谢兆君 开题报告.pdf

排头山桥施工图设计 第 1页 一 本课题设计 研究 的目的 1 1 通过桥梁毕业设计的系统训练 掌握桥梁的基本理论 基础知识和基本的 计算方法 提高分析问题和解决问题的能力 1 2 树立正确的设计思想 掌握大 中型桥梁的设计原则 设计方法和步骤 1 3 在设计过程中熟练掌握 AutoCAD midas 等工程软件 并懂得利用这些 软件解决工程中遇到的实际问题 1 4 提高计算 绘图 查阅文献 使用规范手册和编写技术及计算机辅助设 计计算等基本技能 了解生产设计的主要内容和要求 1 5 本课题在设计计算中应严格遵循技术先进 安全可靠 适用耐久 经济 合理的基本原则进行 同时应充分考虑美观 环境保护和可持续发展的要求 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 因此从 世界各地工程的建设实例中可以发现大跨径桥梁将有广阔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梁式桥 刚架桥 拱式桥 斜拉桥 悬索桥 以下分别介绍这五种桥梁及其发展现状 1 1 梁式桥 梁式桥是用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁 其上部结构在铅垂向荷载作 用下 支点只产生竖向反力 以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁 由于 外力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 梁内产生的弯矩最大 通常需要抗弯 抗拉能力强的材料来建造 从受力特点上看 混凝土梁式桥可分为简支梁 连续梁 悬臂梁等 排头山桥施工图设计 第 2页 1 1 1 简支梁 简支梁桥属静定结构 适用于中小跨度 主梁是桥梁的主要承重结构 横隔 梁保证各根主梁相结合成整体 以提高桥梁的整体刚度 它的优点是结构简单 施工方便 低造价 工期短 但相邻两跨之间存在异向转角 路面有折角 影响 行车平顺 混凝土简支梁按施工工艺分为整体式和装配式两大类 整体式简支梁 其横 向刚度大 稳定性好 由于受运梁设备起吊能力的限制 整体式梁一般适用于就 地浇筑 而装配式简支梁则是目前广泛采用的桥梁类型 图 1 施工中的简支梁桥 1 1 2 悬臂梁桥 悬臂梁桥是以一端或两端向外自由悬出的简支梁作为上部结构主要承重构 件的梁桥 悬臂梁桥和简支梁桥一样 都属于静定体系 它的内力不受基础不均 匀沉降等附加变形的影响 由于支点负弯矩 使跨中正弯矩值减小 故可以减小 跨度内主梁的高度 从而可降低钢筋混凝土数量和结构自重 悬臂梁桥有单悬臂梁和双悬臂梁两种 单悬臂梁是简支梁的一端从支点伸出 以支承一孔吊梁的体系 双悬臂梁是简支梁的两端从支点伸出形成两个悬臂的体 系 其构造比较复杂 行车不够平顺 目前已较少采用 排头山桥施工图设计 第 3页 1 1 3 连续梁桥 连续梁桥属于超静定体系 连续梁在恒活载作用下 产生的支点负弯矩对跨 中正弯矩有卸载的作用 使内力状态比较均匀合理 因而梁高可以减小 由此可 以增大桥下净空 节省材料 且刚度大 整体性好 超载能力大 安全度大 桥 面伸缩缝少 并且因为跨中截面的弯矩减小 使得桥跨可以增大 近一 二十年 在架设预应力混凝土连续梁时 成功地采用了顶推法施工 即在桥梁一端 或两 端 路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔 使施工较为方便 连续梁桥具有接缝少 刚度好 行车平顺舒适等优点 在 30 120m 跨度内 常是桥型方案比选的优胜者 目前所用的方法大致有三种 逐孔施工法 节段施工法和顶推施工法 1 2 刚架桥 刚架桥是一种介于梁与拱之间的一种结构体系 是由受弯的上部梁结构与承 压的下部柱整体结合在一起的结构 由于梁和柱的刚性连接 梁因柱的抗弯刚度 而得到卸荷作用 整个体系是压弯结构 也是有推力的结构 常用的几种刚架桥 有 T 形刚构桥 连续刚构桥和刚构 连续组合体系桥 刚构桥一般均需要承受正负弯矩的交替作用 连续刚构桥主梁受力与连续梁 相近横截面宜采用箱型截面 横截面尺寸和形式也与连续梁基本相同 连续刚构桥是跨越能力仅次于悬索桥和斜拉桥 因此被广泛运用的桥型 由 于梁保持连续墩梁固结 既保持了保持了 T 型刚构不设支座的优点 又连续梁 无伸缩缝行车平顺的优点 因此在我国的发展非常快 目前采用预应力混凝土和 悬臂施工的刚架桥 也己成为大跨度桥梁竞争方案之一 适用范围 一般用于跨径不大的城市桥或公路高架桥和立交桥 1 3 拱式桥 拱式桥的主要承重结构是主拱圈 拱是一种有推力的结构 其主要内力是轴 向压力 拱在同样荷载作用下 拱脚支座产生水平反力 它有抵消荷载引起的弯 曲作用 从而减小了拱杆的弯矩 因为其主要受压力 所以可用砖 石 混凝土 等抗压性能良好的材料建造 大跨度拱桥则可用钢筋混凝土或钢材建造 可承受 发生的力矩 排头山桥施工图设计 第 4页 按桥面的位置可分为 上承式拱桥 中承式拱桥 下承式拱桥 拱桥的主要优点 跨越能力大 能充分就地取材 与混凝土梁式桥相比 可 以节省大量的钢材和水泥 耐久性能好 维修 养护费用少 构造较简单 外形 美观 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 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 因桥而 高程提高 使两岸接线长度增长 或使桥面纵坡增大 既增加了造价又对行车 不利 由于拱桥水平推力较大 在连续多孔的大 中桥梁中 为防止一孔破坏 而影响全桥的安全 需要采用较复杂的措施 也会增加造价 图 2 广州丫髻沙大桥 上图为广州丫髻沙大桥 丫髻沙大桥是广州环城高速路西南环段跨越珠江 主 副航道和丫髻沙岛的特大桥梁 全长 1084 米 主桥采用三跨连续自锚中承 式钢管混凝土拱桥桥型 其主跨以 360 米一跨跨过珠江的主航道 1 4 悬索桥 悬索桥是以通过索塔悬挂并锚固于两岸的缆索作为上部结构主要承重构件 的桥梁 悬索桥可以分为自锚式悬索桥和地锚式悬索桥 主要优点 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 钢缆易于运输 再将缆索架设完成后 便形成 了一个稳定的结构支承系统 施工过程中风险相对较低 主要缺点 刚度较小 当活载作用时 悬索会改变几何形状 引起桥跨结构 产生较大的挠曲变形 在风荷载 车辆冲击荷载等动荷载作用下容易产生振动 排头山桥施工图设计 第 5页 1 5 斜拉桥 斜拉桥主要由主梁 索塔和斜拉索三大部分组成 主梁一般采用混凝土结构 钢 混凝土组合结构或钢结构 索塔大都采用混凝土结构 主梁在斜拉索各点支 承作用下像多跨弹性支承连续梁一样 使弯矩值得到很大的降低 可以使主梁尺 寸大大减小 而且由于结构自重减轻 既节省材料 又能大幅提高桥梁的跨越能 力 斜拉桥属于高次超静定结构 与其他体系桥梁相比含有着更多的设计变量 全桥的经济合理性不可简单的从质量轻 体积小或满足应力等概念表现出来 所 以使得选择桥型方案带来一定难度 斜拉桥最适宜的方法是悬臂施工法 包括悬臂拼装法和悬臂浇筑法 其中悬 臂拼装法主要用在钢主梁的斜拉桥上 悬臂浇筑法主要用在预应力混凝土斜拉桥 上 图 3 苏通大桥 上图为苏通长江大桥 苏通大桥工程规模浩大 其主跨跨径达到 1088 米 是世界位居第二大跨径的斜拉桥 截止 2013 年 最大斜拉桥主跨是俄罗斯的跨 东博斯鲁斯海峡的俄罗斯岛大桥 其主跨 1104 米 其主塔高度达到 300 4 米 为世界第二高的桥塔 第一高桥塔为俄罗斯的跨东博斯鲁斯海峡的俄罗斯岛大 桥 其桥塔高超过 320 米 主桥两个主墩基础分别采用 131 根直径 2 5 米至 2 85 米 长约 120 米的灌注桩 是世界最大规模的群桩基础 主桥最长的斜拉索长达 577 米 也是世界最长的斜拉索 排头山桥施工图设计 第 6页 桥梁设计研究的发展趋势 跨径不断增大 随着跨江跨海的需要 更大跨径 的桥梁将出现 钢悬索桥的跨径将超过三千米 钢斜拉桥的跨径将突破一千米 桥型不断丰富 出现更多实用的施工方法 结构不断轻型化 悬索桥采用钢箱加 劲梁 斜拉桥在密索体系上采用开口截面或是板 使梁高跨比大大减少等等 桥 梁外观也将越来越美观 与周边环境越来越协调 二 设计方案比选 1 技术指标 1 设计荷载 公路 I 级 2 通航要求 无 3 不考虑地震及漂流物撞击作用 2 方案比选的原则 1 桥型方案要求符合技术先进 安全可靠 经济合理 适用耐久 环保 美观 2 桥孔设计满足通航需要 本设计无通航要求 3 方案比选 根据桥梁结构的经济性 适用性 美观性 安全性和施工难易程度等 综 合考虑各种方案的优缺点 从以下几种合理方案中选出最优方案 作为此次的设 计方案 方案一 3 40m 三跨预应力混凝土连续 T 梁桥 1 结构组成 上部结构采用 C50 预应力砼 T 梁 跨径是标准跨径 3 40m 下部结构桥台采用肋板台 墩台采用 C30 墩基台 采用 C25 桩基 按设计要求 桥面净宽 2 12m 预应力混凝土 T 梁先预支简支安装 后形成连续结构 2 使用该结构的原因 先简支后连续具有施工简易 行车条件好且经济合理的特点 它克服了简支 梁整体性差的弱点 同事克服了现浇连续梁对支架跟地基的要求 其相对于传统 连续梁桥降低了施工难度 同时在一定程度上达到了连续的目的 而相对于简支 梁而言 减少了跨中弯矩 提高了结构的承载能力 减少了伸缩缝 排头山桥施工图设计 第 7页 因此 先简支后连续桥梁是一种经济合理的桥梁 它同时兼备了简支梁和连 续梁桥的优势 图4 连续 T 梁桥立面图 图5 连续 T 梁桥平面图 图5 连续 T 梁桥横断面图 排头山桥施工图设计 第 8页 方案二 6 20m 六跨等截面简支梁 1 结构组成 上部结构采用 C50 预应力砼空心板 跨径 6 20m 下部结构桥台采用肋板台 墩台采用 C30 墩基台 采用 C25 桩基 按设计要求 桥面净宽 2 12m 2 使用该结构的原因 使用该结构的原因设计计算方便 跨径不大 各梁受力较为独立 具有建桥速度快 工期短 摸板支架少等优点 桥跨跨径在20 50之 间 符合此设计跨径要求 图 4 简支空心板桥立面图 图 5 简支空心板桥平面图 排头山桥施工图设计 第 9页 图 6 简支空心板桥横断面图 方案三 3 40m 三跨混凝土连拱桥 净矢高 8m 跨径 40m 使用该结构的原因 拱桥的力学特点 将桥面的竖向荷载转化为部分水平推 力 是拱的弯矩减少 拱主要承受压力 充分发挥圬工材料抗压性能 结构简单 受力明确简洁 形式多样 外形美观 图 7 拱桥立面图 排头山桥施工图设计 第 10页 图 8 拱桥平面图 图 9 拱桥横断面图 排头山桥施工图设计 第 11页 表表 1 方案比选表方案比选表 方案一方案二方案三 适用性 桥面连续 整体性好 内里不受基础不均匀沉降 等附加变形影响 各梁受力相对独立 避 免超静定梁的复杂问题 但其简支结构使行车舒 适性受到影响 耐久性好 受力均 匀 相关维修费用 少 施工难度 等跨径布置细部尺寸相 同 可以重复利用模板预 制 施工方便 质量有保 证 等跨径布置细部尺寸相 同 可以重复利用模板 预制 施工方便 质量 有保证 混凝土拱桥由于模 板为曲线 难以支 模 对地基承载力 要求较高 处理不便 美观性线形简洁大方线形简洁 构造简单外形美观 经济性 等截面 T 梁可预制质 量有保证 减少模板损 耗 施工简单 养护费 用少 空心板可预制 质量 有保证 减少模板损耗 施工简单 所需机具相 对较少 对地基要求较大 需 要在地基上花费较多 资金 耐久性好维护 费用少 结论选用弃用弃用 排头山桥施工图设计 第 12页 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 四 设计 研究 进度计划 1 第 3 至 4 周翻译 开题报告 方案比选 推荐最优方案 2 第 5 周拟定结构尺寸 选取计算简图或内力计算 3 第 6 周内力计算或程序调试与基本数据准备 4 第 6至 8 周内力计算 作用效应组合和绘制包络图 5 第 9至 10 周钢筋数量估算及布置 6 第 11 至 12 周验算及资料整理 7 第 13 至 14 周绘制施工图 8 第 15 周编写设计说明书 整理译文 英文摘要 9 第 16 周整理 修改及交稿 10 第 17 周毕业答辩及其准备 排头山桥施工图设计 第 13页 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 2007 公路桥涵地基与基础设计规范 S 北京 人民交通出 版社 2007 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 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