开题报告.pdf

一 本课题设计 研究 的目的 1 通过此次的桥梁毕业设计 让我们使用这几年学来的知识进行系统地训练 以便掌 握桥梁的一些基本理论 基本知识和基本计算方法 2 让我们对 CAD MIDAS 等软件进行一遍复习以及训练 让我们能熟练的掌握这些软 件 3 不断提高计算 绘图 阅读文献 包括外文文献 使用和查阅规范手册和编写技 术文件以及计算机辅助设计计算等基本技能 基本了解生产设计的主要内容和要求 掌握设计原则 方法 步骤 4 培养和锻炼了我们严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的精神 5 最重要的是培养了我们独立学习的能力 在走上工作单位前是一个很宝贵的经验 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 一 设计现状和发展趋势 20 世纪开始 各种大跨径桥梁不管在国内还是国外的建设都得到了高速发展 无 论是结构的型式 还是施工方法 以及新型材料的应用均在不断地改善和提高 从世 界上各个典型的工程实例中可见 大跨径桥梁在世界各地工程建设中都有着非常重要 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分为梁式桥 斜拉桥 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 梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载的作用下不产生水平反力的结构 由于外力的作用方向 与承重结构的轴线几乎垂直 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 抗拉能力比较强的材料来建造 对于中 小跨径桥梁 目前在公 路上得到最广泛应用的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥 施工方法有预制吊装和现 浇两种 这种梁桥的优势也很明显 结构简单 施工方便 简支梁对地基承载力的要 求也不高 根据实腹梁的截面形式可分为板梁 凹形梁 T 形梁或箱形梁等 按静力又可分为简支梁桥 连续梁桥和悬臂梁桥 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 这样可以使主梁构造简单 施工 快捷 立面布置以等跨径为宜 也可以采用不等跨径布置 适应于有支架施工 逐孔 架设施工 移动模架施工及顶推法施工 当连续梁的主跨跨径接近或大于 70m 时 若主梁仍采用等截面布置 在恒载和活 载的作用下 主梁支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大得多 从受力上讲就显 得不太合理且不经济 这时 采用变截面连续梁桥更符合受力要求 高度变化基本上 与内力变化相适应 3 拱式桥 拱桥是我国公路上使用较为广泛的一种桥型 拱桥与梁桥构在竖向荷载作用下 两端将产生水平推力 正是的区别 不仅在于外形不同 更重要的是两者的受力性能 有较大的差别 由力学特性可知 拱式结构在竖向荷载的作用下 两端将产生水平推 力 使拱内产生轴向压力 从而减小了拱圈的截面弯矩 使之成为偏心受压构件 截 面上的应力分布于受弯梁的应力相比 较为均匀 因此 可以充分利用主拱截面材料 强度 使跨越能力增大 拱桥的主要优点 跨越能力较大 能充分的取材 与混凝土梁式桥相比 可以节 省大量的钢材和水泥 耐久性能耗 维修 养护费用少 外形美观 构造较简单 拱桥的主要缺点 自重较大 相应的水平推力也较大 增加了下部结构的工程量 当采用无铰拱时 对地基要求高 与梁式桥相比 上承式拱桥的建筑高度较高 当用 于城市立交及平原地区时 因桥面高程提高 使两岸接线长度增长 或者使桥面纵坡 增大 既增加了造价又对行车不利 4 刚构桥 刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁与立柱整体结合在一起的刚架结构 梁和柱 的连结处的刚性很大 主要起着承担负弯矩的作用 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要小 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以很小 但普通钢筋混凝 土修建的刚架桥在梁柱刚结处比较容易产生裂缝 需在该处多配一点钢筋 刚架桥一 般均需承受正负弯矩的交替作用 横截面一般采用箱形截面 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 型刚构是一种具有悬臂受力特点的梁式桥 是指从墩上两侧悬臂 跨中用 剪力铰或简支挂梁组合而成 因墩上在两侧伸出悬臂 形如 T 字 所以称之为 T 型钢 构 在预应力混凝土结构中采用悬臂施工方可做成比钢筋混凝土结构中长得多的悬臂 结构 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 连续刚构一般以多跨相连 也可以将边跨松开 采用支座 形成刚构一连续梁体 系 梁 墩固结 没有支座 合理选择梁与墩的刚度 可以减小梁跨中弯矩 从而减 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 高墩采用柔性薄壁墩 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 就不宜考虑 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 6 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 二 方案比选 技术标准 汽车荷载 公路 II 级 桥面宽度 全桥宽度 12 00m 桥面横坡 2 0 桥型方案的选择原则 以经济 安全及美观为原则选择最为合适的桥型方案 截面形式 翼缘板端部厚度设计为 0 3m 翼缘板端部厚度设计为 0 6m 悬臂长 度为 2 5m 顶板厚 0 30 m 底板厚 0 35 m 0 70m 符合构造要求 预应力混凝土连 续箱梁腹板宽度取 0 5m 0 95m 本方案顶板与腹板接头处设置梗腋设计成 0 6 0 3m 方案一 70 105 70 m 预应力混凝土变截面连续箱梁桥 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 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 图 1 桥梁孔径布置 单位 cm 图 2 结构构造图 单位 cm 方案二 5 49 预应力混凝土等截面连续箱梁桥 优点 等截面形式 可大量节省模板 加快建桥进度 简易经济 适用于对桥 下视觉有要求的工程 适用于各种地质情况 用于对工期紧的工程 对通航无过高要 求的工程 缺点 桥墩处箱梁根部建筑高度较大 对桥梁的美感有影响 施工方法 采用悬臂浇筑施工 先在主墩上浇筑墩顶上面的零号块件 并用预 应力筋及临时垫块将梁体与墩自身作临时锚固 然后采用施工挂篮向桥墩两侧分节段 地进行对称平衡悬臂施工 图3桥梁孔径布置 单位 cm 图 4 结构构造图 单位 cm 方案三 5 49 m 预应力混凝土简支 T 型梁桥 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 施工方法 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 图 5 桥梁孔径布置 单位 cm 图 6 结构构造图 单位 cm 方案比选 通过对比各方面的性能选出最合适的方案 以下为各个方案的适用 性 受力性能 经济性 美观性 我们通过这些性能的对比 根据桥梁所在地的地形 气候 地质条件 通航要求等 进行对比 下表为各个方面的优缺点表格 性能方案一方案二方案三 适用性 行车平顺舒 抗震 能力强 建筑高度 较高 易开裂 难 以维护 跨越能 力相对较 大 结构刚度大 行车较为舒适 因 为是悬臂施工 所 以支架较少 建桥速度快 工期 短 变形较大 抗震 能力一般 对地基要 求低 受力性能 桥墩参加受弯作 用 使主梁弯矩进 一步减小 超静定 次数高 对常年温 差 基础变形 日 照温均较敏感 对 基础要求较高 受力相对合理 由 于支点处产生的负 弯矩导致了跨中弯 矩不会很大 支点的负弯矩较大 温度变化 收缩徐变 等对桥梁内里变化 的影响较小 经济性 采用等截面梁能较 好符合梁的内力分 布规律 充分利用 截面 合理配置钢 筋 经济实用 由于是等截面连续 梁桥 导致材料得 不到充分利用 较 为浪费 T 梁的结构可以减 少混凝土的用量 施 工方法较简单 成桥 后养护次数相对较 少 美观性 构造简单 线形简 洁美观 构造简单构造简单 是否采用采用弃用弃用 所以通过分析各个方案 选择方案一最为合适 方案一为变截面连续梁桥 连 续梁跨径的布置一般采用不等跨的形式 如果采用等跨布置 则边跨内力将控制全桥 设计 这样是不经济的 此外 边跨过长 削弱了边跨刚度 将增大活载在中跨跨中 截面的弯矩变化幅值 增加预应力赎筋数量 而且从预应力混凝土连续梁受力特点来 分析 连续梁的立面以采用变高度的布置为宜 连续梁在恒 活载作用下 支点截面 将出现较大的负弯矩 从绝对值来看 支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩 因此采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律 所以最终选择方案一 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 1 重点 1 方案比选 要通过各方面的考虑确定最好的方案 2 拟定主要结构尺寸 3 选取计算简图 进行结构内力的计算 4 配筋的计算 5 强度 刚度的计算 6 绘制施工图 2 难点 1 计算简图要正确选取 要会利用电算工具进行结构内力的计算 2 配筋的计算以及较核 3 研究途径 1 查阅大量的资料 2 请教老师和同学 通过老师和同学的帮助解决疑难问题 3 利用 MIDAS CAD 等专业软件进行计算以及绘图 四 设计 研究 进度计划 1 第 1 至 4 周 准备资料 进行方案比较 2 第 5 至 6 周 专业文献翻译 3 第 6 至 9 周 推荐方案上部结构设计计算 电算 4 第 10 周 配筋计算 5 第 10 至 11 周 强度 刚度 稳定性验算进行中期检查 6 第 12 至 15 周 绘制施工图 整理计算书 7 第 16 周 整理资料 汇总成果 准备答辩 8 第 17 周 答辩 提交成果 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 3 JTG D63 2005 公路砖石及混凝土桥涵设计规范 S 北京 人民交通出版社 2005 4 JTG D62 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 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 9 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2006 10 邵旭东 桥梁设计百问 M 北京 人民交通出版社 2003 11 陈忠延 土木