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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 清江大桥主桥施工图设计清江大桥主桥施工图设计清江大桥主桥施工图设计清江大桥主桥施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 刘征宇刘征宇 学学号 号 200918020332200918020332 班班级 级 桥梁桥梁 09030903 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 袁明袁明 20132013 年年 0303 月月 一 本课题设计 研究 的目的 1 通过毕业设计使学生综合运用所学课程 系统地巩固基本理论和专业知识 2 培养学生分析问题和解决问题的独立工作能力 3 提高计算 绘图 查阅文献 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 使学生了解生产设计的主要内容和要求 4 掌握设计原则 设计方法 设计步骤 5 树立正确的设计思想以及严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的作风 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 一 设计原则 进入 21 世纪以来 由于可持续发展 低碳经济和全寿命设计理念的重视 桥梁设计 中应遵循的 安全 适用 经济 美观 耐久和环保可持续 六项原则已成为大家的 共识 这六项原则大致可从以下三方面进行阐述 1 自然条件 根据河势 水文 气候气象 地形地貌 地质水质 环境和地震等确定 桥位 桥型及其抗风抗震等级 墩位 持力层和施工方法等 2 使用功能 根据交通功能 航运功能 景观功能等确定其建筑限界 宽度和净高 荷载 刚度和动力等 3 经济指标 桥梁经济性的重要指标是每平方米桥面的材料用量 相同的建桥条件 不同的结构形式和跨径布置的桥式其材料指标 经济指标是不同的 因此 桥梁方案 的经济性指标也是方案必选的重要因素 经过上述因素综合确定桥的平纵线性和分孔布局等 二 各类桥型比较 1 梁式桥 梁式桥可根据跨径布置分为三跨连续梁和多跨连续梁 可根据外部约束 分为 简支梁 连续梁 固端梁和悬臂梁 可根据内部连接分为 连续梁 T 形刚构 连续刚构 还可根据刚度分配分为 等截面梁和变截面梁 如今在较大跨径中 选用 较多的为连续梁桥和连续刚构桥 连续梁是一种最古老 最常见的桥型 到工业革命之后 钢材 混凝土等材料应用技 术的成熟以及结构体系研究的深入 特别是随着交通业的发展 要求行车平顺舒适 多伸缩缝的简支 T 梁结构已不能满足要求 现代的连续梁桥在原始概念的基础上得到 了极大的发展 连续刚构是由 T 形刚构桥演变而来的 其结构特点是梁体连续 梁墩固结 有很大的 顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度 能满足大跨度桥梁的受力要求 连续梁桥在 20 世纪的发展 主要是预应力混凝土连续梁桥的发展 悬臂施工方法在 施工是发挥出其优势 如德国修建的 Bendorf 桥采用薄壁墩的带铰连续刚构体系 我 国在 50 年代中期也开始修建预应力混凝土梁桥 其中 2000 年建成的南京长江二桥北 汊桥 图 1 跨径为 90m 165m 3 90m 除了预应力混凝土外 也有用钢梁 结合梁 作为连续梁主梁材料的 而使用高强 轻质混凝土则是连续梁发展的方向之一 图 1 图 2 连续刚构桥能达到比连续梁桥更大的跨径 如我国 1997 建成的虎门大桥辅航道 桥 图 2 其主跨为 270m 的连续刚构 1998 年挪威建成的 Stolma 桥 图 3 中跨 301m 的中部 184m 采用高性能轻集料混凝土结构 我国重庆石板坡桥是一座钢混组合连续 刚构桥 图 4 跨径组合为 86 5m 4 138m 330m 132 5m 主跨中间 103m 为钢箱梁 2 拱式桥 拱式桥根据桥面的布置可分为上承式 中承式 下承式 根据外部约束可分为 无铰拱 单铰拱 三铰拱 单跨拱和连拱 根据内部连接可分为 双铰拱 三铰拱 拱梁固结 拱梁铰接 拱梁自由 根据刚度分配可分为 刚拱柔梁 刚拱刚梁 等截 面拱 变截面拱 拱桥是一种古老的桥型 从历史悠久的石拱桥 从我国的赵州桥 意大利的奥古 斯图斯桥 到19世纪修建的钢拱桥 以及到我国现代的钢管混凝土中承式拱桥 丫 髻沙大桥和全焊钢箱拱肋的卢浦大桥 图5 施工方法有满堂支架 吊索悬臂施工 转体施工等多种 形成了丰富多彩的材料应用 桥型体系 施工方法等方面的技术发 展史 我国1997年建成的重庆万县长江大桥 图6 为劲性骨架钢管混凝土上承式拱桥 主跨420m 矢高67m 宽23m 单孔跨江 无水下基础 跨度雄踞世界同类桥梁首位 主拱圈采用钢管与劲性骨架组合的钢筋混凝土箱形截面 采用缆索吊装和悬臂扣挂的 方法施工 桥宽24m 按正线高速公路四车道设计 该桥的建成 使我国的拱桥建筑 水平处于世界领先地位 图5 图6 2000年建成的广州丫髻沙大桥 图7 是主跨为360m 的中承式拱桥 该桥首次用 6管式拱肋截面 每肋由6 750mm 钢管混凝土组成 由横向平联板 腹杆连接成钢管 混凝土桁架 内 中 外3根钢管通过平联板形成能共同受力的类似肋板式的结构 上下排钢管间通过腹杆组成稳定的空间结构 沿拱轴采用变高等宽截面 该桥采用了 竖转加平转的施工技术 2005年建成的巫峡长江大桥 图8 为主跨460m 的钢管混凝土中承式拱桥 拱肋 拱顶截面高7m 拱脚截面高14m 肋宽4 14m 每肋上下各2根 1220 22 25 mm 内填 C60混凝土 钢管混凝土上弦杆 下弦杆通过横梁钢管和竖联钢管连接而成的钢 管混凝土桁架 图7 图8 三 桥梁方案研究 清江大桥属于山区非通航段 总跨径为 466m 可供选择的桥型有预应力混凝土 变截面连续梁 预应力混凝土变截面连续刚构 下承式拱桥 预应力混凝土独塔斜 拉桥 自锚式预应力混凝土悬索桥等 综合考虑跨径 墩高 造价 景观 运营成 本等因素 悬索桥造价高 施工最为复杂 且自锚式悬索桥的结构冗余度小 一旦 主梁失效将会带来整体破坏的灾难性后果 斜拉桥需考虑索的风振雨振等影响且拉 索养护难度大 后期维护成本较高 全寿命考虑不太经济 所以选取预应力混凝土 变截面连续梁 预应力混凝土变截面连续刚构 下承式拱桥进行方案比选 三 桥梁方案比选 设计原始依据 1 桥址断面图等 2 汽车荷载 公路 级 3 跨径总长 466m 4 桥面净宽 0 5m防撞栏杆 11m行车道 0 5m防撞栏杆 2 9m分隔带 0 5m防撞栏 杆 11m 行车道 0 5m 防撞栏杆 5 桥上纵坡为单向 3 比选方案 1 第一种方案 预应力混凝土变截面连续刚构 跨径布置 88m 145m 145 88m 边中跨比 0 606 截面尺寸拟定 桥面宽为 24 5m 单箱单室分离式截面 顶板宽 12m 厚 30cm 底板宽 6 m 支点腹板厚度 90cm 底板厚度 60 73cm 取 60cm 跨中腹板厚度 60 底 板 22 28 取 28cm 腹板和底板厚度呈线性变化 梁高 支点梁高 9m 与主跨比值 1 16 5 跨中梁高 3m 与主跨比值 1 3 边跨 和中跨梁高变化均为二次曲线 边跨已支点底部为二次抛物线顶点 中跨以跨中截面 底部为二次抛物线顶点 下部设置多排桩基础 墩宽 1 8 米 长 40 米 桩基础直径 1 米 桥型整体布置图 立面布置图 单位 cm 桥面布置图单位 cm 主梁横断面图单位 cm 2 第二种方案 下承式拱桥 跨径布置 233 233m 拱肋 主拱拱肋采用箱型结构 净跨径跨径233m 纵梁采用箱形截面 吊杆处设横隔板 主拱圈截面 为等截面钢筋混凝土箱型结构 下部宽1 45米 上部宽1 6米 高 1 25m 吊杆 梁拱间布设吊杆 间距10 3m 全桥共设20对吊杆 下部结构 设置双排墩 桥墩直径1 4米 深基础直径1 5米 两端设置重力式桥 台 桥型整体布置图 立面布置图单位 cm 桥面布置图 单位 cm 主拱圈截面图 单位 cm 侧视图 单位 cm 方案比选 方案 预应力混凝土变截面连续刚构桥方 案 上承式拱桥方案 经济性 该桥跨度适中 钢筋混凝土箱型粱 节省材料 造价较低 墩粱固结节 省了大吨位支座 拱桥水平推力大 需要采用复杂的 措施 增加造价 主桥后期的营运 和养护费用较高 适用性 主跨233米 跨径偏长 但是考虑到 地面标高和桥面标高之差较大 需 要修建高墩 该桥型适用性较好 伸缩缝少 行车舒适 该桥地处洪水灾害地区 对地质的 要求高 跨度相对而言不大 造价 高 适用性不强 伸缩缝多 行车 舒适 安全性 该桥采用工艺成熟的悬臂施工工艺 向跨中对称施工 节约了大量临时 装置 主桥跨度适中 拱式结构刚度大 承载潜力大 采用预制装配施工 工期较短 质量容易控制 美观性 变截面箱型粱整体线条明快 与周 围环境协调好 桥下净空大 视野 开阔 美观性好 桥型美观 气势宏伟 与周围景观 协调一致 最终方案 综合经济性 安全性 适用性和美观性等方面的要素 最终确定方案一 即预应力混 凝土变截面连续钢构分离式双幅桥为最佳方案 三 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 北京 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 北京 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 1993 7 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 1985 8 颜东煌 李学文 桥梁电算 M 北京 湖南大学出版社 1999 9 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 2002 10 周念先 桥梁方案比选 M 北京 人民交通出版社 1997 11 王文涛 刚构 连续组合梁桥 M 北京 人民交通出版社 1995 12 范立础 预应力混凝土连续梁桥 M 北京 人民交通出版社 1999 13 邵旭东 桥梁设计百问 M 北京 人民交通出版社 2003 14 叶见曙 结构设计原理 第二版 M 北京 人民交通出版社 2005 15 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 2002 16 American society of civil engineers Civil Engineering J 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 18 匡文起 结构分析实用程序 M 人民交通出版社 19徐岳 预应力混凝土连续梁桥设计 M 人民交通出版社 2000 20邬晓光 刚架桥 M 人民交通出版社2001 年 4 月 21胡兆同 陈万