开题报告1号 3.pdf

第 1页 毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题题目目 南丁大桥设计开题报告南丁大桥设计开题报告 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 刘闰刘闰 学学号 号 201018020104201018020104 班班级 级 桥梁桥梁 10011001 专业 全称专业 全称 桥梁工程桥梁工程 指指 导导 教教 师 师 2012014 4 年年 3 3 月月 第 2页 一 本课题设计 研究 的目的 通过桥梁毕业设计使学生运用所学的课程系统的训练 以便掌握桥梁的基本 理论 基本知识和基本计算方法 通过毕业设计的实践 理论联系实践 独立完成设计 不断提高分析问题和 解决问题的能力 通过毕业设计 不断提高查阅文献 计算 绘图 使用桥梁规范和设计手册 编 写技术文件 运用电脑等基本技能 树立正确的设计思想 逐步掌握设计原则 设计方法和设计步骤 准守纪律 遵守校规 校纪 严谨负责 实事求是 刻苦 钻研 相互协作 勇于创新 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 一 桥梁的基本组成 桥梁指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物概括地说 桥梁由 四个部分组成 即上部结构 下部结构 支座和附属设施 上部指主要承重结构 和桥面系 下部结构包括桥台 桥墩和基础 支座是设在墩 台 顶 用于支承 上部结构的传力装置 附属设施包括桥面系 伸缩缝 桥头搭板 锥形护坡 导 流工程等 二 桥梁发展的现状 20 世纪 30 年代 预应力混凝土和高强度钢材相继出现 材料塑性理论和 极限理论的研究 桥梁振动的研究和空气动力学的研究 以及土力学的研究等获 得了重大进展 从而 为节约桥梁建筑材料 减轻桥重 预计基础下沉深度和确 定其承载力提供了科学的依据 现代桥梁按建桥材料可分为预应力钢筋混凝土 桥 钢筋混凝土桥和钢桥 预应力钢筋混凝土桥 1928 年 法国弗雷西内工程师经过 20 年的研究 用 高强钢丝和混凝土制成预应力钢筋混凝土 这种材料 克服了钢筋混凝土易产生 裂纹的缺点 使桥梁可以用悬臂安装法 顶推法施工 随着高强钢丝和高强混凝 土的不断发展 预应力钢筋混凝土桥的结构不断改进 跨度不断提高 预应力钢筋混凝土桥有简支梁桥 连续梁桥 悬臂梁桥 拱桥 桁架桥 刚 架桥 斜拉桥等桥型 简支梁桥的跨径多在 50 米以下 第 3页 连续梁桥如 1966 年建成的法国奥莱隆桥 是一座预应力混凝土连续梁高架 桥 共有 26 孔 每孔跨径为 79 米 1982 年建成的美国休斯敦船槽桥 是一座 中跨 229 米的预应力混凝土连续梁高架桥 用平衡悬臂法施工 悬臂梁桥如 1964 年联邦德国在柯布伦茨建成的本多夫桥 其主跨为 209 米 1976 年建成的日本 滨名桥 主跨 240 米 中国 1980 年完工的重庆长江桥 主跨 174 米 桁架桥如 1960 年建成的联邦德国芒法尔河谷桥 跨径为 90 108 90 米 是世界上第一座 预应力混凝土桁架桥 1966 年苏联建成一座预应力混凝土桁架式连续桥 跨径 为 106 3 166 106 米 用浮运法施工 刚架桥如 1957 年建成的法国图卢兹的圣米歇尔桥 是一座 1 60 米 5 65 米的预应力混凝土刚架桥 1974 年建成的法国博诺姆桥 主跨径为 186 25 米 是目前最大跨径预应力混凝土刚架桥 预应力钢筋混凝土吊桥是将预应力梁中的预应力钢丝索作为悬索 并同加劲 梁构成自锚式体系 1963 年建成的比利时根特的梅勒尔贝克桥和玛丽亚凯克桥 主跨径分别为 56 米和 100 米 就是预应力钢筋混凝土吊桥 斜拉桥如 1962 年 建成委内瑞拉的马拉开波湖桥 这座桥为 5 孔 235 米连续梁 由悬在 A 形塔的 预应力斜拉索将悬臂梁吊起 斜拉桥的梁是悬在索形成的多弹性支承上 能减少梁高 且能提高桥的抗风 和抗扭转震动性能 并可利用拉索安装主梁 有利于跨越大河 因而应用广泛 预应力混凝土斜拉桥如 1971 年利比亚建造的瓦迪库夫桥 主跨径 282 米 1978 年美国建造的华盛顿州哥伦比亚河帕斯科 肯纳威克桥 主跨 299 米 1977 年法 国建造的塞纳河布罗东纳桥 主跨 320 米 中国已建成十多座预应力混凝土斜 拉桥 其中 1982 年建成的山东济南黄河桥主跨为 220 米 钢筋混凝土桥二次世界大战以后 世界上修建了多座较大跨径的钢筋混凝土 拱桥 如 1963 年通车的葡萄牙亚拉达拱桥 跨径为 270 米 矢高 50 米 1964 年 完工的澳大利亚悉尼港的格莱兹维尔桥 跨径 305 米 中国 1964 年创造钢筋混 凝土双曲拱桥 桥由拱肋和拱波组成 纵向和横向均有曲度 横向也用拱波形式 拱肋和拱波分段预制 因此可用轻型吊装设施安装 这样 在缺乏重型运输工具 和重型吊装机具下 也可以修建较大跨径拱桥 第一座试验双曲拱桥 建于中国 江苏无锡 跨径为 9 米 此后 1972 年建成湖南长沙湘江大桥 是一座 16 孔 第 4页 双曲拱桥 大孔跨径为 60 米 小孔跨径为 50 米 总长 1250 米 钢筋混凝土 桁架拱桥是拱和桁架组合而成的结构 其用料少 重量轻 施工简易 钢桥二次世界大战后 随着强度高 韧性好 抗疲劳和耐腐蚀性能好的钢材 的出现 以及用焊接平钢板和用角钢 板钢材等加劲所形成轻而高强的正交异性 板桥面的出现 高强度螺栓的应用等 钢桥有很大发展 钢板梁和箱形钢梁同混凝土相结合的桥型 以及把正交异性板桥面同箱形钢 梁相结合的桥型 在大 中跨径的桥梁上广泛运用 1951 年联邦德国建成的杜 塞尔多夫至诺伊斯桥 是一座正交异性板桥面箱形梁 跨径 206 米 1957 年联 邦德国建成的杜塞尔多夫北桥 是座 6 孔 72 米钢板梁结交梁桥 1957 年南斯 拉夫建成的贝尔格莱德的萨瓦河桥 是一座钢板梁桥 跨径为 75 261 75 米 为 倒 U 形梁 1973 年法国建成的马蒂格斜腿刚架桥 主跨为 300 米 1972 年意 大利建成的斯法拉沙桥 跨径达 376 米 是目前世界上跨径最大的钢斜腿刚架 桥 1966 年美国完工的俄勒冈州阿斯托里亚桥 是一座连续钢桁架桥 跨径达 376 米 1966 年日本建成的大门桥 是一座连续钢桁架桥 跨径达 300 米 1968 年中国建成的南京长江桥 是一座公路铁路两用的连续钢桁架桥 正桥为 128 9 160 128 米 全桥长 6 公里 1972 年日本建成的大阪港的港大桥为悬臂梁钢 桥 桥长 980 米 由 235 米锚孔和 162 米悬臂 186 米悬孔所组成 1964 年 美国建成的纽约维拉扎诺吊桥 主孔 1298 米 吊塔高 210 米 1966 年英国建 成的塞文吊桥 主孔 985 米 这座桥根据风洞试验 首次采用梭形正交异性板 箱形加劲梁 梁高只有 3 05 米 1980 年英国完工的恒比尔吊桥 主跨为 1410 米 也用梭形正交异性板箱形加劲梁 梁高只有 3 米 20 世纪 60 年代以后 钢斜拉桥发展起来 第一座钢斜拉桥是瑞典建成的 斯特伦松德海峡桥 建于 1956 年 跨径为 74 7 182 6 74 7 米 这座桥的斜拉 索在塔左右各两根 由钢筋混凝土板和焊接钢板梁组合作为纵梁 1959 年联邦 德国建成的科隆钢斜拉桥 主跨为 334 米 1971 年英国 建成的厄斯金钢斜拉桥 主跨 305 米 1975 年法国建成的圣纳泽尔桥 主跨 404 米 这座桥的拉索采用密束布置 使节间长度减少 梁高减低 梁高仅 3 38 米 目前通过对钢斜拉桥抗风抗震性能的改进 其跨径正在逐渐增大 钢桥的基础多 用大直径桩或薄壁井筒建造 第 5页 三 发展趋势 钢筋混凝土和预应力混凝土板桥 其发展趋势为 采用高标号混凝土 为了 保证使用性能尽可能采用预应力混凝土结构 预应力方式和锚具多样化 预应力 钢材一般采用钢绞线 板桥跨径可做到 25m 目前有建成 35 40m 跨径的桥梁 跨径太大 用材料不省 板高矮 刚度小 预应力度偏大 上拱高 预应力度偏 小 可能出现下挠 若采用预制安装 横向连接不强 使用时容易出现桥面纵向 开裂等问题 由于吊装能力增大 预制空心板幅宽有加大趋势 1 5m 左右板宽 是 合适的 简支 T 型梁桥 T 型梁桥发展趋势为 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 连续箱梁发展趋势为 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 我国公路桥梁在 100m 以上 多采用预应力混凝土连续刚构桥 钢筋混凝土拱桥的发展趋势 拱圈轻型化 长 大化以及施工方法多样化 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 悬索桥的发展趋势 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 二 设计方案比选 1 技术标准 设计荷载 公路 I 级 人群 3 5kN 设计时速 100Km h 第 6页 桥面宽度 桥总宽 16 5m 单幅 不设人行道 设计洪水频率 1 300 地震烈度 根据 中国地震动参数区规划图 项目区内场地地震动峰值 加速度小于 0 05g 地震动反应谱特征周期 0 35s 对应原地震基本烈度小于 VI 度 2 方案比选的原则 在桥梁方案比选中 要注意以下四项主要标准 安全 功能 经济与美 观 其中以安全与经济为重 过去对桥下的功能重视不够 现在由于航运事业的 发展 需要十分重视桥下的通航净空 至于桥梁美观 要视经济与环境条件而定 3 方案比选 1 方案一 80m 140m 80m 变截面三跨混凝土连续刚构梁桥 采用80m 140m 80m的跨径分布 桥墩为直径200CM的C30混凝土制成 采用双墩式结构 采用悬臂施工 先施工桥墩 由桥墩向两侧先施工一段箱形梁 等到 它的强度达到设计值时 在这段悬臂梁上用挂篮向前伸出后再支模板 再浇筑一 段梁 反复这样 直到由两侧施工的悬臂梁最后在中间相遇合龙 桥梁结构部分 施工完成 相比连续梁的优点 1 主墩无支座 施工方便 2 连续刚构一般采用悬臂施工 合拢前不需要体系转化 3 顺桥向抗弯刚度大 受力性能好 墩梁固接能有效减小跨中正 弯矩 4 横桥向抗扭刚度大 能较好满足悬臂施工的抗风要求 但连续刚构也有一些自身的不足之处 1 随着墩身加高 设计中要考虑的因素变多 墩的柔性对施工和 成桥过程中桥梁力学性能的影响 2 墩的抗撞击性能较差 方案比较 只有高墩大跨 用连续刚构才能突出体现其优点 而且由 于墩梁固结 基础变位影响较大 因此此方案不适用于此桥 2 方案二 10 30 等截面简支变连续预应力混凝土 T 型梁桥 为 10 30m 布置 5 跨一联 共两联 梁预制梁高 200cm 预制梁长 2992cm 单幅桥每跨由 5 片中梁和 2 片边梁组成 桥面宽 1650cm 横截面是 T 形 采用工厂化预制 既保证了质量又保证了工期 施工方 便 减少桥面伸缩缝 行车平顺 其施工相对比较简单 采用预制安装的方式进行施工 结构受力主要由 尺寸较小的预制梁肋来承受 这与装配式T 梁由主梁全截面来承受全部恒载不 同 第 7页 超静定结构 以受弯为主 在竖向荷载作用下无水平反力的结构 它在 荷载作用下 支点截面产生负弯矩且比跨中弯矩大 但跨径不大时差值不是很大 采用等截面形式 大大简化主梁的构造 T 型梁桥有结构简单 受力明确 节省材料 架设安装方便 跨越能力 较大等优点 因采用用预应力结构 预应力张拉后上拱偏大 影响桥面线形 带 来桥面铺装加厚 由于 T 型梁的最大跨径有限导致桥墩数目增加 造成了施工量 的不必要的增加 故不适用于此桥 3 方案三 5 60m 等截面混凝土连续梁桥 单幅桥为单箱单室箱型截面 箱梁顶板全宽为 1650cm 顶板厚度为 28cm 底板厚度为 40cm 梁高 300cm 腹板厚度为 30cm 副跨板厚 50cm 横隔 板为 40cm 悬臂端长 360cm 连续梁的突出优点是 结构刚度大 变形小 动力性能好 主梁变形挠 曲线平缓 有利于高速行车 然而应指出的是 预应力混凝土连续梁设计中的一 个特点是 必须以各个截面的最大正 负弯矩的绝对值之和 施工方法采用悬臂施工的方法 悬臂拼装法施工速度快 桥梁上 下部 结构可平行作业 可在跨径100m 以下的大桥中选用 悬臂施工法可不用或少用 支架 施工不影响通航或桥下交通 4 方案比选表 方案比选表 功能性经济性安全性美观性 方案一 伸缩缝少 结 构 刚 度 大 变形小 动 力 性 能 好 主梁变 形挠度曲线 平缓 行车 平顺通畅 安全 可以 满足交通运 输要求 且 施工简单 施工技术成 熟 方法简 单 易掌握 需要的机具 少 无需大 型设备 可 以充分降低 施工成本 所用材料普 通 价格低 需要大型支 座 需较应 技术成熟 计算简单 施工方法简 单 质量好 整体性好 刚度大 可 保证工程本 身安全 同 时行车性能 良好 可保 证司机正常 行车 满足 形式简单造 型单一 第 8页 但工期长 力钢筋 基 础 施 工 复 杂 交通运输安 全要求 方案二 桥面不易开 裂 整体性 好 内力不 受基础不均 匀沉降等附 加 变 性 影 响 行车舒 适 工厂预制质 量可靠 工 期有保障 养护费用减 少 技术成熟 安全可靠 施工方法简 单 质量好 可以保证施 工本身安全 的同时 又 能保证行车 舒适 形式简单造 型单一线性 简单 方案三 整 体 性 能 好 刚度大 变形小 动 力性能好 主梁变形挠 曲平缓 有 利于高速行 车 施工方法便 捷容易 技 术成熟有保 障 能最大 限度的减少 施工工期和 材料成本 连续梁在恒 活载作用 下 产生的 支点负弯矩 对跨中正弯 矩有卸载作 用 使内力 状态比较均 匀合理且施 工较为简 单 线条明快 与周围环境 相协调 桥 梁 简 洁 美 观 分析结论 综合上述三种方案以及四个性能的对比 方案三 5 60m 等截面 混凝土连续梁桥 因其最适合此地质条件以及相对合适的性能 故最终以方案三 作为桥型的选择 第 9页 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 一 设计重点 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 二 设计难点 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 三 研究途径 1 专业英文文献翻译阶段 2 方案拟定阶段 根据已有的水文地质资料 确定河床断面图 确定总跨径 确定桥型 进 行桥梁的分孔 基础以及墩台的形式确定 桥梁横断面设计 上下部构造主要 尺寸的拟订 桥面基础以及墩台标高的确定 得出两套方案出两套图纸 3 进行桥梁设计方案的比选 1根据设计任务要求 依据现行公路桥梁设计规范 综合考虑桥位的地质 地形条件 经初选后提出了 2 3 个比选桥型 2对各方案基本尺寸的选择进行探讨 包括上部结构 下部结构的结构形 式以及基本尺寸梁 3对已确定的桥梁方案进行结构设计及施工方案的确定 4 计算阶段 1确定计算图式 2自重作用内力计算 3墩台沉降内力计算 4温度影响内力计算 5车辆荷载和人群荷载内力计算 6作用效应的组合计算 7配筋计算通过自己编制程序 计算结构在承载能力极限状态下的配 第 10页 筋 并对结果进行校核 5 验算阶段 运用常规的超静定混凝土桥梁分析程序计算结构内力及变形 布置预应力 钢筋 进行正常使用极限状态的截面设计与检核 进行应力验算 抗裂验算 变形验算 稳定性验算等 如果有一项验算不合格 就必须返回到尺寸拟定阶 段 重新拟定尺寸 6 施工图绘制 梁的一般构造图及配筋图 7 设计计算书的编写阶段 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