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毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 望高坡望高坡高架桥施工图设计高架桥施工图设计 公路公路 I 级级 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 万成鹏万成鹏 学学号 号 200918020324 班班级 级 桥梁桥梁 0903 班班 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁工程 土木工程 桥梁工程 指指 导导 教教 师 师 涂光亚涂光亚 2013 年年 3 月月 一 本课题设计 研究 的目的 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 掌握设计原则 设计方法 设计步骤 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 6 树立正确的设计思想以及严谨负责 实事求是 刻苦钻研 用于创新的 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 及比选方案 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 及比选方案 一 一 设计现状和发展趋势设计现状和发展趋势 我国改革开放以来 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 随着科学技术的进步和经济社会文化水平的提高 人们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 桥梁按受力体系可分为一下几种 1 1 梁式桥梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构 由于外力 恒载和活载 的 作用方向与承重结构的轴线接近垂直 因而与同样跨径的其他结构相比 梁桥内 产生的弯矩最大 通常需用抗弯 抗拉能力强的材料来建造 对于中 小跨径桥 梁 目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥 施工方法有预 制装配和现浇两种 这种梁桥的结构简单 施工方便 简支梁对地基承载力的要 求也不高 简支简支 T T 型梁型梁 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 40 60 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 连续箱形梁桥连续箱形梁桥 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 40 60 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 大跨径连续箱粱要采用大吨位支座 如南京二 桥北汊桥 165m 变截面连续箱梁 盆式橡胶支座吨位达 65O0kN 这种样大吨位支 座性能如何 将来如何更换等一系列问题有待研究 2 2 拱式桥拱式桥 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 特别是崇山峻岭的我国西南地区 3 3 刚构桥刚构桥 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 T T 型刚构型刚构 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 连续刚构桥连续刚构桥 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 3 245m 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 50 60 号高标号混凝土和大吨位预应力 钢束 4 4 悬索桥悬索桥 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 据查 世界上悬索桥多为单跨悬吊 其次是不对称双跨和三跨简支悬吊 三跨悬 吊连续体系最少 丹麦大带桥 三跨悬吊连续 其跨径为 535m 1624m 535m 中国的厦门海沧大桥 三跨悬吊连续 其跨径为 230m 648m 23Om 可称世界 同类桥梁的第二位 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 我国今后还会在长江 海湾修建更大跨径的悬索桥 一般加劲梁仍用钢箱 塔 锚用混凝土 但应对大体积混凝土水化热的冷却降温措施加以研究 悬索桥 风动稳定还需进一步研究 钢箱梁的桥面铺装 我国已建成的几座悬索桥 都存 在问题 今后应进一步研究钢箱梁桥面铺装材料 钢箱除锈 清洁 铺装的粘结 以及施工工艺等 5 5 斜拉桥斜拉桥 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 目前为止建成或正在施工的斜 拉桥共有 3O 余座 仅次于德国 日本 而居世界第三位 而大跨径混凝土斜拉 桥的数量已居世界第一 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 未来的桥梁将向更长 更大 更柔方向发展 也将更加注重桥梁美学及环境 保护 新中国桥梁建设水平取得了突飞猛进的发展 公路铁路两用桥向着大跨度 重荷载 高时速方向发展 二 二 方案比选方案比选 设计原始依据 桥址断面图等 汽车荷载 公路 I 级 桥面净宽 2m 人行道 6 3 75m 六车道 2m 人行道 跨径总长 320m 桥上纵坡为单向 1 比选原则 在因地制宜的前提下 尽可能采用成熟的新结构 新设备 新材料 和新工艺 必须认真学习国内外的先进技术 充分利用最新科学技术成就 把学 习和创新结合起来 淘汰和摒弃原来落后和不合理的东西 A 所设计的桥梁 结构在强度和稳定方面要有足够的安全储备 B 防撞栏杆应具有足够的高度和 强度 适用耐久 应保证桥梁在设计基准期内正常使用 桥梁设计应遵循因 地制宜 就地取材和方便施工的原则 桥的外形从任何角度看都应该是优美的 结构布置必须精练 并在空 间有和谐的比例 桥梁设计必须考虑环境保护和 可持续发展的要求 方案一方案一 变截面预应力混凝土连续箱梁桥 三跨 变截面预应力混凝土连续箱梁桥 三跨 90m 140m 90m90m 140m 90m 截面尺寸拟定 桥宽为 30m 护栏 2X0 25m 人行道 2X2m 防撞栏 2X0 5m 车行 道 6X3 75m 分隔带 2m 边中跨比 0 64 0 6 0 8 主梁 支点截面的梁高 8m 0 057 中间跨跨长长 跨中截面的梁高 4m 0 5 支点截面的梁高 本桥采用单箱单室的截面形式及立面图 桥面总宽达 30M 所以分幅采用单 箱単室 下面附主梁断面图为一幅所示 优点 结构刚度大 变形小 行车平顺舒适 伸缩缝少 抗震能力强 线条 明快简洁 施工工艺相对简单 造价低 后期养护成本不高等 缺点 桥墩处箱梁根部建筑高度较大 桥梁美观欠佳 超静定结构 对地基 要求高等 桥面布置图 立面布置图 主梁横断面 桥墩 方案二 变截面方案二 变截面预应力混凝土连续箱梁桥 四跨 预应力混凝土连续箱梁桥 四跨 70m 90m 90m 70m 截面尺寸拟定 桥宽为 30m 护栏 2X0 25m 人行道 2X2m 防撞栏 2X0 5m 车行 道 6X3 75m 分隔带 2m 边中跨比 0 64 0 6 0 8 主梁 支点截面的梁高 5 6m 0 0622 中间跨跨长长 跨中截面的梁高 2 8m 0 5 支点截面的梁高 本桥采用单箱单室的截面形式及立面图 桥面总宽达 30M 所以分幅采用单 箱単室 下面附主梁断面图为一幅所示 优点 结构刚度大 变形小 行车平顺舒适 伸缩缝少 抗震能力强 线条 明快简洁 施工工艺相对简单 造价低 后期养护成本不高等 缺点 桥墩处箱梁根部建筑高度较大 桥梁美观欠佳 超静定结构 对地基 要求高等 施工方法 采用悬臂浇筑施工 用单悬臂 连续的施工程序 这种方法是在 桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土 待混凝土达到一定强度后 张拉预应力筋 移动机具 模板继续施工 桥面布置图 立面布置图 主梁横断面 桥墩 方案三 等截面预应力混凝土连续梁桥 方案三 等截面预应力混凝土连续梁桥 64m 64m 64m 64m 64m64m 64m 64m 64m 64m 截面尺寸拟定 桥宽为 30m 护栏 2X0 25m 人行道 2X2m 防撞栏 2X0 5m 车行 道 6X3 75m 分隔带 2m 主梁 梁高 4m 本桥采用单箱单室的截面形式及立面图 桥面总宽达 30M 所以分幅采用单 箱単室 下面附主梁断面图所示 桥面布置图 立面布置图 主梁横断面 桥墩 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 预期问题有 变局面梁带来的大量截面特性的问题 超静定结构求解 预应力的 引入对于内力的调整 预应力筋及普通钢筋的布置 横向分布系数的考虑 修正偏心 压力法要求对截面抗扭惯性矩的求解 施工图细部构造要求 1 重点 成桥状态下的结构分析 预应力钢筋的配置 恒载状态下内力 位移的计算 结构设计验算 包含正常使用极限状态和承载能力极限状态 2 难点 施工过程的正确模拟 每阶段预应力筋的张拉及施工过程中预应力损失 混凝土的收缩徐变 对悬臂施工方法的认识 计算及其原理 3 拟采用途径 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 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 度应立即支座的沉降等各方面的因素对成桥的影响 其设计步骤主要有 1 结构内力计算 2 预应力钢束估算及布置 3 预应力损失及有效预应力计算 4 主梁截面强度验算 5 应力 变形以及其他验算 设计 研究 进度计划 第三到四周 熟悉 准备资料 方案比较 拟订推荐方案的结构尺寸 外文翻译 第五到八周 结构内力 变形计算 电算 第九周 配筋计算 第十到十一周 强度 刚度 稳定性计算 第十二到十五周 绘制施工图 第十六周 中文摘要 小结 整理资料 装订 第十七周 毕业答辩 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 2003 2 JTGD62 2004 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 S 人民交通出版社 2004 3 JTGD60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 4 JTGD60 1985 公路桥涵地基与基础设计规范 S 人民交通出版社 1985 5 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2005 6 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 7 姚林森