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襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 0 毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 陈璀东陈璀东 学学 号 号 200718030209200718030209 班班 级 级 桥土桥土 0707 0202 专业 全称 土木工程专业 桥梁工程方向 专业 全称 土木工程专业 桥梁工程方向 指指 导导 教教 师 师 易壮鹏易壮鹏 2011 2011 年年 3 3 月月 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 1 一 概述 本设计的主要目的及设计内容 设一 概述 本设计的主要目的及设计内容 设 计依据 相关计依据 相关规范规范 等 等 目的 通过桥梁毕业设计的系统训练 以便掌握桥梁的基本理论 基本知识和 基本的计算方法 通过桥梁毕业设计的训练 增强理论联系实际的观念 不断提高分析问题和解决问题的能力 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 设计内容 1 按适用 经济 安全 美观的原则 选择 3 个可比性桥型方案 2 对推荐方案进行结构设计 合理选择建筑材料 拟订结构与构件的 几何尺寸并做出配筋设计 3 对主要承重构件进行受力分析 计算各种荷载作用所产生的内力 并进行荷载组合 4 验算主要承重构件的强度 刚度与稳定性 5 选择合理可行的施工方案与方法 以及主要的施工程序 设计依据 设计荷载 公路 级 桥面总宽 17 5 米 设计速度 60 80km h 相关规范 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 公路桥涵设计手册 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 89 公路桥涵标准图 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 公路抗震设计规范 JTJ004 89 公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 公路工程技术标准 JTG B01 2004 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 2 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 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 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 1 1 斜拉桥斜拉桥 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 如汕头石大桥 主跨 518m 武汉长江第三大桥 主跨 618m 钢箱斜拉桥如南京长江 第二大桥南汊桥 主跨628m 武汉军山长江大桥 主跨460m 前几年上海建成的南浦 主 跨 423m 和杨浦 主跨 6O2m 大桥为钢与混凝土的结合梁斜拉桥 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 现在已建成的斜拉桥有独塔 双塔和三塔式 以钢筋混凝土塔为主 塔型有 H 形 倒 Y 形 A 形 钻石形等 斜拉桥的钢索一般采用自锚体系 近年来 开始出现自锚和部分地锚相结合的斜 拉桥 如西班牙的鲁纳 Luna 桥 主桥 440m 我国湖北郧县桥 主跨 414m 地锚体系把悬 索桥的地锚特点融于斜拉桥中 可以使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件 灵活多 样 节省费用 斜拉桥的施工方法 混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装 钢箱和混合梁 斜位桥的钢箱采用正交异性板 工厂焊接成段 现场吊装架设 钢箱与钢箱的连接 一是螺栓 二是全焊 三是栓焊结合 一般说 斜拉桥跨径 300 1000m 是合适的 在这一跨径范围 斜拉桥与悬索桥 相比 斜拉桥有较明显优势 德国著名桥梁专家 F leonhardt 认为 即使跨径 14O0m 的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一 其造价低 30 左右 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 3 斜拉桥发展趋势 跨径会超过 10O0m 结构类型多样化 轻型化 加强斜拉索防 腐保护的研究 注意索力调整 施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究 2 2 梁式桥梁式桥 梁式桥种类很多 也是公路桥梁中最常用的桥型 其跨越能力可从 20m直到 300m之间 公路桥梁常用的梁式桥形式有 按结构体系分为 简支梁 悬臂梁 连续梁 T 型刚构 连续刚构等 按截面型式分为 T 型梁 箱型梁 或槽型梁 衍架梁等 现从以下几种常用的结构形式介绍梁式桥在公路桥梁上的使用和发展趋势 一 简支 T 型梁桥 T 型梁桥在我国公路上修建最多 早在 20 世纪 50 60 年代 我国就建造了许多 T 型梁桥 这种桥型对改善我国公路交通起到了重要作用 80年代以来 我国公路上修建了几座具有代表性的预应力混凝上简支T型梁桥 或 桥面连续 如河南的郑州 开封黄河公路桥 浙江省的飞云江大桥等 其跨径达到 62m 吊装重 220t T 形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了 从 16m到 5Om跨径 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 预应力混凝土 T 形梁有结构简单 受力明确 节省材料 架设安装方便 跨越能力 较大等优点 其最大跨径以不超过 50m为宜 再加大跨径不论从受力 构造 经济上 都不合理了 大于 50m跨径以选择箱形截面为宜 二 连续箱形梁桥 箱形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 因为嵌固在箱梁上的悬臂板 其长度可以较大幅度变化 并且腹板间距也能放大 箱梁 有较大的抗扭刚度 因此 箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥 箱梁容许有最大细长度 应 力值 较低 重心轴不偏一边 同 T 形梁相比徐变变形较小 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 4 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 箱梁桥可以是变高度 也可以是等高度 从美观上看 有较大主孔和边孔的三跨箱 梁桥 用变高度箱梁是较美观的 多跨桥 三跨以上 用等高箱梁具有较好的外观效果 随着交通量的快速增长 车速提高 人们出行希望有快速 舒适的交通条件 预应力 混凝土连续箱梁桥能适应这一需要 它具有桥面接缝少 梁高小 刚度大 整体性强 外形美观 便于养护等 三 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 我国公路系 统从 80 年中期开始设计 建造连续刚构桥 至今方兴未艾 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 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 3 3 拱式桥拱式桥 拱桥在我国有悠久历史 属我国传统项目 也是大跨径桥梁形式之一 我国公路上修建拱桥数量最多 石拱桥由于自重大 在料加工费时费工 大跨石拱 桥修建少了 山区道路上的中 小桥涵 因地制宜 采用石拱桥 涵 还是合适的 大跨 径拱桥多采用钢筋混凝土箱拱 劲性骨架拱和钢管混凝土拱 钢筋混凝土拱桥形式较多 除山区外 也适合平原地区 如下承式系杆拱桥 结合环 境 地形 加之拱桥的雄伟 美丽的外形 可以创造出天人合一的景观 例如 贵州省跨 乌江的江界河桥 地处深山 峡谷 拱桥跨径 330m 桥面离谷底 263m 桥面仁立 令人叹 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 5 服桥梁设计者和建设者的匠心和伟大 还有刚建成的万县长江大桥 劲性骨架箱拱 跨 径 420m 居世界第一 广西邕宁县的邕江大桥 钢管混凝土拱 跨径 312m 都是令人称道 的拱桥 90 年代兴起的钢管砼拱桥 使得大跨径拱桥的建造能力得到了进一步提高 先合 拢自重轻 强度高的钢管拱圈 并将其用作施工拱架 再往管内压注高强度砼 使之 进一步硬化形成主拱圈 用此法分别建成了广东南海三山西大桥 广西三岸邕江大桥 及丫髻沙大桥 以钢管砼作为劲性骨架 再外包砼形成箱形拱 是修建大跨径拱桥十分好的构思 初施工方便外避免了钢管防护问题 另外 这种分期形成的截面由于钢管砼最新受力 从而充分利用了钢管砼承载潜力大的优势 从理论上说在荷载作用下 这种结构的后 期徐变变形相对也是比较小的 用此法我国已建成广西邕宁邕江大桥和重庆万县长江 大桥 前者为目前世界上跨径最大的钢筋砼肋拱桥 后者跨径达到了钢筋混凝土拱桥 的世界之最 此外 我国用悬臂施工法建成了多座桁架组合拱桥以及系杆拱桥 如贵 州江界河桥以及上海卢浦大桥 4 4 悬索桥 悬索桥 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 已建成的日本 明石海峡大桥 主跨已达 1990m 正在计划中的意大利墨西拿海峡大桥 设计方案之一 是悬索桥 其主跨 3500m 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 35O0m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 吊拉式 桥型 在国外这种桥型 目前还停留在研究之中 并未诸实施 然而 在我国贵州省乌江 1997 年底建成了一座用 预应力钢纤维混凝土薄壁箱梁作为加劲梁的吊拉组合桥 把桥梁工作者多年梦寐追求 的桥型付诸实现 这是贵州桥梁工作者的大胆尝试 对推动我国乃至世界桥梁建设都有 巨大作用 乌江吊拉组合桥 经过近两年运行和测试 结构性能良好 特别是两种桥型 交接部位的处理 其实我国很早就开始修建悬索桥 究其跨径和规模远不能同现代悬索桥相比 到 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 6 了20世纪90年代初 我国才开始建造大跨悬索桥 例如 广东汕头海湾大桥 主跨452m 加劲梁采用混凝土箱梁 广东虎门大桥 主桥跨径 888m 钢箱悬索桥 正在建设的钢箱悬 索桥 江阴长江大桥 主跨 1385m 由此可见 现代悬索桥在我国已具有相当规模和 水平 已进人世界悬索桥的先进行列 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 简 支和连续体系 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 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 六 结束语六 结束语 随着我国经济发展 材料 机械 设备工业相应发展 这为我国修建大跨径斜拉桥 和悬索桥提供了有力保障 再加上广大桥梁建设者的精心设计和施工 使我国建桥水 平已跃身于世界先进行列 我国幅员辽阔 经济发展水平参差不齐 经济上总体水平不 高 公路桥梁发展还是要着眼于量大 面广的一般大 中桥 这类桥梁仍以预应力混凝 土结构为主 改革开放 党的富民政策 改变了人们的认识 要致富 先修路 已成共识 加快交通 基础设施建设已变成了人们的自觉行动 国家投资重点倾斜以及集资渠道的多元化 为我国公路桥梁发展提供了资金保证 展望公路桥梁发展趋势 珍惜时机 创造性劳动 为改变我国公路建设落后状况 努力工作 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 7 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 径 研究手段 一 设计标准 一 设计标准 1 设计跨径 自行拟定 2 设计荷载 公路 I 级 3 桥面总宽 17 5m 5 桥上纵坡为双向 2 二二 方案比选方案比选 参考国内外大跨径桥梁修建的现状及发展趋势 结合本桥具体的方案选择原则和 技术标准 基于对本设计的桥位及设计要求的分析发现 大部分桥型都能满足要求 可以考虑采用简支梁桥 连续梁桥 悬臂梁桥 拱桥 简支梁桥属于静定结构 是建 桥时间中受力和构造最简单的桥型 应用广泛 连续梁桥属于超静定结构 因在荷载 作用下支点截面产生负弯矩 跨越能力大 使用于桥基良好的场合 悬臂梁桥属于静 定结构 跨越能力比简支梁桥大 但逊于连续梁 并且因行驶状况不良 目前较少采 用 所以不在本次设计中考虑悬臂梁 拱桥在竖向荷载作用下 桥墩和桥台将承受水 平推力 拱桥不仅跨越能力大 而且外形十分美观 以桥梁结构的经济性 适用性 安全性 美观性和施工难易程度为考虑因素 综 合考虑各设计方案的优缺点 从三个合理方案中比选一个最优方案 作为此次的设计 方案 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 8 方 案 名 称 预应力混凝土连续箱 型梁桥 预应力混凝土变截面 连续梁桥 中承式系杆拱桥 孔 径 布 置 50 50 50 50 50 m 50 150 50 m 37 5 175 37 5 m 施 工 工 艺 采用单点顶推施工法 在一岸的桥台处设置 制作场地和顶推设备 在浇筑场地上将上部 结构分段浇筑 然后采 用后张法与已制作的 箱型梁段连接成一体 最后依靠顶推装置和 滑动装置将箱型梁沿 桥梁纵轴方向顶进成 桥 采用对称悬臂浇筑施 工 从 1 块采用挂梁对 称悬臂施工 边跨端部 采用满堂支架现浇 合 拢顺序是先边跨后中 跨 采用满布立柱式拱架 采用木材制作 上部是 拱盔 下部是由立柱和 横向联系组成的支架 上下部之间放置卸架 设备 优 点 具有整体性好 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 行车舒适 1 全桥伸缩缝仅二道 行车舒适性好 2 在 墩顶设滑动支座的情 况下 上部结构的连续 长度可以做的很长 3 墩顶设滑动支座时 温 度混凝土收缩徐变在 上下部结构产生较小 的超静定内力 4 有 较好的抗震性能 1 跨径能力较大 2 节省大量的钢材和水 泥 3 耐久性能好 维 修 养护费少 4 外观 漂亮 5 采用钢管混 凝土 以受压为主 既 满足结构受力需要 有 与轻型的主拱拱肋相 适应 同时也能加快施 工速度 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 9 缺 点 1 多次超静定 次内 力较大 2 施工时需 要墩梁临时固结 3 顺桥向抗弯刚度和横 向抗扭刚度小 不利于 悬臂施工和横向抗风 要求 1 施工时要墩梁临时 固结 2 主墩有支座 3 多次超静定 次内 力较大 4 顺桥向抗 弯刚度和横向抗扭刚 度小 不利于悬臂施工 和横向抗风要求 1 自重较大 产生的 水平推力也较大 对地 质要求过大 2 施工较 危险 3 模板过多 综合考虑各方因素 推荐选择预应力混凝土连续箱型梁桥 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 10 1 预应力混凝土连续箱型梁桥 立面图 截面图 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 11 2 预应力混凝土变截面连续梁桥 立面图 截面图 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 12 1 中承式拱桥 立面图 平面图 三 设计 研究 的重点与难点 三 设计 研究 的重点与难点 1 重点 1 方案比选 确定最优方案 2 拟定主要结构尺寸 3 选取计算简图 进行结构内力计算 4 配筋设计计算 5 强度 刚度 稳定性计算 6 施工图绘制 2 难点 1 应用电算程序计算对已设计的构件进行受力分析 对已设计结构进行结构稳 定性 安全性演算 同时对施工阶段的自重内力进行计算 绘出自重内力图 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 13 并把这些内力图叠加起来得到最不利的内力包络图 根据得到的最大设计内 力包络图 对各截面进行配筋计算 布置预应力筋 2 进行钢筋面积的估算 预应力损失的估算 3 据此进行施工阶段和使用阶段的应力验算 进行截面强度验算 襄樊汉江三桥南过渡孔桥施工图设计 14 四 设计 研究 进度计划 四 设计 研究 进度计划 1 第一阶段 1 4 周 1 结合毕业实习 熟悉 准备资料 拟定推荐方案的结构尺寸 交方案比选 开 题 报告和图纸 2 第二阶段 3 8 周 推荐方案上部结构设计计算 电算 1 确定计算图式 2 自重作用内力计算 计 算网格图 几何特性计算 3 温度影响内力计算 4 车辆荷载和人群荷载内力计算 计算横向分布系数 确定主梁的荷载 纵向影响线 纵向布载 5 作用效应的组合 3 第三阶段 8 9 周 配筋计算 1 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 2 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 3 预应力损失计算 预应力阶段 使用阶段 4 第四阶段 9 10 周 强度 刚度 稳定性验算有 1 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 2 抗裂验算验算 正截面抗裂验 算 斜截面抗裂验