尹正日开题报告.pdf

舟山朱家尖峙大桥设计 1 毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 舟山朱家尖峙大桥施工图设计舟山朱家尖峙大桥施工图设计 课课 题题 类类 别别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名名 尹尹 正正 日日 学学 号号 200718030227 200718030227 班班 级级 桥土桥土 0707 级级 2 2 班班 专业专业 全称全称 土木工程桥梁专业土木工程桥梁专业 指指 导导 教教 师师 夏夏 桂桂 云云 20112011 年年 3 3 月月 舟山朱家尖峙大桥设计 2 一一 本课题设计本课题设计 研究研究 的目的的目的 1 掌握桥梁的基本概念 增强综合运用各种所学知识的能力 2 培养学生分析问题和解决问题的独立工作能力 3 提高桥梁结构分析能力和运用电算的能力 掌握一到两种商业软件对桥梁的计算方 法 4 通过桥梁毕业设计 熟悉桥梁设计的整个过程 加强对规范手册的了解和应用 5 提高计算绘图 查阅文献 使用桥梁规范和设计手册 填写技术文件 运用办公软件等 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 设计步骤 6 掌握设计的基本原则 设计方法 步骤 提高计算 绘图 查阅文献 使用桥梁规 范手册和编写技术文件及计算机辅助设计 CAD 等基本技能 为毕业后从事桥梁技术工作打 好基础 7 培养严肃认真 一丝不苟的学习态度和刻苦钻研 勇于创新的科学精神 8 学习查阅外文文献并对其进行翻译 9 熟悉论文的标准格式 10 提高桥梁结构分析的分析能力和运用电算的能力 提高利用计算机辅助设计水平 对利用大型商业软件解决工程实际问题有所了解和接触 舟山朱家尖峙大桥设计 3 二二 设计设计 研究研究 现状和发展趋势现状和发展趋势 文献综述文献综述 2 1 2 1 连续梁桥连续梁桥 连续梁桥是中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构 预应力混凝土连续梁桥是其主要 结构形式 它具有接缝少 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 而横张预应力混凝土技术在 T 型梁 箱型梁 空心板桥三座常规跨 径简支梁桥中的应用 取得了明显的技术经济效益 为拓宽横张预应力技术的应用范围 将其应用到更大跨度的连续梁桥中就显得尤为必要了 连续体系梁桥在恒载和活载作用下 支点截面将产生负弯矩 由于负弯矩的存在抵 消了部分跨中截面的正弯矩 使得跨中截面的弯矩减小 因而可以减小建筑高度 提高 了跨越能力 普通钢筋混凝土连续梁桥适应的跨径在 15 30 米之间 采用预应力混凝土连续梁时 跨径可以进一步提高 当跨径在 40 60 米时 支点的负弯矩与跨中的正弯矩之差不大 可以采用等截面的形式 高跨比可取 1 15 1 25 采用顶推施工时这个比值只能取 1 12 1 17 这一形式的连续梁桥 以等跨径布置为宜 也可产生不等跨径布置 取决于经 济分孔施工设备条件 等截面连续梁桥可以采用的施工方法有支架施工 逐孔架设 移 动模架施工和顶推施工 当跨径进一步增大时 由于支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大很多 应采 用变截面的形式 支点截面的梁高一般取 1 16 1 18 L 不能小于 1 20L 跨中截面的 梁高约为支点截面的 1 1 5 1 2 5 倍 变截面连续梁桥的施工方法主要有悬臂浇筑和悬 臂拼装 主梁是连续支承在几个桥墩上 在荷载作用时 主梁的不同截面上有的有正弯矩 舟山朱家尖峙大桥设计 4 有的有负弯矩 而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小 这样 可节省主梁材料用量 连续梁桥通常是将 3 5 孔做成一联 在一联内没有桥面接缝 行车较为顺适 连续梁桥 施工时 可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁 或者从墩台上逐段 悬伸加长最后连接成为连续梁 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 连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩 构造比较复杂 此外 连续梁桥 的主梁是超静定结构 墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化 因此 连续梁 一般用于地基条件较好 跨径较大的桥梁上 连续梁桥在顶推法施工时 随着主梁节段逐渐地向对岸推进 将使全桥每个截面的 内力不断地从负弯矩 正弯矩 负弯矩 呈反复性变化 为了改善这种施工方法带来的 负面影响 一般采取以下措施 1 在顶推梁的最前端设置自重较轻具有一定刚度的临时钢导梁 导梁长度约为主 梁跨径的 65 左右 以降低主梁截面的悬臂负弯矩 2 对于在成桥以后不需要布置正或负弯矩的钢束区 则根据顶推过程中的受力需 要 配置适量的临时预应力钢束 2 2 连续刚构桥连续刚构桥 预应力混凝土连续刚构桥是连续梁桥与 T 形刚构桥的组合体系 也称墩梁固结的连 续梁桥 大跨径连续刚构桥结构的受力主要特点为 梁体连续 墩 梁 基础固结为一整体共 同受力 在恒载作用下 连续刚构桥与连续梁桥的跨中弯矩和竖向位移基本一致 但在 采用双肢薄壁墩的连续刚构桥中 墩顶截面的恒载负弯矩要较相同跨径连续梁桥的小 其次 由于墩粱固结共同参与工作 连续刚构桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小 舟山朱家尖峙大桥设计 5 因而可以降低跨中区域的梁高 并使恒载内力进一步降低 因此 连续刚构桥的主跨径 可以比连续梁桥的设计大一些 2 2 1 主主梁梁 连续刚构桥的主梁在纵桥向大都采用不等跨变截面的结构布置形式 以适应主粱内 力的变化 主梁底部的线形基本上与变截面连续梁桥相类似 可以是曲线形 折线形 曲线加直线形等 具体应根据主梁内力的分布情况 按等载强比原则选定 国内外巳建成的连续刚构桥 边跨和主跨的跨径比值在 0 5 0 692 之间 大部分比 值在 0 55 0 58 之间 这说明变截面连续刚构桥的边跨比值要比变截面连续梁桥的比值 范围 0 6 0 8 要小 其原因在于墩梁固结 边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小 而边 主跨跨往之比在 0 54 一 0 56 时 不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩 而 且由于边跨合龙段长度小 可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上 进行边跨合龙 执 而取消落地支架 施工也十分方便和经济 2 2 2 主梁截面高度主梁截面高度 大跨连续刚构桥主梁一般采用箱形截面 箱粱根部截面的高跨比一般为 1 16 1 20 其中大部分为 1 18 左右 也有少数桥梁达到或低丁 1 20 跨中截面梁高通常为支 点截面粱高的 1 2 5 1 3 5 略小于连续梁的跨中梁高 这是由于连续刚构桥墩粱固结 活载作用于中跨时 与相同跨径的连续粱相比 连续刚构跨中正弯矩较小的缘故 2 2 3 桥墩桥墩 预应力混凝土连续刚构桥土要适用于高桥墩的情况 此时桥墩作用如同摆柱 以适 应预应力 混凝上收缩徐变和温度变化等引起的纵向位移 大跨度连续刚构桥的桥墩不 仅应满足施工 运营等各阶段支承上部结构重量和稳定性等方面的要求 而且桥墩的柔 度应适应由于温度变化 混凝土收缩 徐变以及制动力等因素引起的水平位移 以尽量 减小这些因素对结构产生的次内力 连续刚构桥一般用在长大跨径的桥梁上 如果桥墩 的水平抗推刚度较大 则因主梁的预应力张拉 收缩 徐变 温度变化等因素所引起的 变形受到桥墩的约束后 将会在主梁内产也较大的次拉力 并对桥墩也产生较 人的水平 推力 从而会在结构混凝土上产生裂缝 降低结构的使用功能 由此可见 连续刚构桥桥礅的水平抗推刚度宜在满足桥梁施工 运行稳定性要求的 前提下尽量地小 相反地 大跨连续刚构桥在横桥向的约束很弱 桥梁在横向不平衡荷 载或风载作用下 易产生扭曲 变位 为了增大其横向稳定性 桥墩在横向的刚度应设 舟山朱家尖峙大桥设计 6 计得大一些 连续刚构桥柔性墩柱的立面形式主要有三种 竖直双肢薄壁墩竖直双肢薄壁墩 用两个相互平行的薄壁与主梁固结作为桥墩 这是连续刚构桥中应用得较多的一种 形式 适用于桥墩不是很高的情形 竖直双肢薄壁墩可增加桥墩纵桥向竖向荷载作用下 的刚度 同时其水平抗推刚度小 在桥梁纵向允许的变位大 这不仅可以减小主梁附加 内力 而且由于主梁的负弯矩峰值出现在两肢墩的墩顶 且较单壁墩小一些 故可减小 主梁在墩顶截面处的尺寸 增加桥梁美感 因此 在大跨径预应力混凝土连续刚构桥中 是理想的墩身 形式 但是双肢薄壁墩占据的宽度较大 防撞设施需保护的范围也较大 这部分增 加的费用可能较多 偶然的船撞力往往是作用其中的一肢薄壁墩上 当一肢薄壁墩遭到 破坏后 另一肢薄壁墩很容易因承载力和稳定性不够而随之破坏 这一点需引起重视 每肢薄壁墩又有窀心和实心之分 实心取壁墩施工方便 抗撞能力强 空心双壁墩 可以节约混凝土 40 左右 设计中应根据具体条件通过分析后选用 竖直单薄壁墩竖直单薄壁墩 在深谷和深水河流的高桥墩上经常采用竖直单薄壁墩 它在外观上呈 一 宁形 其截面形式一般为箱粱截面的空心桥墩 具体尺寸需根据对柔性的要求确定 一般来说 单薄壁墩特别是箱形截面单薄壁墩的抗扭性能好 稳定性强 能增大通 航孔的有效跨径 但其柔性不如双肢薄壁墩大 但随着墩身高度的不断增加 单薄壁墩 的柔性逐渐增加 允许的纵向变位增大 因此 对于墩身很高的大跨径连续刚构或中等 跨径的连续刚构来说 箱形单薄壁墩也是理想的墩身形式 v 形墩形墩 或或 Y 形柱式墩形柱式墩 在刚架桥中为了减小内支点处的负弯矩峰值 可将墩柱做成 v 形墩形式 v 形托架可 使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上 Y 形柱式墩是上部为 V 形托架 下部为单柱式 两 者在立面上构成 Y 字形 下部的单柱具有一定的柔性 可满足纵向变形的要求 2 2 4 适用范围适用范围 连续刚构桥常用于大跨 高墩的结构中 桥墩纵向刚度较小 在竖向荷载作用下 基本上属于一种无推力的结构 而上部结构具有连续梁施工的一般特点 因此有较好的 技术经济性 由于预应力技术在近年来发展迅速 连续刚构桥近年来得到了较快的发展 舟山朱家尖峙大桥设计 7 可以说连续刚构桥是大跨径桥梁选型中具有竞争能力的桥型之一 我国跨径在 180m 以 下的粱桥 均采用连续刚构桥 连续刚构桥的另一个特点是主梁保持连续 这样既保持了连续粱无伸缩缝 行车平 顺的优点 又保持了 T 构不须设大吨位支座的优点 同时避免了连续梁 存在临时固结 和体系转换 和 T 构 存在伸缩缝问题 两者的缺点 养护工作量小 此外 连续刚构 施工稳同性好 减少或避免边跨梁端搭架合龙的难度 但连续刚构桥对地基承载力的要求更高 若地基发生过大的不均匀沉降 连续梁可 通过调整墩顶支座的标高 抵消下沉来补救 而连续刚构则做不到 对于大跨度连续刚 构 当其主墩刚度过大时 中跨梁体因会产生过大的温差拉力而对结构受力不利 此外 粱墩联结处应力复杂也是连续刚构的一个缺点 2 3 拱式桥拱式桥 2 3 12 3 1 拱桥的主要特点拱桥的主要特点 拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型 拱桥与梁桥的区别 不仅在于外形不同 更 重要的是两者受力性能有较大差别 由力学知 梁式结构在竖向荷载作用下 支承处仅产生 竖向支承反力 而拱式结构在竖向荷载作用下 两端支承除了有竖向反力外 还将产生水平 推力 正是这个水平推力 使拱内产生轴向压力 从而大大减小了拱圈的截面弯矩 使之成 为偏心受压构件 截面上的应力分布与受弯粱的应力相比 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 拱桥的主要优点是 1 跨越能力较大 2 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 3 耐久性能好 维修 养护费用少 4 外型美观 5 构造较简单 但拱桥也有缺点 主要是 1 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 对地基条件要求高 2 拱桥 尤其足圬工拱桥 一般都采用有支 架施工的方法修建 随着跨径和桥高的增大 支架或其它辅助设备的费用也大大增加 从而 增加了拱桥的总造价 3 由于拱桥水平推力较大 在连续多子 L 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 例如设置单向推力墩 也会增加造价 4 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 而标高提高 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 因 此也使拱桥的使用范围受到一定的限制 舟山朱家尖峙大桥设计 8 2 3 22 3 2 拱桥的计算拱桥的计算 拱桥为多次超静定的空间结构 实际上存在有 拱上建筑与主拱的联合作用 但为了 简化分析 一般偏安全地不去考虑它 在横桥方向 不论话载是否作用在桥面的中心 在桥 梁的横断面上都会出现应力的不均匀分布 这种现象 称为 活载的横向分布 但目前我国 在设计石拱桥 箱形拱桥及拱上建筑为立墙的双曲拱桥时 一般也不考虑这个影响 对于拱 轴方程的建立有两种方法 实腹式悬链线拱和空腹式悬链线拱 实腹式悬链线拱是采用恒载 压力线 不计弹性压缩 作为拱轴线 实腹式拱的恒载包括拱圈 拱上填料和桥面的自重 实腹式悬链线拱的拱轴方程就是在这些恒载作用下 根据拱轴线与压力线完全吻合的条件推 导出来的 空腹式拱桥中 桥跨结构的恒载可视为由两部分组成 即主拱圈与实腹段自重 的分布力以及空腹部分通过腹孔墩传下的集中力 由于集中力的存在 拱的恒载压力线是一 条在集中力下有转折的曲线 它不是悬链线 甚至不是一条光滑的曲线 在设计空腹式拱桥 时 由于悬链线拱的受力情况较好 又有完整的计算表格可供利用 亦多用悬链线作为拱轴 线 为使悬链线拱轴线与其恒载压力线接近 一般采用 五点重合法 确定悬链线拱轴线的 拱轴系数 m 值 即要求拱轴线在全拱有五点 拱顶 两 4 点和两拱脚 与其相应三铰拱恒 载压力线重合 由此 可以根据上述五点弯矩为零的条件确定 m 值 2 42 4 方案比选方案比选 2 4 12 4 1 设计基本资料设计基本资料 全桥总跨径 240 米 汽车荷载等级为公路 级 全桥六车道 上 下行分幅布置 0 5 米 防撞栏 3 3 75 行车道 2 0 米 中央分隔带 3 3 75 行车道 0 5 米 防撞栏 2 4 22 4 2 比选方案比选方案 方案一方案一 36 3 56 3636 3 56 36 米的等截面米的等截面预应力混凝土预应力混凝土连续梁桥连续梁桥 上部结构上部结构 大桥采用上下行分幅 主梁采用 4 米高的箱型截面 顶板宽 12 25 米 底板宽 6 85 米 悬臂板宽 2 7 米 底板厚 0 35 米 腹板厚 0 35 米 顶板厚 0 3 米 上部结 舟山朱家尖峙大桥设计 9 构采用先预制后顶推施工方法 下部结构下部结构 根据设计资料知 桥位处主要地层为中风化花岗岩 全桥基础采用钻孔 灌注摩擦桩 桥墩均采用高桩承台基础 每墩桩基分三排共 5 根 D150CM 钻孔灌注桩 桥墩为 D300cm 圆端形实体墩 方案二方案二 65 110 6565 110 65 米的连续刚构桥米的连续刚构桥 上部结构上部结构 主梁采用变截面箱梁 三向预应力结构 采用双幅分离的 单箱单室形式 大挢采用上 下行两座独立桥 其主要优势在于 第一 采用上下行桥 每 桥宽 12 25 米 可以采用单室箱断面 而采用整桥 全宽 24 5m 可能不得不采用双室箱截 面 边跨需设置三个支座 支座顶面很难保持相同高程 受力不很明确 第二 采用上下行 桥 挂篮的数量要增加一倍 但挂篮的承重量相对较小 可以采用较长的节段 施工快 并 且采用单室箱 模扳也较简单 下部结构下部结构 上 下行桥的桥墩基础是合在一起的 每基础均采用 27 根直径 2m 的钻 孔灌注桩 由于中风化风化岩强度较高 钻孔灌注桩的终孔深度以中风化岩控制 按嵌岩桩 设计 桩长 20m 承台厚度为 3 米 两幅桥墩的墩身是采用分离式结构 单幅桥沿纵桥向采 用双壁墩身 墩高约 22m 中距为 6m 每片壁总厚为 2m 横桥向总宽取与箱梁底同宽 6 85m 方案三方案三 50 140 5050 140 50 双飞燕式拱桥双飞燕式拱桥 舟山朱家尖峙大桥设计 10 上部结构上部结构 大桥全宽 23 5 米 主梁采用 2 米高的钢桁架梁 拱肋截面采用高为 3 米 拱肋宽为 1 5 米的箱型截面 拱轴线采用二次抛物线 采用竖向转体施工 将桥跨分为两个 半拱 分别竖向或靠山仰坡 或水平的简易支架上制拱 待拱成型后 利用牵引 悬吊系统 使半拱在立面上旋转合拢 下部结构下部结构 根据设计资料知 桥位处主要地层为中风化花岗岩 全桥基础采用钻孔 灌注摩擦桩 桥墩均采用高桩承台基础 每墩桩基分 6 排共 90 根 D100CM 钻孔灌注桩 2 4 22 4 2 比选原则比选原则 基本原则 安全 适用 经济 美观和有利于环保 1 安全方面 结构尺寸和构造上 2 使用上的要求 适用耐久 3 经济上的要求 合理的经济 4 施工上的要求 技术先进 5 美学和景观上的要求 美观 6 环境保护和可持续发展 根据比选原则制定了下表对三个方案进行对比 进而选出最佳方案作为设计方案 舟山朱家尖峙大桥设计 11 结论结论 由上表综合得知 3 跨的连续刚构桥方案在这几方面与其余两个比选方案对比 都有较大的优势 故选连续刚构桥方案作为设计方案 三三 设计设计 研究研究 的重点与难点的重点与难点 拟采用的途径拟采用的途径 研究手段研究手段 设计重点与难点设计重点与难点 1 1 连续刚构桥的尺寸拟定 2 在计算时 对于连续刚构桥的建模比较不清楚 对于其每单元的划分不太明白 以及 对于各个截面的尺寸不知如何确定 桥型 5 跨 36 3 56 36 米连 续梁桥 3 跨 65 110 65m 连续 刚构桥 3 跨 50 140 50 双飞燕 式拱桥 美观性 等截面设计 线形单调 无法获得美感 桥型美观 与周围环境 协调好 结构布置合理 造型美观 经济性 梁高较高 桥墩较多 耗费的混凝土相对较 大 故而使得工程造价 变高 变截面的主梁设计 相 对于方案一可节约 40 的混凝土 相对于方案 一经济 主梁采用钢桁架 使得整个 工程的钢材消耗量较大 而 钢材的价格又较高 增加了 工程的总造价 适用性 桥下净空相对于方案 二偏小 不利于通航 桥下净空较大 满足通 航要求 跨越能力较大 节省大量的 钢才和水泥 耐久性能好 但对地基条件要求高 增加 了下部结构的工程量 桥下 净空较大 满足通航要求 施工方 法及施 工要求 采用顶推施工 由于主 跨跨径较大 如设辅助 墩 增加了工程的总造 价 如不设辅助墩 对 顶推机械要求较高 采用悬臂灌筑法施工 混凝土的整体性较好 对采用的起重机械要 求较低 仅要求起重量 为 1 5t 以上的吊机即 可 主跨采用缆索吊装施工 需要船只运输材料 增加 了工程运费 舟山朱家尖峙大桥设计 12 3 对于设计中所采用的各种软件的使用不太熟悉 4 主梁的内力计算以及预应力混凝土结构的配筋计算 预应力筋的合理布置也是本次 设计的难点 拟采用途径拟采用途径 1 对于尺寸拟定的问题通过查阅课本以及一些工程实例初步拟定一组较为合理的数 据 2 对于建模过程中遇到的问题 通过查阅资料以及询问指导教师及时将其解决 3 和同学一起讨探以及查阅资料 询问老师将设计中所采用的软件熟练操作 4 对于设计中的计算 查阅以前所学课本合理的分析出设计模型 并通过计算软件计算 出正确的答案 四四 设计设计 研究研究 进度计划进度计划 第一阶段第一阶段 1 1 3 3 周周 1 熟悉毕业设计的任务和要求 2 调研 3 撰写开题报告 4 准备好上机条件 第二阶段第二阶段 3 3 5 5 周周 1 收集资料 2 方案比选 拟定推荐方案的结构尺寸 3 交比选方案报告和方案图纸 方 案拟定包括 绘制河床断面图 确定总跨径 确定桥型 通航要求 地形地质条件 建 筑高度 桥梁的分孔 桥墩的布置要避开不利的地质段 上下部构造的总造价最低 基础及墩台形式的确定 桥梁横断面的设计 上下部构造主要尺寸的拟定 桥面基础及 墩台标高的确定 桥面纵坡 桥型布置图的必需要素 重复 确定 2 3 个方案 方案 比选 优缺点分析 经济性 受力特点 施工难易程度 美观等 第三阶段第三阶段 5 5 9 9 周周 推荐方案上部结构设计计算 电算 包括 确定计算图式 自重作用内力计算 计算 网格图 几何特性计算 温度影响内力计算 车辆荷载和人群荷载内力计算 计算横向分 布系数 确定单片主梁的荷载 纵向影响线 纵向布载 作用效应的组合 舟山朱家尖峙大桥设计 13 第四阶段第四阶段 1010 1111 周周 配筋计算 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 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 预应力损失计算 预应力阶段 使用阶段 第五阶段第五阶段 11 11 1212 周周 强度 刚度 稳定性验算有 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 抗裂验算验算 正截面抗裂验算 斜截面抗裂验 算 变形的验