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襄樊汉江三桥北引桥施工图设计,襄樊,汉江,三桥北,引桥,施工图,设计
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徐 波号：级：易 壮 鹏200718030217桥土 07-02 班 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计（论文）资料附件：外文文献原文及译文学 生 姓 名：学班专业（全称）： 土木工程（桥梁工程方向）指 导 教 师：2011 年 3 月CHANGSHACHANGSHA UNIVERSITYUNIVERSITY OFOF SCIENCESCIENCE & & TECHNOLOGYTECHNOLOGY毕业设计（论文）资料附件：毕业设计（论文）资料附件：外文文献原文及译外文文献原文及译文文学学 生生 姓姓 名：名：徐徐 波波学学号：号：2002007 71803021803021717班班级：级：桥土桥土 0 07 7-02-02 班班专业（全称专业（全称） ： 土木工程（桥梁工程方向）土木工程（桥梁工程方向）指指 导导 教教 师：师：易易 壮壮 鹏鹏2012011 1 年年 3 3 月月 襄樊汉江三桥北引桥施工图设计徐波号：级：土木工程（桥梁工程方向）易壮鹏论文200718030217桥土 07-02 班 毕业设计(论文)开题报告题目：K29+383.000K29+683.000课 题 类 别： 设计学 生 姓 名：学班专业（全称）：指 导 教 师：2011 年 03 月襄樊汉江三桥北引桥施工图设计一、本课题设计（研究）的目的：1）对毕业生要求：毕业设计环节的完成应达到使学生熟悉桥梁设计的基本过程和特点、掌握桥梁的基本概念、加强对桥规的了解和运用、增强综合运用各种所学知识的能力、提高桥梁结构分析能力和运用电算能力、提高利用计算机辅助设计水平、了解和接触大型商业软件的目的。更重要的是通过对本桥的设计，加深对等截面预应力连续梁桥的力学特点、构造特点以及使用范围的理解；通过毕业设计的实践，理论联系实践，独立完成设计，不断提高分析问题和解决问题的能力；通过毕业设计，不断提高查阅文献、计算、绘图、使用桥梁规范和设计手册，编写技术文件，运用电脑等基本技能，树立正确的设计思想，逐步掌握设计原则、设计方法和设计步骤；尊守纪律，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。2）工程背景介绍：襄樊汉江三桥北引属于襄樊市内环线第三合同段。樊市内环线起自 316 国道航空学校东侧，向南跨越汉丹铁路、航空路、唐白河、省道襄钟路到东津，西跨汉江（五桥）、焦柳铁路、207 国道，沿环山路或穿南部山区至檀营盘，向北跨越檀溪路，再次跨越汉江（三桥），过人民路，沿云锦路北上至卞家营接邓城大道（316 国道），向东至航空学校，形成闭合环，全长约 49.5km。第三合同段路线起点桩号为 K24+600，终点桩号为 K31+170，路线总长 6.57km。3）工程使用要求：1、设计荷载：公路-级；2、设计速度：6080km/h；3、桥梁全长：3293m，本任务长度：300m；4、桥面总宽：17.5m；5、横向布置：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道）；-1-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化，大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网络，这不仅有力与经济的进一步发展，同时对促进文化交流、加强民族团结、缩小地区差别、巩固国防等方面，也都有非常重要的意义。我国自改革开放以来，路、桥建设得到了飞速的发展，对改善人民的生活环境，改善投资环境，促进经济的腾飞，起到了关键性的作用。桥梁工程在工程规模上约占道路总造价的 10%20%，它同时也是保证全线通车的咽喉，特别在战时，即便是高技术战争，桥梁工程仍具有非常重要的地位。桥梁是一种功能性的结构物，但从古至今，人类从未停止过对桥梁美学的追求，很多桥梁被建成为令人赏心悦目的艺术品，具有鲜明的时代特征，至今仍被人们所赞叹。随着科学技术的进步和经济、社会、文化水平的提高，人民温暖对桥梁建筑提出了更高的要求。经过几十年的努力，我国的桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观的立交桥、高架桥，横跨长江、黄河等大江大河的特大跨度桥梁，如雨后春笋般频频建成。目前随着国家公路五纵七横国道主干线的规划和实施，及时公里长的跨海湾、海峡特大桥梁的宏伟工程已经摆在我们面前，并已逐渐开始建设，例如 2003 年 6 月开工建设的浙江宁波杭州湾跨海大桥，全长达 36km，是目前世界上最长的桥梁，杭州湾大桥的建设始上海至宁波的公路距离缩短了 120km。回顾过去，展望未来，可以预见，在今后相当长的一个时期内，我们广大的桥梁建设者将不断面临着建设新颖和复杂桥梁结构的挑战，肩负着国家光荣而艰巨的任务。1）预应力混凝土简支梁桥预应力混凝土简支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，主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车平顺舒适，造型简洁美观。加上这种桥型的设计施工工艺均较成熟，施工质量和施工工期能得到保证和控制。预应力混凝土简支梁桥的截面形式很多，如：板式截面、T 形截面、箱形截面，一般应根据桥梁的跨径、横向布置、支承方式及施工方法等方面综合考虑确定。合-2-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的自重、降低造价、简化施工和改善截面受力性能具有十分重要的意义。简支梁主梁的内力主要有三个：纵向受弯、受剪以及横向受弯。通常所说的三向预应力就是为了抵抗上述三个内力。纵向预应力抵抗纵向受弯和部分受剪，竖向预应力抵抗受剪，横向预应力则抵抗横向受弯。预应力数量和布筋位置都需要根据结构在使用阶段的受力状态予以确定，同时，也要满足施工各阶段的受力需要。施工方法不同，施工阶段的受力状态差别很大，因此，结构配筋必须结合施工方法考虑。常采用预制拼装法进行施工，与之拼装法是再预制厂按比例把梁做好，然后通过起重机等机器把梁架到墩台上去。预制厂制作的梁质量容易得到保证。钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土简支梁桥多采用预制装配式施工方法。这不仅可以实行标准化，工业化生产，而且可以提高质量，缩短工期，节省材料。预应力混凝土结构较普通钢筋筋结构不仅用料省，且使用性能好，但其施工工艺复杂，技术要求甚高，在一定程度上阻碍了预应力的进一步发展和推广应用。为简化预应力混凝土的施工工艺人们曾进行多方面的努力，预弯复合梁即是其中之一，该梁既具有预应力梁良好的使用性能，又省去了常规预应力所必须的留孔、穿索、张拉、锚固、压浆、封锚等一整套工序，且不用张拉机具，降低了施工技术要求，无需锚具及锚下垫板和局部加强钢筋，受拉主筋可根据强度要求在适当的位置切断，又可节省材料；预应力混凝土结构中混凝土所获得的预应力与梁抵抗外荷载所需的预应力的分布及大小相吻合，其预加载方式与使用阶段梁受载情况一致，预加载过程即对梁进行一次质量检验，故受力合理，使用安全。施工工序得到简化，但其用钢量却急删增加，以致在大多数国家和地区难以推广应用。可见，现有的预应力混凝土结构在良好的使用性能、用料的经济性及施工的简易性三方面并未达到完美的统一，尚需我们做出不断的努力。预应力混凝土空心板桥是小跨径简支梁桥中最常用的桥型之一。由于其桥跨径结构在外形上像一块薄板，故习惯上称之为板桥。板桥的突出优点是建筑高度小，适用于在桥下净空受限制的桥梁，与其他类型的桥梁相比，可以降低桥头引道高度和缩短引道的长度，因而常常在城市道路或公路立交中采用。板桥的主要缺点是跨径不宜过大，随着跨径的增大，板的厚度就要增加，这使得材料不能充分发挥作用，-3-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计而且增加了自重，常常挖空。板有质量较轻桥，外形简单，制作和架设方便等优点。预应力混凝土简支 T 梁是混凝土肋梁桥的一种，是中小跨径桥梁中应用最广的桥梁，具有受力明确，构造简单，施工方便，工期短等优点。2）预应力混凝土连续梁桥高强度预应力钢材、高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用,促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在八十年代后期, 国内开始生产 1860MPa 的低松弛预应力钢绞线, 加上与其配套的大吨位预应力锚具和张拉设备的研制成功, C50 与 C60 混凝土的应用, 使得预应力连续梁桥结构轻型化,跨越能力得到很大提高。在这以前, 我国大量采用 1600MPa5 的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形锚(即 F 式锚具) 。这种锚具的张拉吨位小,使用时的控制张拉力仅 565kN, 每张拉 10kN 预应力需要的布束面积约为 2.55cm2; 若采用j15.2 12 型锚具, 张拉 10kN 预应力所需的布束面积约为 0. 96cm2 ; 采用j 15. 2 22 型的锚具时,张拉 10kN 预应力所需的布束面积约为 0.67cm2 。三者的比例为 1:0.38:0.26 ,由此可以看到, 采用大吨位预应力锚具体系后, 使得预应力箱梁布束范围内的顶板、腹板和底板尺寸,设计时由原来的布束控制改为受力控制和按构造要求控制,这样大大减小了箱梁断面的尺寸,减轻了上部结构的自重。箱梁混凝土及钢绞线的用量能够大大减少,从而使得预应力结构设计更趋合理、经济。若采用以往的钢质锥形锚具, 预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在100m 左右随着1860Mpa 钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用, 目前我国连续梁桥的最大跨径已达 154m,连续刚构桥的最大跨径达到 270m, 从而使得我国预应力混凝土梁桥的设计、施工技术进入世界先进行列。-4-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计3）工程实例图一：塘下特大桥武广客运专线塘下特大桥全长 732.96 米，共 21 墩 2 台、22 片 900 吨简支梁，基础有桩基承台和扩大基础两种，墩身采用圆端型收坡型式，最高墩 38 米，采用下行式移动模架制梁。图二：六库怒江大桥六库怒江大桥位于云南省怒江州六库县，跨怒江，于 1991 年建成。全长 377.52米，桥面净宽 722 米，主桥上部结构为 154 米跨径的预应力混凝土箱型连续梁。设计荷载汽车20；挂车100。-5-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计图三：宜城汉江桥宜城汉江桥的主桥跨径组合为 55+1004+55m，1990 年建成，是中国首次采用双支座支承的预应力混凝土连续梁桥。图四：宜昌乐天溪桥宜昌乐天溪桥跨越长江支流乐天溪出口处，系为配合三峡工程而建的一座 4 孔 1 联预应力混凝土连续梁桥，主跨为 125m，1990 年建成。桥墩采用建于同一基础上的双壁式墩，在连续梁桥桥墩中采用双排支座，这样可以削减支点弯矩与剪力。-6-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计图五：奉浦大桥黄浦江奉浦大桥的主桥为五跨预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为 85+1253+85m，1995 年建成。125m 主跨支点处梁高 7.0m，跨中梁高 2.8m，梁底按二次抛物线变化。下部结构水中墩为高桩承台薄壁墩。-7-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：1）设计途径根据已有的地质水文资料，确定桥孔孔径，初拟桥梁图式，提出三个具有特色的方案作近一步分析评比，从中选出最佳的推荐方案。根据选定的桥梁方案，参照规范选择截面的基本尺寸（包括梁高、边跨与中跨长度及比值等参数），并进行结构设计以及施工方法的确定。经参阅各种文献资料，结合本桥工程实际，斜拉桥、悬索桥桥型美观，适合大跨径桥梁，其桥面铺装、伸缩装置都需要经过专门的设计，尤其是悬索桥的桥面铺装目前在我国任处在研究阶段，还没有非常成熟的设计可借鉴。且造价及养护费用较高且工期较长。且本设计为襄樊汉江三桥北引桥，故这两种桥型不予考虑。最后按照设计任务要求，综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了预应力混凝土简支 T 梁桥、变截面预应力混凝土连续梁桥和等截面预应力混凝土连续梁桥三个比选桥型。按技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理，同时满足美观、环境保护和可持续发展的要求，比较三个方案的优缺点。比选后把最优方案作为推荐的设计方案，进行结构细部尺寸拟定、静活载内力计算、配筋设计、控制截面强度、应力验算及活载变形验算等。经分析比较及验算表明各项方案思路正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。其构件的尺寸按JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范和桥梁工程教材（卲旭东主编，人民交通出版社）选择适宜的尺寸。2）设计重点方案一：预应力混凝土简支 T 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，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。襄樊汉江三桥北引桥采用 1030的预应力混凝土简支 T 梁桥，全桥长 300，桥面连续；桥面组成：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道）+0.5（中央分隔带）；截面形式为装配式 T 型截面。-8-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计预应力混凝土简支 T 梁桥单片 T 梁横截面、横向布置和立面布置图如下：图六：预应力混凝土简支 T 梁桥单片 T 梁横截面图（单位：）图七：预应力混凝土简支 T 梁桥横向布置图（单位：）-9-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计图八：预应力混凝土简支 T 梁桥立面布置图（单位：）方案二：变截面预应力混凝土连续梁桥变截面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。在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减少跨中正弯矩，跨越能力大，适用于地基良好的场所。变截面的引入使连续梁桥支点截面得到加强，有利于整桥受力情况的改善；而预应力混凝土结构具有比普通钢筋混凝土结构更大的跨越能力。襄樊汉江三桥北引桥采用59.8490.1690.1659.84不等跨的预应力混凝土连续梁桥，全桥长 300，采用悬臂法施工。横截面布置采用 C50 双悬臂单箱单室箱型截面。桥面组成：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道）。变截面预应力混凝土连续梁桥横向布置和立面布置图如下：-10-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计图九：变截面预应力混凝土连续梁桥立面布置图（单位：）图十：变截面预应力混凝土连续梁桥横向布置图（单位：）-11-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计方案三：等截面预应力混凝土连续梁桥等截面预应力混凝土连续梁桥同变截面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。在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减少跨中正弯矩，跨越能力大，适用于地基良好的场所。而等截面相比变截面具有预制方便，可采用架桥机施工，预应力束布置方便和造价相对低廉等好处。同样预应力混凝土结构也使其跨越力大为增加。襄樊汉江三桥北引桥采用 650的等跨预应力混凝土连续梁桥，全桥长 300，采用顶推施工。横截面布置采用 C50 单箱双室箱型截面。桥面组成：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道）。等截面预应力混凝土连续梁桥横向布置和立面布置图如下：图十一：等截面预应力混凝土连续梁桥横向布置图（单位：）-12-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计图十二：等截面预应力混凝土连续梁桥立面布置图（单位：）3）设计难点1.截面几何特性计算：（1）计算方法：手算时可以用分块面积法；电算时既可用分块面积法，也可以用节线法。（2）计算内容：毛截面的面积、重心轴的位置、毛截面对重心轴的惯性矩。2.主梁内力计算：（1）用桥梁计算软件 Midas 准确模拟整个施工过程及成桥状态。 先计算成桥状态下包括二期恒载的内力，确定所需的预应力的大小、预应力钢筋的种类和布置位置，并通过手算和电算的对比，确定合适的状态。在施工的每一个阶段，充分考虑混凝土的收缩徐变、预应力的损失、温度应力和支座的沉降等各方面的因素对成桥的影响（2）荷载横向分布系数计算：在横向分布影响线上用规范规定的荷载在最不利位置加载，计算主梁的最大影响量，得到主梁的荷载横向分布系数。（3）恒载内力计算：各期荷载集度，可看做均布荷载；恒载内力，用荷载集度与内力影响线面积相乘即得。（4）活载内力计算：汽车荷载在求主梁内力时均作为集中力，用影响线加载计-13-方案一预应力混凝土简支 T 梁桥造价相对较低桥面连续，行车平桥面连续，行车平顺；整体刚度大、易于保证工程质量。截面，抗震能力强；且伸缩缝小。缝小。方案二变截面预应力混凝土连续梁桥造价高顺；整体刚度大、变形小；采用箱型变形小；采用箱型主桥后期营运养护费用较少，且伸缩方案三等截面预应力混凝土连续梁桥造价较低截面，抗震能力强；襄樊汉江三桥北引桥施工图设计算。（5）内力组合：按规定进行荷载组合。3.预应力混凝土结构的配筋计算：桥涵设计规范规定，预应力梁应满足截面应力以及承载力的要求，根据这些要求估算截面上预应力筋的数量。一般以荷载作用下截面的应力条件进行配筋。4.荷载横向分布。4）方案比选1.备选方案比较表如下：方案序号方案经济性T 形截面，构造简单，采用预制拼装的施工方法，使其工期缩短，加快建桥速度，适用性采用桥面连续的方式，解决了行车舒适的问题，应用比较广泛。-14-采用现场浇注顶推筑施工，需要将墩梁临时固结；边跨形成简支体系，利于架，施工风险大；且要严格控制对称箱梁受力状态。方便，难度一般改变一般简支梁底板受拉，跨中弯矩过大的不利受力状态，加强支点截面体系温度变化，混凝用点和性质的改变，优化受力机理增强混凝土构件的耐久性，较为安全。与周围环境相协调，但桥墩数目过多，影弃用法施工，工期较短，模板支架重复利合龙采用落地支跨中设立临时支座，且要严格监控有一定难度改变一般简支梁底板受拉，跨中弯矩过大的不利受力状改善整桥受力情况，而通过应力作变，优化受力机理增强混凝土构件的耐久性，较为安全。全桥曲线圆润，富有动态感，桥型美观。弃用用；顶推时需要在方便，难度一般态，而通过应力作用点和性质的改全桥线条简洁明快，与周围环境相协调。首选襄樊汉江三桥北引桥施工图设计采用挂篮悬臂法浇工厂法预制 T 梁，质量有保证，现场吊装施工工艺施工，明显缩短工期。施工。保养难度简支梁桥受力简单，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。安全性土收缩徐变，张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力，因此结构较安全。全桥线条简洁明快，美观性响桥型美观。结论-15-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计2.推荐方案：倾向于采用方案三（等截面预应力混凝土连续梁桥），该桥型桥面连续，行车平顺，整体刚度大、变形小，主桥后期营运养护费用较少，采用顶推法施工，节省模板支架等，造价较低，而且全桥线条简洁明快，与周围环境相协调，因此为首选。方案一（预应力混凝土简支 T 梁桥）线型过于简单单调，桥墩数目过多影响美观。方案二（变截面预应力混凝土连续梁桥）箱型梁为变截面，无法预制，工期相对较长，且采用悬臂施工时需要将墩梁临时固结，边跨合龙采用落地支架，施工风险大；且要严格控制对称施工。因此造价也较高。-16-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计四、设计（研究）进度计划：1）第一阶段 13 周：熟悉毕业设计的任务和要求,2)调研,3)撰写开题报告,4)准备好上机条件。2）第二阶段 35 周：收集资料,2)方案比选、拟定推荐方案的结构尺寸,3)交比选方案报告和方案图纸。方案拟定包括：绘制河床断面图,确定总跨径,确定桥型（通航要求、地形地质条件、建筑高度）,桥梁的分孔（桥墩的布置要避开不利的地质段、上下部构造的总造价最低）,基础及墩台形式的确定，桥梁横断面的设计,上下部构造主要尺寸的拟定,桥面基础及墩台标高的确定(桥面纵坡、桥型布置图的必需要素，重复确定 23 个方案,方案比选（优缺点分析、经济性、受力特点、施工难易程度、美观等。3）第三阶段 59 周：推荐方案上部结构设计计算、电算。包括：确定计算图式;自重作用内力计算(计算网格图、几何特性计算);温度影响内力计算;车辆荷载和人群荷载内力计算(计算横向分布系数、确定单片主梁的荷载、纵向影响线、纵向布载；作用效应的组合。4）第四阶段 1011 周：配筋计算:估算钢束面积及束数(正截面抗裂性、承载能力极限状态估算非预应力钢筋的数量、最小配筋率的要求)，钢束的布置(锚固位置、弯起点、弯起角、弯起半径、钢束之间间距几何形状和位置画成图形)，预应力损失计算(预应力阶段、使用阶段)。5）五阶段 11 12 周：强度、刚度、稳定性验算有:应力验算(预加应力阶段的正截面应力验算、使用阶段的正截面应力验算、使用阶段的主应力验算,抗裂验算验算(正截面抗裂验算、斜截面抗裂验算),变形的验算(可变荷载频遇的长期最大竖向挠度、设置预拱度)稳定性验算.6）第六阶段 1213 周：-17-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计下部结构设计计算:墩台沉降内力计算。7）第七阶段 1315 周:绘制施工图。8）第八阶段 1616 周：专业文献翻译。9）第九阶段 17 周：整理资料、汇总成果、准备答辩。10）第十阶段 17 周：答辩。-18-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计五、参考文献：1JTG B01-2003，公路工程技术标准S北京：人民交通出版社，20032JTGD62-2004，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，20044JTGD60-1985，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李传习，夏桂云大跨度桥梁结构计算理论M北京：人民交通出版社，200210周念先桥梁方案比选M北京：人民交通出版社，199711王文涛刚构连续组合梁桥M北京：人民交通出版社，199512范立础预应力混凝土连续梁桥M北京：人民交通出版社，199913邵旭东桥梁设计百问M北京：人民交通出版社，200314叶见曙结构设计原理(第二版)M北京：人民交通出版社，200515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，200216American society of civil engineers. Civil EngineeringJ.17易建国桥梁计算实例集混凝土简支梁（板）桥M北京：人民交通出版社，199118贺拴海,谢仁物.公路桥梁荷载横向分布计算方法M.北京:人民交通出版社,1996:98-10419贺拴海.桥梁结构理论与计算方法M.北京:人民交通出版社,2003：86-11420徐光辉,刘效尧.公路桥涵设计手册丛书-梁桥M.北京:人民交通出版-19-襄樊汉江三桥北引桥施工图设计社,1996：1-20521江祖铭,王崇礼.公路桥涵设计手册丛书-墩台与基础M.北京:人民交通出版社,1994：1-8322徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计M.北京:人民交通出版社,2000：1-10023程翔云.梁桥理论与计算M.北京:人民交通出版社,1996：20-8624郭金琼.箱形梁设计理论M.北京：人民交通出版社，1991:1-14425其他参考书：各类设计手册、施工手册和软件使用手册。-20-日日襄樊汉江三桥北引桥施工图设计指导教师意见签名：月教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：月-21-毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告题目题目：襄樊汉江三桥北引桥施工图设计襄樊汉江三桥北引桥施工图设计K29+383.000K29+383.000K29+683.000K29+683.000课课 题题 类类 别：别： 设计设计论文论文学学 生生 姓姓 名：名：徐波徐波学学号：号：200718030217200718030217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（桥梁工程方向）土木工程（桥梁工程方向）指指 导导 教教 师：师：易壮鹏易壮鹏20112011 年年 0303 月月 襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 1 -一、一、本课题设计（研究）的目的：本课题设计（研究）的目的：1 1）对毕业生要求：）对毕业生要求：毕业设计环节的完成应达到使学生熟悉桥梁设计的基本过程和特点、掌握桥梁的基本概念、加强对桥规的了解和运用、增强综合运用各种所学知识的能力、提高桥梁结构分析能力和运用电算能力、提高利用计算机辅助设计水平、了解和接触大型商业软件的目的。更重要的是通过对本桥的设计，加深对等截面预应力连续梁桥的力学特点、构造特点以及使用范围的理解；通过毕业设计的实践，理论联系实践，独立完成设计，不断提高分析问题和解决问题的能力；通过毕业设计，不断提高查阅文献、计算、绘图、使用桥梁规范和设计手册，编写技术文件，运用电脑等基本技能，树立正确的设计思想，逐步掌握设计原则、设计方法和设计步骤；尊守纪律，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。2 2）工程背景介绍：）工程背景介绍：襄樊汉江三桥北引属于襄樊市内环线第三合同段。樊市内环线起自 316 国道航空学校东侧，向南跨越汉丹铁路、航空路、唐白河、省道襄钟路到东津，西跨汉江（五桥） 、焦柳铁路、207 国道，沿环山路或穿南部山区至檀营盘，向北跨越檀溪路，再次跨越汉江（三桥） ，过人民路，沿云锦路北上至卞家营接邓城大道（316 国道），向东至航空学校， 形成闭合环， 全长约 49.5km。 第三合同段路线起点桩号为 K24+600，终点桩号为 K31+170，路线总长 6.57km。3 3）工程使用要求：工程使用要求：1、设计荷载：公路-级；2、设计速度：6080km/h；3、桥梁全长：3293m，本任务长度：300m；4、桥面总宽：17.5m；5、横向布置：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道） ；襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 2 -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） ：随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化，大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网络，这不仅有力与经济的进一步发展，同时对促进文化交流、加强民族团结、缩小地区差别、巩固国防等方面，也都有非常重要的意义。我国自改革开放以来，路、桥建设得到了飞速的发展，对改善人民的生活环境，改善投资环境，促进经济的腾飞，起到了关键性的作用。桥梁工程在工程规模上约占道路总造价的 10%20%，它同时也是保证全线通车的咽喉，特别在战时，即便是高技术战争，桥梁工程仍具有非常重要的地位。桥梁是一种功能性的结构物，但从古至今，人类从未停止过对桥梁美学的追求，很多桥梁被建成为令人赏心悦目的艺术品，具有鲜明的时代特征，至今仍被人们所赞叹。随着科学技术的进步和经济、社会、文化水平的提高，人民温暖对桥梁建筑提出了更高的要求。经过几十年的努力，我国的桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观的立交桥、高架桥，横跨长江、黄河等大江大河的特大跨度桥梁，如雨后春笋般频频建成。目前随着国家公路五纵七横国道主干线的规划和实施，及时公里长的跨海湾、海峡特大桥梁的宏伟工程已经摆在我们面前，并已逐渐开始建设，例如 2003 年 6 月开工建设的浙江宁波杭州湾跨海大桥，全长达 36km，是目前世界上最长的桥梁，杭州湾大桥的建设始上海至宁波的公路距离缩短了 120km。回顾过去，展望未来，可以预见，在今后相当长的一个时期内，我们广大的桥梁建设者将不断面临着建设新颖和复杂桥梁结构的挑战，肩负着国家光荣而艰巨的任务。1 1）预应力混凝土简支梁桥预应力混凝土简支梁桥预应力混凝土简支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，主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车平顺舒适，造型简洁美观。加上这种桥型的设计施工工艺均较成熟，施工质量和施工工期能得到保证和控制。预应力混凝土简支梁桥的截面形式很多，如：板式截面、T 形截面、箱形截面，一般应根据桥梁的跨径、横向布置、支承方式及施工方法等方面综合考虑确定。合襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 3 -理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的自重、降低造价、简化施工和改善截面受力性能具有十分重要的意义。简支梁主梁的内力主要有三个：纵向受弯、受剪以及横向受弯。通常所说的三向预应力就是为了抵抗上述三个内力。纵向预应力抵抗纵向受弯和部分受剪，竖向预应力抵抗受剪，横向预应力则抵抗横向受弯。预应力数量和布筋位置都需要根据结构在使用阶段的受力状态予以确定，同时，也要满足施工各阶段的受力需要。施工方法不同，施工阶段的受力状态差别很大，因此，结构配筋必须结合施工方法考虑。常采用预制拼装法进行施工，与之拼装法是再预制厂按比例把梁做好，然后通过起重机等机器把梁架到墩台上去。预制厂制作的梁质量容易得到保证。钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土简支梁桥多采用预制装配式施工方法。这不仅可以实行标准化，工业化生产，而且可以提高质量，缩短工期，节省材料。预应力混凝土结构较普通钢筋筋结构不仅用料省，且使用性能好，但其施工工艺复杂，技术要求甚高，在一定程度上阻碍了预应力的进一步发展和推广应用。为简化预应力混凝土的施工工艺人们曾进行多方面的努力，预弯复合梁即是其中之一，该梁既具有预应力梁良好的使用性能，又省去了常规预应力所必须的留孔、穿索、张拉、锚固、压浆、封锚等一整套工序，且不用张拉机具，降低了施工技术要求，无需锚具及锚下垫板和局部加强钢筋，受拉主筋可根据强度要求在适当的位置切断，又可节省材料；预应力混凝土结构中混凝土所获得的预应力与梁抵抗外荷载所需的预应力的分布及大小相吻合，其预加载方式与使用阶段梁受载情况一致，预加载过程即对梁进行一次质量检验，故受力合理，使用安全。施工工序得到简化，但其用钢量却急删增加，以致在大多数国家和地区难以推广应用。可见，现有的预应力混凝土结构在良好的使用性能、用料的经济性及施工的简易性三方面并未达到完美的统一，尚需我们做出不断的努力。预应力混凝土空心板桥是小跨径简支梁桥中最常用的桥型之一。由于其桥跨径结构在外形上像一块薄板，故习惯上称之为板桥。板桥的突出优点是建筑高度小，适用于在桥下净空受限制的桥梁，与其他类型的桥梁相比，可以降低桥头引道高度和缩短引道的长度，因而常常在城市道路或公路立交中采用。板桥的主要缺点是跨径不宜过大，随着跨径的增大，板的厚度就要增加，这使得材料不能充分发挥作用，襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 4 -而且增加了自重，常常挖空。板有质量较轻桥，外形简单，制作和架设方便等优点。预应力混凝土简支 T 梁是混凝土肋梁桥的一种，是中小跨径桥梁中应用最广的桥梁，具有受力明确，构造简单，施工方便，工期短等优点。2 2）预应力混凝土连续梁桥预应力混凝土连续梁桥高强度预应力钢材、 高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用,促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在八十年代后期, 国内开始生产 1860MPa 的低松弛预应力钢绞线, 加上与其配套的大吨位预应力锚具和张拉设备的研制成功, C50 与 C60 混凝土的应用, 使得预应力连续梁桥结构轻型化,跨越能力得到很大提高。在这以前, 我国大量采用 1600MPa5 的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形锚(即 F 式锚具) 。这种锚具的张拉吨位小,使用时的控制张拉力仅 565kN, 每张拉 10kN 预应力需要的布束面积约为 2. 55cm2 ; 若采用j 15. 2 12 型锚具, 张拉 10kN 预应力所需的布束面积约为 0. 96cm2 ; 采用j 15. 2 22 型的锚具时,张拉 10kN 预应力所需的布束面积约为 0. 67cm2 。 三者的比例为 1 : 0. 38 : 0. 26 ,由此可以看到, 采用大吨位预应力锚具体系后, 使得预应力箱梁布束范围内的顶板、腹板和底板尺寸,设计时由原来的布束控制改为受力控制和按构造要求控制,这样大大减小了箱梁断面的尺寸,减轻了上部结构的自重。箱梁混凝土及钢绞线的用量能够大大减少,从而使得预应力结构设计更趋合理、经济。 若采用以往的钢质锥形锚具, 预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在 100m 左右随着 1860Mpa 钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用, 目前我国连续梁桥的最大跨径已达 154m,连续刚构桥的最大跨径达到 270m, 从而使得我国预应力混凝土梁桥的设计、施工技术进入世界先进行列。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 5 -3 3）工程实例工程实例图一：塘下特大桥武广客运专线塘下特大桥全长 732.96 米，共 21 墩 2 台、22 片 900 吨简支梁，基础有桩基承台和扩大基础两种，墩身采用圆端型收坡型式，最高墩 38 米，采用下行式移动模架制梁。图二：六库怒江大桥六库怒江大桥位于云南省怒江州六库县，跨怒江，于 1991 年建成。全长 377.52米，桥面净宽 722 米，主桥上部结构为 154 米跨径的预应力混凝土箱型连续梁。设计荷载汽车20；挂车100。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 6 -图三：宜城汉江桥宜城汉江桥的主桥跨径组合为 55+1004+55m，1990 年建成，是中国首次采用双支座支承的预应力混凝土连续梁桥。图四：宜昌乐天溪桥宜昌乐天溪桥跨越长江支流乐天溪出口处，系为配合三峡工程而建的一座 4 孔1 联预应力混凝土连续梁桥，主跨为 125m，1990 年建成。桥墩采用建于同一基础上的双壁式墩，在连续梁桥桥墩中采用双排支座，这样可以削减支点弯矩与剪力。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 7 -图五：奉浦大桥黄浦江奉浦大桥的主桥为五跨预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为 85+1253+85m，1995 年建成。125m 主跨支点处梁高 7.0m，跨中梁高 2.8m，梁底按二次抛物线变化。下部结构水中墩为高桩承台薄壁墩。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 8 -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） ：1 1）设计途径）设计途径根据已有的地质水文资料，确定桥孔孔径，初拟桥梁图式，提出三个具有特色的方案作近一步分析评比，从中选出最佳的推荐方案。根据选定的桥梁方案，参照规范选择截面的基本尺寸（包括梁高、边跨与中跨长度及比值等参数） ，并进行结构设计以及施工方法的确定。经参阅各种文献资料，结合本桥工程实际，斜拉桥、悬索桥桥型美观，适合大跨径桥梁，其桥面铺装、伸缩装置都需要经过专门的设计，尤其是悬索桥的桥面铺装目前在我国任处在研究阶段，还没有非常成熟的设计可借鉴。且造价及养护费用较高且工期较长。 且本设计为襄樊汉江三桥北引桥，故这两种桥型不予考虑。最后按照设计任务要求，综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了预应力混凝土简支 T 梁桥、变截面预应力混凝土连续梁桥和等截面预应力混凝土连续梁桥三个比选桥型。按技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理，同时满足美观、环境保护和可持续发展的要求，比较三个方案的优缺点。比选后把最优方案作为推荐的设计方案，进行结构细部尺寸拟定、静活载内力计算、配筋设计、控制截面强度、应力验算及活载变形验算等。经分析比较及验算表明各项方案思路正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。其构件的尺寸按JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范和桥梁工程教材（卲旭东主编，人民交通出版社）选择适宜的尺寸。2 2）设计重点）设计重点方案一：预应力混凝土简支 T 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，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。襄樊汉江三桥北引桥采用 1030的预应力混凝土简支 T 梁桥， 全桥长 300，桥面连续；桥面组成：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道）+0.5（中央分隔带） ；截面形式为装配式 T 型截面。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 9 -预应力混凝土简支 T 梁桥单片 T 梁横截面、横向布置和立面布置图如下：图六：预应力混凝土简支 T 梁桥单片 T 梁横截面图（单位：）图七：预应力混凝土简支 T 梁桥横向布置图（单位：）襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 10 -图八：预应力混凝土简支 T 梁桥立面布置图（单位：）方案二：变截面预应力混凝土连续梁桥变截面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。在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减少跨中正弯矩，跨越能力大，适用于地基良好的场所。变截面的引入使连续梁桥支点截面得到加强，有利于整桥受力情况的改善；而预应力混凝土结构具有比普通钢筋混凝土结构更大的跨越能力。襄樊汉江三桥北引桥采用 59.8490.1690.1659.84不等跨的预应力混凝土连续梁桥，全桥长 300，采用悬臂法施工。横截面布置采用 C50 双悬臂单箱单室箱型截面。桥面组成：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道） 。变截面预应力混凝土连续梁桥横向布置和立面布置图如下：襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 11 -图九：变截面预应力混凝土连续梁桥立面布置图（单位：）图十：变截面预应力混凝土连续梁桥横向布置图（单位：）襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 12 -方案三：等截面预应力混凝土连续梁桥等截面预应力混凝土连续梁桥同变截面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。在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减少跨中正弯矩，跨越能力大，适用于地基良好的场所。而等截面相比变截面具有预制方便，可采用架桥机施工，预应力束布置方便和造价相对低廉等好处。同样预应力混凝土结构也使其跨越力大为增加。襄樊汉江三桥北引桥采用 650的等跨预应力混凝土连续梁桥，全桥长 300，采用顶推施工。横截面布置采用 C50 单箱双室箱型截面。桥面组成：1.52（人行道）0.252（防撞栏杆）14（行车道） 。等截面预应力混凝土连续梁桥横向布置和立面布置图如下：图十一：等截面预应力混凝土连续梁桥横向布置图（单位：）襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 13 -图十二：等截面预应力混凝土连续梁桥立面布置图（单位：）3 3）设计难点）设计难点1.截面几何特性计算：（1）计算方法：手算时可以用分块面积法；电算时既可用分块面积法，也可以用节线法。（2）计算内容：毛截面的面积、重心轴的位置、毛截面对重心轴的惯性矩。2.主梁内力计算：（1）用桥梁计算软件 Midas 准确模拟整个施工过程及成桥状态。 先计算成桥状态下包括二期恒载的内力，确定所需的预应力的大小、预应力钢筋的种类和布置位置，并通过手算和电算的对比，确定合适的状态。在施工的每一个阶段，充分考虑混凝土的收缩徐变、预应力的损失、温度应力和支座的沉降等各方面的因素对成桥的影响（2）荷载横向分布系数计算：在横向分布影响线上用规范规定的荷载在最不利位置加载，计算主梁的最大影响量，得到主梁的荷载横向分布系数。（3）恒载内力计算：各期荷载集度，可看做均布荷载；恒载内力，用荷载集度与内力影响线面积相乘即得。（4）活载内力计算：汽车荷载在求主梁内力时均作为集中力，用影响线加载计襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 14 -算。（5）内力组合：按规定进行荷载组合。3.预应力混凝土结构的配筋计算：桥涵设计规范规定，预应力梁应满足截面应力以及承载力的要求，根据这些要求估算截面上预应力筋的数量。一般以荷载作用下截面的应力条件进行配筋。4.荷载横向分布。4 4）方案比选）方案比选1.备选方案比较表如下：方案序号方案一方案二方案三方案预应力混凝土简支 T 梁桥变截面预应力混凝土连续梁桥等截面预应力混凝土连续梁桥经济性造价相对较低造价高造价较低适用性T 形截面， 构造简单，采用预制拼装的施工方法，使其工期缩短，加快建桥速度，易于保证工程质量。采用桥面连续的方式，解决了行车舒适的问题，应用比较广泛。桥面连续，行车平顺；整体刚度大、变形小；采用箱型截面， 抗震能力强；且伸缩缝小。桥面连续，行车平顺；整体刚度大、变形小；采用箱型截面， 抗震能力强；主桥后期营运养护费用较少，且伸缩缝小。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 15 -施工工艺工厂法预制 T 梁，质量有保证，现场吊装形成简支体系，利于施工，明显缩短工期。采用挂篮悬臂法浇筑施工，需要将墩梁临时固结；边跨合龙采用落地支架，施工风险大；且要严格控制对称施工。采用现场浇注顶推法施工， 工期较短，模板支架重复利用；顶推时需要在跨中设立临时支座，且要严格监控箱梁受力状态。保养难度方便，难度一般有一定难度方便，难度一般安全性简支梁桥受力简单，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，因此结构较安全。改变一般简支梁底板受拉，跨中弯矩过大的不利受力状态，加强支点截面改善整桥受力情况，而通过应力作用点和性质的改变，优化受力机理增强混凝土构件的耐久性， 较为安全。改变一般简支梁底板受拉，跨中弯矩过大的不利受力状态，而通过应力作用点和性质的改变，优化受力机理增强混凝土构件的耐久性， 较为安全。美观性全桥线条简洁明快，与周围环境相协调，但桥墩数目过多，影响桥型美观。全桥曲线圆润，富有动态感，桥型美观。全桥线条简洁明快，与周围环境相协调。结论弃用弃用首选襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 16 -2.推荐方案：倾向于采用方案三（等截面预应力混凝土连续梁桥） ，该桥型桥面连续，行车平顺，整体刚度大、变形小，主桥后期营运养护费用较少，采用顶推法施工，节省模板支架等，造价较低，而且全桥线条简洁明快，与周围环境相协调，因此为首选。方案一（预应力混凝土简支 T 梁桥）线型过于简单单调，桥墩数目过多影响美观。方案二（变截面预应力混凝土连续梁桥）箱型梁为变截面，无法预制，工期相对较长，且采用悬臂施工时需要将墩梁临时固结，边跨合龙采用落地支架，施工风险大；且要严格控制对称施工。因此造价也较高。襄樊汉江三桥北引桥施工图设计- 17 -四、四、设计（研究）进度计划：设计（研究）进度计划：1 1）第一阶段第一阶段 1 13 3 周：周：熟悉毕业设计
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