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大桥 号桥 施工图 设计

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论文吴思辰号：级：土木工程（桥梁工程方向）钟惠萍201018020110桥梁1001班李学文金霞飞毕业设计(论文)开题报告题目：南岗大桥（3号桥）施工图设计（荷载：公路-级；桥宽：9.0m)课 题 类 别： 设计 学 生 姓 名：学班专业（全称）：指 导 教 师：2014年 3 月一、本课题设计（研究）的目的：随着我国经济的迅速发展和经济全球化，交通运输事业得到了很大发展，这不仅有利于经济的进一步发展，同时对文化交流、民族团结、缩小地区差别、巩固国防等方面也有很大贡献，有着非常重要的意义。自改革开放以来，我国路桥建设得到了迅速的发展，对改善人民生活环境，改善市场投资环境，促进经济的腾飞，起到了决定性的作用。在工程规模上，桥梁工程大约占了道路总造价的10%20%，它也是保证全线通车的咽喉，特别在战时等特殊时期，即使是高科技战争，桥梁工程仍具有不可替代的地位。桥梁是一种功能性的结构物，从古至今，人类不曾停止过对桥梁美学的追求，许多桥梁被建成艺术品，令人赏心悦目，且具有鲜明的时代特征，至今仍为人们所称道。随着科技的进步和社会、经济、文化水平的提高，人民对桥梁建筑提出了更高的要求。经过若干年的努力，我国的桥梁工程无论在建设的规模上，还是在科学技术水平上，均已跻身世界先进之列。各种功能齐全、造型美观的高架桥、立交桥，横跨长江、黄河等大江大河的特大跨度桥梁，像雨后春笋般相继建成。目前随着国家公路五纵七横的国道主干线规划与实施，几十公里长的跨海湾、海峡特大桥梁的宏伟工程已摆放在我们面前，并已逐步开始建设，如2003年6月份开工建设的浙江宁波杭州湾跨海大桥，全长36km，是目前世界上最长的桥梁，杭州湾大桥的建设使得上海到宁波的公路距离缩短了整整120km。回顾过往，展望未来，我们可以预见，在今后相当长的一个时期里面，我们广大的桥梁建设者仍将不断面临建设新颖和复杂桥梁结构的挑战，肩负了光荣而艰巨的任务。因此，整个毕业设计环节的完成应达到让学生熟悉桥梁设计的基本过程与特点，掌握桥梁的基本概念，加强对桥规的了解与运用，同时也加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桥梁电算的能力，提高利用计算机辅助设计水平以及对利用大型商业软件解决工程实际问题有所了解和接触。更重要的是，通过对本桥的设计，加深对连续梁桥力学特点、构造特点以及使用范围的理解；通过自行编制的计算程序，完成一项或多项结构辅助设计工作，熟悉桥梁结构电算的一般方法；通过绘制施工图纸，熟悉AutoCAD软件的使用。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：（一）桥梁的现状和发展趋势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见，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。按照桥梁主要承重结构的受力体系可以将桥梁分为斜拉桥、梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥，以下分别介绍这五种桥梁及其发展现状。1、 斜拉桥斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，在通过塔柱基础传至地基，塔柱基本上以受压为主。跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承（吊起）的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件，斜拉桥属于高次超静定结构，主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关，存在着一定最优的索力分布，使主梁在各种受力状态下的弯矩（或应力）最小。斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如武汉长江第三大桥，主跨618m。我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。2、 梁式桥梁式桥的概念：梁式桥是指用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。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。（1）简支T型梁T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了，从16m到5Om跨径（带马蹄形而未加宽的T型截面适用跨径在30m以内，底部加宽的T型截面适用跨径在30-50m以内的预应力混凝土桥梁），都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。其发展趋势为：采用高强、低松弛钢绞线群锚：混凝桥南京长江二桥北汊桥六库怒江大桥黄浦江奉浦大桥常德沅水大桥东明黄河公路大桥风陵渡黄河大桥沙洋汉江大桥珠江三桥宜城汉江公路大桥松花江大桥名90+3165+9085+154+8585+3125+8584+3120+8475+7120+75587+87+7114+8763+6111+6380+110+8055+4100+5559+790+59主江苏云南上海湖南山东山西湖北广东湖北黑龙江桥2000199519951986199319941985198319901986跨径（m）桥址建成年份土标号4060号；T形梁的翼缘板加宽，25m是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改善行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。（2）连续箱形梁桥等截面箱形连续梁桥的适用跨径以40-60m为宜，当主跨跨径接近或大于70m时，宜采用变截面连续梁桥。另外截面能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室），早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土4060号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。以下是我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥，如下所示：表一：序号123456789103、 拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈和拱肋（拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋）。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。同时，根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常采用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土来建造。拱桥不仅跨越能力很大，而且外形酷似彩虹卧波，十分美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的，一般在跨径500m以内均可作为比选方案。但应当注意，为了确保拱桥的安全，下部结构和和体积（特别是桥台）必须能经受住很大的水平推力作用。此外，与梁式桥不同，由于拱圈（或拱肋）在合拢前自身不能维持平衡，因而拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁式桥。根据近年的实践，钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用。分类：按拱上建筑形式可以分为实腹式拱桥：指拱上建筑为实体结构，拱圈和主梁之间有填充物的拱桥形式。优点：刚度大，构造简单，施工方便。缺点：无法做成较大跨径的桥，常用跨径为20-30m。空腹式拱桥：是指拱圈与主梁之间有立柱支撑。优点：外形美观，省材料，有助于泄洪。缺点：施工麻烦，受力复杂。常用在大跨径的桥梁中。组合体系式拱桥：主要承重结构由拱和梁组成。一般采用钢筋混凝土或钢结构建造。兼实腹式拱桥与空腹式拱桥两者的优点，其跨越能力大。常用在大、中跨度桥梁中。按拱轴线的型式可分为圆弧拱桥：拱圈轴线是按部分圆弧线设置的。优点：构造简单，石料规格少，备料、放样、施工等很简便。缺点：拱内压力线偏离拱轴线较大，受力很不均匀。适用于跨度小于20m的石拱桥。抛物线拱桥：拱圈轴线按抛物线设置，为特殊悬链线拱桥。优点：弯矩小，节省材料，跨越能力比较大。缺点：构造复杂，若为石拱桥，料石规格较多，施工相对麻烦。悬链线拱桥：拱圈轴线按悬链线设置。受力均匀，弯矩小，用材少。在实腹拱桥和大跨度空腹式拱桥中普遍适用。按照桥面的位置可分为上承式拱桥：桥面系设在拱圈上面。优点：桥面系构造简单，施工方便，拱圈与墩台的宽度小。缺点：建筑高度大，纵坡大，引桥长。用在跨度较大的桥梁。如图2-1-3-1所示：.图2-1-3-1 上承式拱桥结构示意图下承式拱桥：桥面系设置在拱圈下面。优点：建筑高度很小，纵坡小，能节省引道长度。缺点：拱肋施工麻烦，构造复杂。用于地基差的桥位上。如图2-1-3-2所示：图2-1-3-2 下承式拱桥结构示意图中承式拱桥：桥面系设置在拱肋中部。优点：引道较短，建筑高度较小。缺点：构造复杂，施工比较麻烦，桥梁宽度大。如图2-1-3-3所示：图2-1-3-3 中承式拱桥结构示意图按有无水平推力可分为无推力拱桥：在竖向荷载作用下，拱脚对墩台无水平推力的拱桥。其推力由柔性杆件或者刚性梁承受，属于内部超静定且外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不好的桥位，墩台与梁式桥相类似，只能做下承式桥，建筑高度小，桥面标高可以设计得较低，从而降低纵坡，减小引桥长度，但结构的施工较为复杂。有推力拱桥：在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力的拱桥。其推力可减小跨中弯矩，造型美观大方，在城市桥梁中优先选用，可做成上承式、中承式桥。但对地质要求较高，墩台大，施工较为麻烦。按照建筑材料的不同可分为石拱桥：用石料建造的拱桥。优点：养护方便，外形美观，可就地取材，减少造价。缺点：自重大，跨越能力有限，石料的开采加工和砌筑都需要较多劳动力，工期较长。一般用于小跨径桥梁。混凝土拱桥：用混凝土建造的拱桥，包括钢筋混凝土和素混凝土两大类。优点：加工和制造比石拱桥方便，工期短。缺点：其跨越能力小，混凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。钢拱桥：上部结构用钢材建造的拱桥。优点：跨越能力大，自重轻。缺点：结构较复杂，造价高，维护费用高，对地基要求高。适用于大跨度桥梁。按铰的多少可分为三铰拱：在拱冠与拱端处都设铰的拱桥，属于静定结构。优点：不受附加应力的影响，适用于地质条件差跨度较大的桥。缺点：施工麻烦，结构复杂，维护费高，整体刚度较差，还需设置构造缝；拱圈挠曲在铰处急剧变化，不利于行车。因此，一般只在一些较小跨径的桥上采用。两铰拱：拱圈中间无铰而两端有铰的拱桥，属于外部一次超静定结构。优点：拱脚处不受弯矩，可减小混凝土收缩、徐变以及温度变化，还有墩台位移的影响。缺点：构造较复杂，对应的桥面处需设置构造缝，导致施工麻烦，对地基要求较高。无铰拱：拱圈两端固结在桥墩上，中间没有铰的拱桥，属于外部三次超静定结构。优点：较有铰拱桥弯矩分布合理，结构刚度大，材料用量较省，施工方便，维护费用少，具有较好的经济与使用效益。缺点：会产生附加应力，对地基要求很高。4、刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力，因而其受力状态介于梁桥和拱桥之间，刚架桥跨中的建筑高度可做到很小。但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚结处较易产生裂缝，需在该处多配钢筋。刚架桥一般均需承受正负弯矩的交替作用，横截面宜采用箱形截面，连续刚构桥主梁受力与连续梁相近，横截面形式与尺寸也与连续梁基本相同。（1）T型刚构这种结构体系有致命弱点。从60年代起到80年代初，我国公路桥梁修建了几座T形刚构桥，如著名的重庆长江大桥和沪州长江大桥，80年以后这种桥型基本不再修建了，这里不赘述。（2）连续刚构桥连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一，一般采用变截面箱梁。连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系。一联内无缝，改善了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。所以，连续刚构保持了T形刚构和连续梁的优点。连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。当然，桥墩较矮时，这种桥型受到限制。近年来，我国公路上修建了几座著名的预应力混凝土连续刚构桥，如广东洛溪大桥，主孔180m；湖北黄石长江大桥，主孔3245m；广东虎门大桥副航道桥，主孔270m，为目前世界同类桥中最大跨径。我国的预应力混凝土连续刚构桥，几乎都采用悬臂浇筑法施工。一般采用5060号高标号混凝土和大吨位预应力钢束。5、悬索桥悬索桥（也称吊桥）是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚碇结构需做的很大（重力式锚碇），或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇），缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制形成钢缆，以充分发挥其优良的抗拉性能。悬索桥的承载系统包括缆索、塔柱和锚碇三部分，因此结构自重较轻，能够跨越任何其他桥型无法达到的特大跨度，悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。在所有桥梁体系中，悬索桥的刚度最小，属柔性结构，在车辆荷载作用下，悬索桥将产生较大的变形，例如跨度1000m的悬索桥，在车辆荷载作用下，L/4区域的最大挠度可达3m左右。另外，悬索桥风致振动及稳定性在设计和施工中也需予特别的重视。悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型）。但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也可以同斜拉桥竞争。根据理论分析，就目前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到3500m左右。当然还有规划中更大跨径的悬索桥。悬索桥跨径增大，如上所述当跨径达3500m时，动力问题将是一个突出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉”桥型。悬索桥结合地形、地质、水文可采用单跨悬吊、双跨不对称悬吊和三跨悬吊。主缆的施工方法：空中纺线法（AS）；索股法（PWS）。我国几座悬索桥均采用PWS法。索股采用5mm镀锌钢丝，由91或127根5组成一根索股，根据受力钢缆由不同数量索股组成。（二）设计方案比选1、 技术标准：汽车荷载：公路-级桥面宽度：9.0m（防撞栏杆0.5m）通航要求：无不考虑地震及漂流物撞击作用桥面横坡：2%设计基准期：100年设计洪水频率：百年一遇2、 方案比选的原则：(1)适用耐久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求。桥下应满足安全通航、通行、泄洪等要求。建成的桥梁应保证在使用年限内正常适用，并便于检查和维修。在通过设计荷载时，桥梁结构不应出现过大的变形和过宽的裂缝。(2)安全可靠控制桥梁的横向与竖向振幅，避免车辆在桥上的振动与冲击。整个桥跨结构和各构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的刚度、强度、稳定性和耐久性。(3)经济应遵循因地制宜，方便施工和就地取材的原则。尽可能的减少造价和维护费用。(4)技术先进在因地制宜的条件下，尽可能地采用成熟的新技术、新材料和新设备，淘汰和摒弃落后、不合理的东西。(5)美观一座桥梁，特别是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，与周围的景致相协调，并在空间有和谐的比例。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，不可以把美观片面的理解为豪华的装饰，施工质量和结构细处的美化处理都很重要。(6)环境保护和可持续发展桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展，不能以牺牲环境为代价发展济。3、方案比选方案一：独塔斜拉桥（120m+80m）（1） 桥型介绍：又称斜张桥，是将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。（2）尺寸拟定主跨比边跨为0.66，高跨比为0.5-0.7之间，密索主梁索距为5m-12m。施工方案：悬臂现浇施工。从桥墩开始，两侧对称进行现浇梁段。桥梁在施工过程中产生负弯矩，桥墩也要求承受由施工产生的弯矩，因此悬臂施工宜在营运状态的结构受力与施工状态的受力状态比较接近的桥梁中选用，如预应力混凝土T型刚构桥、变截面连续梁桥和斜拉桥等；非墩桥固接的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时固结，因而在施工过程中有结构体系的转换存在；采用悬臂施工的机具设备种类很多，就挂篮而言，也有桁架式、斜拉式等多种类型，可根据实际情况选用；悬臂浇筑施工简便，结构整体性好，施工中可不断调整位置，常在跨径大于100的桥梁上选用；悬臂施工法可不用或少用支架，施工不影响通航或桥下交通。方案二：先简支后连续预应力钢筋混凝土连续T梁桥（5*40m）优点：制造简单，整体性好，接头也方便，而且能有效的利用现代高强材料，减少构件截面，与钢筋混凝土相比，能节省钢材，在使用荷载下不出现裂缝等。缺点：预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，使桥面铺装加厚等。采用预制拼装法施工，即先预制T型梁，然后用大型机械吊装的一种施工方法。（1） 尺寸拟定采用先简支后连续预应力钢筋混凝土连续T梁40m+40m+40m+40m+40m等跨布置。（2） 孔径布置：5*40m，T梁梁高定为2m。施工方案：采用预制装配施工。由于是工场生产制作，构件质量好，有利于确保构件的质量和尺寸精度，并尽可能多的采用机械化施工；上下部结构可以平行作业，因而可缩短现场工期；能有效的利用劳动力，并由此而降低了工程造价；由于施工速度快，可适用于紧急施工工程；将构件预制后由于要存放一段时间，因此在安装时已有一定龄期，可减少混凝土收缩、徐变引起的变形。方案三：预应力混凝土变截面连续箱梁桥（55m+90m+55m）（1） 尺寸拟定该桥跨径组合为55m+90m+55m三跨预应力混凝土连续梁桥，边中跨之比为0.61，单幅桥面宽9.0m，布置为0.5m（护栏）+11m（车道）+0.5m（护栏），箱梁根部截面的高跨比一般为1/16-1/20，最大跨径为90m，跨中处截面梁高通常为支点截面梁高的1/1.5-1/2.5。（2）孔径布置 55m+90m+55m。（3） 结构构造采用三跨连续箱梁桥。（4） 施工方案：采用悬臂浇筑法施工，其主梁混凝土的悬臂浇筑与一般预应力混凝土梁式桥的基本相同。这种方法的优点是结构的整体性好，施工中不需要大吨位悬臂吊机和运输预制节段块件的驳船；但其不足之处是在整个施工过程中必须严格控制挂篮的变形和混凝土收缩、徐变的影响，相对与悬臂拼装法而言其施工周期较长。（5） 悬臂浇筑法一般采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称地向两岸利用挂篮浇筑梁节段的混凝土，待混凝土达到要求强度后，便张拉预应力束，然后移动挂篮，进行下一节段施工。方案二自重显著减轻，节省材2. 跨度大，刚度大，行车 桥，桥面连续，行车舒适，整体性好，施工不、预应力结构不仅充分发挥了高强材料的特整主梁初始内力，使主 性，而且提高了混凝土 悬臂浇筑法施工，这是抗裂性，结构轻。短。连续梁刚度大，变形度300-1000m时用斜促使结构轻型化，跨越 本较高，造型美观。方案三方便。对箱梁而言跨度较大，施工难度较大，采用需特别注意的；工期较箱梁自重较大，对桥墩小，伸缩缝少，能充分 与基础要求高，增加了周围环境协调好，因方案比选优缺点表 一方案一采用独塔斜拉桥，结构1. 采用变截面连续T梁桥，采用变截面连续箱梁适用性料，大幅增加跨越能力3. 平稳舒适。预张力结构可给主梁一个初始支承力以调安全性梁受力状况更趋于均匀合理，并提高斜拉索刚度。据相关研究显示在跨经济性拉桥更经济。后期维护 利用高强材料的特性， 桥梁预算后期养护成量大，造价高。能力强。线条流畅，气势恢宏， 构造简单，线条简洁。 全桥线条简洁明快，与美观性此，桥型美观。综上，通过经济性、适用性、美观性、安全性等方面的综合比较，我推荐第三个方案（55m+90m+55m）预应力混凝土变截面连续箱梁桥。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：1.设计的重点与难点重点：（1）成桥状态下的结构分析（2）主梁恒载、活载内力计算（3）预应力钢筋的配置（4）预应力混凝土的施工难点：（1）主梁恒载、活载内力计算和组合（2）预应力钢筋的布置（3）混凝土的收缩徐变（4）施工过程结构受力状态的正确模拟2. 拟采用的途径（1）合理选择桥型，正确拟定结构尺寸（2）利用桥梁计算机软件模拟整个施工过程和成桥状态（3）在每个阶段充分考虑混凝土的收缩徐变（4）设计施工时严格控制各片梁的初张拉龄期翻译、开题报告、方案比选，推荐最优方案第 5 周内力计算或程序调试与基本数据准备至 8 周至 10 周验算及资料整理绘制施工图编写设计说明书、整理译文、英文摘要整理、修改及交稿毕业答辩及其准备拟定结构尺寸，选取计算简图或内力计算内力计算、作用效应组合和绘制包络图钢筋数量估算及布置四、设计（研究）进度计划：1 第 3 至4 周2.3 第 6 周4 第 65 第 96 第 11 至 12 周7 第 13 至 14 周8 第 15 周9 第 16 周10 第 17 周五、参考文献：1 JTG B01-2003, 公路工程技术标准S. 北京：人民交通出版社，2004.2 JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范S. 北京：人民交通出版社，2004.3JTJ022-85, 公路砖石及混凝土桥涵设计规范S. 北京：人民交通出版社，2004.4JTGD62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S. 北京：人民交通出版社，2004.5 叶见曙. 结构设计原理M. 北京：人民交通出版社，2005.6 易建国. 桥梁计算示例丛书混凝土简支梁（板）桥M. 北京：人民交通出版社,2006.7 周念先. 桥梁方案比选M. 上海：同济大学出版社, 1997.8 范立础. 预应力混凝土连续梁桥M. 北京：人民交通出版社，1996.9 邵旭东. 桥梁工程 M. 北京：人民交通出版社，200610 邵旭东. 桥梁设计百问M. 北京：人民交通出版社，200311 陈忠延. 土木工程专业毕业设计指南（桥梁工程）M. 北京：人民交通出版社,2002.日日12 Toshio MIYATA, Toru FUJIWARA, Hitoshi YAMADA and Tetsuo HOJO.Wind-resistantDesignofCablesfortheTataraBridgeA.Long-SpanandHigh-RiseStructuresIABSESymposiumKobe1998C.Kobe,1998,V79:51-56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：南岗大桥（：南岗大桥（3 3 号桥）施工图设计（荷载：号桥）施工图设计（荷载：公路公路- -级；桥宽：级；桥宽：9.0m)9.0m)课课 题题 类类 别：别： 设计设计 论文论文学学 生生 姓姓 名：名：吴思辰吴思辰学学号：号：201018020110201018020110班班级：级：桥梁桥梁 10011001 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：钟惠萍钟惠萍李学文李学文金霞飞金霞飞20142014 年年 3 3 月月 一、本课题设计（研究）的目的：随着我国经济的迅速发展和经济全球化，交通运输事业得到了很大发展，这不仅有利于经济的进一步发展，同时对文化交流、民族团结、缩小地区差别、巩固国防等方面也有很大贡献，有着非常重要的意义。自改革开放以来，我国路桥建设得到了迅速的发展，对改善人民生活环境，改善市场投资环境，促进经济的腾飞，起到了决定性的作用。在工程规模上， 桥梁工程大约占了道路总造价的 10%20%， 它也是保证全线通车的咽喉，特别在战时等特殊时期，即使是高科技战争，桥梁工程仍具有不可替代的地位。桥梁是一种功能性的结构物，从古至今，人类不曾停止过对桥梁美学的追求，许多桥梁被建成艺术品，令人赏心悦目，且具有鲜明的时代特征，至今仍为人们所称道。随着科技的进步和社会、经济、文化水平的提高，人民对桥梁建筑提出了更高的要求。 经过若干年的努力， 我国的桥梁工程无论在建设的规模上， 还是在科学技术水平上，均已跻身世界先进之列。各种功能齐全、造型美观的高架桥、立交桥，横跨长江、黄河等大江大河的特大跨度桥梁，像雨后春笋般相继建成。目前随着国家公路五纵七横的国道主干线规划与实施，几十公里长的跨海湾、海峡特大桥梁的宏伟工程已摆放在我们面前，并已逐步开始建设，如 2003 年 6 月份开工建设的浙江宁波杭州湾跨海大桥，全长36km，是目前世界上最长的桥梁，杭州湾大桥的建设使得上海到宁波的公路距离缩短了整整 120km。回顾过往，展望未来，我们可以预见，在今后相当长的一个时期里面，我们广大的桥梁建设者仍将不断面临建设新颖和复杂桥梁结构的挑战，肩负了光荣而艰巨的任务。因此，整个毕业设计环节的完成应达到让学生熟悉桥梁设计的基本过程与特点， 掌握桥梁的基本概念，加强对桥规的了解与运用，同时也加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桥梁电算的能力，提高利用计算机辅助设计水平以及对利用大型商业软件解决工程实际问题有所了解和接触。更重要的是，通过对本桥的设计，加深对连续梁桥力学特点、构造特点以及使用范围的理解；通过自行编制的计算程序，完成一项或多项结构辅助设计工作，熟悉桥梁结构电算的一般方法；通过绘制施工图纸，熟悉 AutoCAD 软件的使用。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述） ：（一）桥梁的现状和发展趋势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见，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。按照桥梁主要承重结构的受力体系可以将桥梁分为斜拉桥、梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥，以下分别介绍这五种桥梁及其发展现状。1、 斜拉桥斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，在通过塔柱基础传至地基，塔柱基本上以受压为主。跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承（吊起）的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件，斜拉桥属于高次超静定结构，主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关，存在着一定最优的索力分布，使主梁在各种受力状态下的弯矩（或应力）最小。斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如武汉长江第三大桥，主跨 618m。 我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。2、 梁式桥梁式桥的概念：梁式桥是指用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。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。（1）简支 T 型梁T 形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了， 从 16m 到 5Om 跨径 （带马蹄形而未加宽的 T 型截面适用跨径在 30m 以内，底部加宽的 T 型截面适用跨径在 30-50m 以内的预应力混凝土桥梁） ，都是采用预制拼装后张法预应力混凝土 T 形梁。预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。其发展趋势为：采用高强、低松弛钢绞线群锚：混凝土标号 4060 号；T 形梁的翼缘板加宽，25m 是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改善行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。（2）连续箱形梁桥等截面箱形连续梁桥的适用跨径以 40-60m 为宜，当主跨跨径接近或大于 70m 时，宜采用变截面连续梁桥。另外截面能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室） ，早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土 4060 号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成 250m 的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。以下是我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥，如下所示：表一：序号桥名主桥跨径（m）桥址建成年份1南京长江二桥北汊桥90+3165+90江苏20002六库怒江大桥85+154+85云南19953黄浦江奉浦大桥85+3125+85上海19954常德沅水大桥84+3120+84湖南19865东明黄河公路大桥75+7120+75山东19936风陵渡黄河大桥587+87+7114+87山西19947沙洋汉江大桥63+6111+63湖北19858珠江三桥80+110+80广东19839宜城汉江公路大桥55+4100+55湖北199010松花江大桥59+790+59黑龙江19863、 拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈和拱肋（拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋） 。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。同时，根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常采用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土来建造。拱桥不仅跨越能力很大， 而且外形酷似彩虹卧波， 十分美观， 在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的，一般在跨径 500m 以内均可作为比选方案。但应当注意，为了确保拱桥的安全，下部结构和和体积（特别是桥台）必须能经受住很大的水平推力作用。此外，与梁式桥不同，由于拱圈（或拱肋）在合拢前自身不能维持平衡，因而拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁式桥。根据近年的实践，钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用。分类：按拱上建筑形式可以分为实腹式拱桥：指拱上建筑为实体结构，拱圈和主梁之间有填充物的拱桥形式。优点：刚度大，构造简单，施工方便。缺点：无法做成较大跨径的桥，常用跨径为 20-30m。空腹式拱桥：是指拱圈与主梁之间有立柱支撑。优点：外形美观，省材料，有助于泄洪。缺点：施工麻烦，受力复杂。常用在大跨径的桥梁中。组合体系式拱桥： 主要承重结构由拱和梁组成。 一般采用钢筋混凝土或钢结构建造。兼实腹式拱桥与空腹式拱桥两者的优点，其跨越能力大。常用在大、中跨度桥梁中。按拱轴线的型式可分为圆弧拱桥：拱圈轴线是按部分圆弧线设置的。优点：构造简单，石料规格少，备料、放样、施工等很简便。缺点： 拱内压力线偏离拱轴线较大， 受力很不均匀。 适用于跨度小于 20m 的石拱桥。抛物线拱桥：拱圈轴线按抛物线设置，为特殊悬链线拱桥。优点：弯矩小，节省材料，跨越能力比较大。缺点：构造复杂，若为石拱桥，料石规格较多，施工相对麻烦。悬链线拱桥：拱圈轴线按悬链线设置。受力均匀，弯矩小，用材少。在实腹拱桥和大跨度空腹式拱桥中普遍适用。按照桥面的位置可分为上承式拱桥：桥面系设在拱圈上面。优点：桥面系构造简单，施工方便，拱圈与墩台的宽度小。缺点：建筑高度大，纵坡大，引桥长。用在跨度较大的桥梁。如图 2-1-3-1 所示：.图 2-1-3-1 上承式拱桥结构示意图下承式拱桥：桥面系设置在拱圈下面。优点：建筑高度很小，纵坡小，能节省引道长度。缺点：拱肋施工麻烦，构造复杂。用于地基差的桥位上。如图 2-1-3-2 所示：图 2-1-3-2 下承式拱桥结构示意图中承式拱桥：桥面系设置在拱肋中部。优点：引道较短，建筑高度较小。缺点：构造复杂，施工比较麻烦，桥梁宽度大。如图 2-1-3-3 所示：图 2-1-3-3 中承式拱桥结构示意图按有无水平推力可分为无推力拱桥：在竖向荷载作用下，拱脚对墩台无水平推力的拱桥。其推力由柔性杆件或者刚性梁承受，属于内部超静定且外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不好的桥位，墩台与梁式桥相类似，只能做下承式桥，建筑高度小，桥面标高可以设计得较低，从而降低纵坡，减小引桥长度，但结构的施工较为复杂。有推力拱桥：在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力的拱桥。其推力可减小跨中弯矩，造型美观大方，在城市桥梁中优先选用，可做成上承式、中承式桥。但对地质要求较高，墩台大，施工较为麻烦。按照建筑材料的不同可分为石拱桥：用石料建造的拱桥。优点：养护方便，外形美观，可就地取材，减少造价。缺点：自重大，跨越能力有限，石料的开采加工和砌筑都需要较多劳动力，工期较长。一般用于小跨径桥梁。混凝土拱桥：用混凝土建造的拱桥，包括钢筋混凝土和素混凝土两大类。优点：加工和制造比石拱桥方便，工期短。缺点：其跨越能力小，混凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。钢拱桥：上部结构用钢材建造的拱桥。优点：跨越能力大，自重轻。缺点：结构较复杂，造价高，维护费用高，对地基要求高。适用于大跨度桥梁。按铰的多少可分为三铰拱：在拱冠与拱端处都设铰的拱桥，属于静定结构。优点：不受附加应力的影响，适用于地质条件差跨度较大的桥。缺点：施工麻烦，结构复杂，维护费高，整体刚度较差，还需设置构造缝；拱圈挠曲在铰处急剧变化，不利于行车。因此，一般只在一些较小跨径的桥上采用。两铰拱：拱圈中间无铰而两端有铰的拱桥，属于外部一次超静定结构。优点：拱脚处不受弯矩，可减小混凝土收缩、徐变以及温度变化，还有墩台位移的影响。缺点：构造较复杂，对应的桥面处需设置构造缝，导致施工麻烦，对地基要求较高。无铰拱：拱圈两端固结在桥墩上，中间没有铰的拱桥，属于外部三次超静定结构。优点：较有铰拱桥弯矩分布合理，结构刚度大，材料用量较省，施工方便，维护费用少，具有较好的经济与使用效益。缺点：会产生附加应力，对地基要求很高。4、刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力，因而其受力状态介于梁桥和拱桥之间，刚架桥跨中的建筑高度可做到很小。但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚结处较易产生裂缝，需在该处多配钢筋。刚架桥一般均需承受正负弯矩的交替作用，横截面宜采用箱形截面，连续刚构桥主梁受力与连续梁相近，横截面形式与尺寸也与连续梁基本相同。（1）T 型刚构这种结构体系有致命弱点。从 60 年代起到 80 年代初，我国公路桥梁修建了几座 T形刚构桥， 如著名的重庆长江大桥和沪州长江大桥， 80 年以后这种桥型基本不再修建了，这里不赘述。（2）连续刚构桥连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一，一般采用变截面箱梁。连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系。一联内无缝，改善了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。所以，连续刚构保持了 T 形刚构和连续梁的优点。连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。 柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。当然，桥墩较矮时，这种桥型受到限制。近年来， 我国公路上修建了几座著名的预应力混凝土连续刚构桥， 如广东洛溪大桥，主孔 180m；湖北黄石长江大桥，主孔 3245m；广东虎门大桥副航道桥，主孔 270m， 为目前世界同类桥中最大跨径。我国的预应力混凝土连续刚构桥，几乎都采用悬臂浇筑法施工。一般采用 5060 号高标号混凝土和大吨位预应力钢束。5、悬索桥悬索桥（也称吊桥）是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚碇结构需做的很大（重力式锚碇） ，或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇） ，缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制形成钢缆，以充分发挥其优良的抗拉性能。悬索桥的承载系统包括缆索、塔柱和锚碇三部分，因此结构自重较轻，能够跨越任何其他桥型无法达到的特大跨度，悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。在所有桥梁体系中，悬索桥的刚度最小，属柔性结构，在车辆荷载作用下，悬索桥将产生较大的变形，例如跨度 1000m 的悬索桥，在车辆荷载作用下，L/4 区域的最大挠度可达 3m 左右。另外，悬索桥风致振动及稳定性在设计和施工中也需予特别的重视。悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型） 。但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也可以同斜拉桥竞争。根据理论分析，就目前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到 3500m 左右。当然还有规划中更大跨径的悬索桥。悬索桥跨径增大，如上所述当跨径达 3500m 时，动力问题将是一个突出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉” 桥型。悬索桥结合地形、地质、水文可采用单跨悬吊、双跨不对称悬吊和三跨悬吊。主缆的施工方法：空中纺线法（AS） ；索股法（PWS） 。我国几座悬索桥均采用 PWS法。索股采用5mm 镀锌钢丝，由 91 或 127 根5 组成一根索股，根据受力钢缆由不同数量索股组成。（二）设计方案比选1、 技术标准：汽车荷载：公路-级桥面宽度：9.0m（防撞栏杆 0.5m）通航要求：无不考虑地震及漂流物撞击作用桥面横坡：2%设计基准期：100 年设计洪水频率：百年一遇2、 方案比选的原则：(1)适用耐久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求。桥下应满足安全通航、通行、泄洪等要求。建成的桥梁应保证在使用年限内正常适用，并便于检查和维修。在通过设计荷载时，桥梁结构不应出现过大的变形和过宽的裂缝。(2)安全可靠控制桥梁的横向与竖向振幅，避免车辆在桥上的振动与冲击。整个桥跨结构和各构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的刚度、强度、稳定性和耐久性。(3)经济应遵循因地制宜，方便施工和就地取材的原则。尽可能的减少造价和维护费用。(4)技术先进在因地制宜的条件下，尽可能地采用成熟的新技术、新材料和新设备，淘汰和摒弃落后、不合理的东西。(5)美观一座桥梁，特别是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，与周围的景致相协调， 并在空间有和谐的比例。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，不可以把美观片面的理解为豪华的装饰，施工质量和结构细处的美化处理都很重要。(6)环境保护和可持续发展桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展，不能以牺牲环境为代价发展济。3、方案比选方案一：独塔斜拉桥（120m+80m）（1） 桥型介绍：又称斜张桥，是将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。（2）尺寸拟定主跨比边跨为 0.66，高跨比为 0.5-0.7 之间，密索主梁索距为 5m-12m。施工方案：悬臂现浇施工。从桥墩开始，两侧对称进行现浇梁段。桥梁在施工过程中产生负弯矩，桥墩也要求承受由施工产生的弯矩，因此悬臂施工宜在营运状态的结构受力与施工状态的受力状态比较接近的桥梁中选用，如预应力混凝土 T 型刚构桥、变截面连续梁桥和斜拉桥等；非墩桥固接的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时固结，因而在施工过程中有结构体系的转换存在；采用悬臂施工的机具设备种类很多，就挂篮而言，也有桁架式、斜拉式等多种类型，可根据实际情况选用；悬臂浇筑施工简便，结构整体性好，施工中可不断调整位置，常在跨径大于 100 的桥梁上选用；悬臂施工法可不用或少用支架，施工不影响通航或桥下交通。方案二：先简支后连续预应力钢筋混凝土连续 T 梁桥（5*40m）优点：制造简单，整体性好，接头也方便，而且能有效的利用现代高强材料，减少构件截面，与钢筋混凝土相比，能节省钢材，在使用荷载下不出现裂缝等。缺点：预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，使桥面铺装加厚等。采用预制拼装法施工，即先预制 T 型梁，然后用大型机械吊装的一种施工方法。（1） 尺寸拟定采用先简支后连续预应力钢筋混凝土连续 T 梁 40m+40m+40m+40m+40m 等跨布置。（2） 孔径布置：5*40m，T 梁梁高定为 2m。施工方案：采用预制装配施工。由于是工场生产制作，构件质量好，有利于确保构件的质量和尺寸精度，并尽可能多的采用机械化施工；上下部结构可以平行作业， 因而可缩短现场工期； 能有效的利用劳动力， 并由此而降低了工程造价； 由于施工速度快，可适用于紧急施工工程；将构件预制后由于要存放一段时间，因此在安装时已有一定龄期，可减少混凝土收缩、徐变引起的变形。方案三：预应力混凝土变截面连续箱梁桥（55m+90m+55m）（1） 尺寸拟定该桥跨径组合为 55m+90m+55m 三跨预应力混凝土连续梁桥，边中跨之比为 0.61，单幅桥面宽 9.0m，布置为 0.5m（护栏）+11m（车道）+0.5m（护栏） ，箱梁根部截面的高跨比一般为 1/16-1/20，最大跨径为 90m，跨中处截面梁高通常为支点截面梁高的 1/