊装 可以加快施工进度 图 9 11 30 米预应力简支 T 型梁桥立面图 图 10 11 30 米预应力简支 T 型梁桥平面图 方案四 方案四 6 556 55 米预应力等截面连续梁桥 米预应力等截面连续梁桥 9 上部结构 为 6 55 米等截面连续梁桥 梁高五米 梁设置为单箱单室 图 11 6 55 米预应力等截面连续梁桥立面图 下部构造 全桥采用钻孔灌注摩擦桩桥墩为花瓶墩 美观 图 12 6 55 米预应力等截面连续梁桥横断面图 图 13 6 55 米预应力等截面连续梁桥平面图 推荐方案推荐方案 10 综合以上 可以看出 方案一的连续梁结构简单安全 施工简单 受力明确 安 全性和经济性都比较优秀 造型较美观 行车通顺 方案二造型虽然美观 但是结构 复杂 施工较难 且造价昂贵 方案三造型单一虽施工简单但桩设置过多 切过于单 调 而方案四 虽经济型好桥型耐久但跨度过大 可能会使施工出现问题 故选择方 案一 各方案的比选情况详见下表 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设计方案四 桥型 63 100 100 6 3 米的变截面预应 力混凝土连续梁桥 70 186 70 米双飞燕式拱桥 11 30米预 应力简支 T 梁 桥 6 55 米等截 面连续梁桥 美观性 全桥线条简洁 明快 与周围环境 协调好 因此 桥 型美观 线条多样 搭配合理 造型 优美 整 体 外 形 单一 跨径安排 较合理 由于桥 型较长 主梁结 构单一显得有 点单调 全桥线条简 洁明快 与周围环 境相协调 桥型美 观 安全性 箱梁断面刚度大 施工安全 连续梁桥主墩需要 大型橡胶支座 养 护更换麻烦 结 构 较 复 杂 受力研究尚 未明确 施工难 度较大 超静定 结构 需考虑温 度变化不均匀沉 降产生的此内力 等因素安全性较 高 桥梁本身 构造简单 现 浇施工 整体 刚度好 T 梁 断面刚度比箱 梁小 但跨径 较短 安全性 好 全桥跨度过 长 采用移动模架 逐孔现浇施工方 法 不受气候和外 界因素干扰 便于 工程管理 加快施 工进度 同时连续 梁桥变形小 结构 刚度好 行车平顺 舒适 伸缩缝少 养护简易 抗震能 力强 较安全 11 适用性 跨越能力较大 结构刚度大 变形 小 行车平顺舒适 伸缩缝少 抗震能 力强 本方案是两 个方案中跨越能 力最强的 拱桥 由于造型优美 在城市和野外大 型桥梁中多有采 用 跨 越 能 力 较低 伸缩缝较 多 影响行车舒 适性 等截面箱梁 跨径 55m 使主梁 构造简单 施工快 捷 柱式桥墩施工 方便 造价低且美 观 施工难 易程度 施 工 难 度 一 般 无需大型吊装 设备和开辟专门的 预制场地 主桥采 用悬臂施工 需要 挂篮 吊装设备及 连续梁施工控制复 杂 工期较长 施工过程较 复杂 难度较大 跟具采用柔性系 杆和刚性系杆的 不同 可采用就 地浇筑施工法或 预制安装法等 采用预制 吊装施工方 法 需要大型 预制场和吊装 设备 施工简 单 工期短 施工难度因 梁过长而增大 但 无需大型吊装设 备和开辟专门的 预制场地 施工速 度快 三 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 设计重点设计重点 桥型方案的拟定及比选 桥梁的总体布置和各结构尺寸的拟定 各结构的内力计 算 结构的配筋设计 结构的应力及强度验算 各桥型工程量的计算等 设计难点设计难点 1 资料的查阅 目前为止 我查阅资料的途径共有四种 第一种途径是从图 书馆借书 但是由于图书馆的资源有限 而且许多同学已经捷足先登 虽然我从图书 馆也借到了一些资料 但是能给我提供的帮助很有限 第二种途径是上网查找资料 这种方法很便捷 但是由于网上内容鱼龙混杂 想要找到自己所需资料有一定难度 且其准确性难以得到保证 第三种途径则是利用已有资料进行查阅 包括课本 老师 们的讲义等等 这是效果最好的一种 但要求对课本十分熟悉 才能很好的运用 第 四种则是购买所需资料 这是最直接的方式 但是金钱方面的花费较大 总的来说 这四种查阅资料的途径每种都存在不足之处 但只有四种都能很好的运用才能做出一 份有依据的方案比选 2 电脑软件的使用 目前为止 我使用的最多的软件就是 word excel 和 cad 12 了 其中我对 word 和 excel 的掌握足够应对开题报告的要求 但是在 cad 的使用过 程中有不少问题 经验不足 对 cad 图层有些混乱 3 各桥型工程量的计算 由于各桥型其结构截面形式并不是普通的几何图形 故精确计算其面积的工作十分繁琐 以上就是目前为止我所遇到的一些难题 随着设计的深入 还会遇到像结构内力 计算 配筋设计这样等等更多的难题 但相信只要时刻保持一颗对毕业设计充满活力 的心 任何问题都能迎刃而解 拟采用的途径拟采用的途径 关于 cad 画图 CAD 画抛物线的方法经过在互联网上的搜索共找到两种 一种是 利用 CAD 的内部函数 cal 另一种是用 excel 通过描点的方式作出近似的抛物线 然 后植入 CAD 图中 比较而言第一种方法精确性高 但是由于没有学过 CAD 中的这个函 数 其原理和应用对我来说很困难 而第二种方法虽然精确性差一些但是原理简单 所以我采用了第二种方法 四 四 设计 研究 进度计划 设计 研究 进度计划 一 熟悉 准备资料方案比选 完成开题报告 拟定推荐方案的结构尺寸 完成 专业外文文献翻译 第 3 5 周 二 推荐方案上下部结构设计计算 电算 第 5 9 周 三 配筋计算 第 9 10 周 四 强度 刚度 稳定性验算 第 10 11 周 五 绘制施工图 第 5 14 周 六 专题小结 第 14 15 周 七 整理资料 汇总成果 准备答辩 第 16 周 八 答辩 第 17 周 五 参考文献 五 参考文献 1 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2005 2 叶见曙 结构设计原理 M 北京 人民交通出版社 2005 3 JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 4 JTG D62 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 5 JTJ D63 2005 公路砖石及砼桥涵设计规范 S 北京 人民交通