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神村
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神村1号高架桥施工图设计,神村,高架桥,施工图,设计
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杨 帆号：级：土木工程（桥梁专业）韩艳论文200718030208桥梁 0702 班毕业设计(论文)开题报告题目：神村 1 号高架桥施工图设计公路-I 级，双向两车道课 题 类 别：设计学 生 姓 名：学班专业（全称）：指 导 教 师：2011 年 3 月一、本课题设计（研究）的目的：1 培养具有良好的自然科学素养，掌握桥梁工程专业的基本理论、方法与设计技巧。2 通过毕业设计培养自己综合运用所学知识，分析和解决实际工程问题，锻炼创造的能力。3 培养自己分析问题和解决问题的独立工作的能力。4 增强设计人员独立思考的能力以及创新思维的发展，结合国内外的桥梁状况设计独特的风格。5 巩固桥梁专业的理论基础，实现本科教学的专业综合，促进学生对本专业知识的理解。6 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。7 通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解公路预应力混凝土桥梁在桥式方案比选、结构计算及施工架设等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容。为学生在毕业后从事桥梁技术工作打好基础。8 神村 1 号高架桥方案比选与施工图设计，必须遵照“安全、适用、经济、美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。9 设计正确的设计思想以及严谨负责、事实求是、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）：2.1 工程现状：中小跨径时，一般都采用简支梁。近年来，随着车速的提高和行车舒适的要求，简支梁逐步发展为由每孔设伸缩缝到采用桥面连续。我国最大的简支梁，是 1997年建成的昆明南过境干道高架桥，跨径 63m，这是一座桥上的桥，纵向跨越原 3 孔 16m梁桥及桥台，形成 63m 跨径。已超过跨径 62m 的浙江飞云江大桥而列中国首位。截面为单室箱，梁高 2.5m，为跨径的 1/25.2，顶底板厚 25cm，腹板 3045cm，比较轻型，纵向束平弯，多数锚固在肋腋范围。在梁的两端设弯起束。河南省的洛阳、郑州、开封黄河大桥上均采用 50m 简支梁，其中开封黄河大桥设计成部分预应力混凝土梁。在河南省伊洛河桥上曾采用跨径 50m 的鱼腹式梁，支点处梁高较跨中梁高小。国外简支梁的最大跨径为 76m 的奥 Alm 桥。该桥采用双预应力，即除设预应力筋外，在截面的另一端设预压力筋，为防止钢筋在受预压力时的压屈，把预压筋的预留孔道作成椭圆形，相邻椭圆形相位差 90。由于双预应力，截面高度小，仅为 2.5m，为梁跨径的 1/30。双预应力梁端部的局部应力较大，后来日本曾将预压力筋设在离端部一定距离的上翼缘预留槽中，而不设于端部，使局部应力问题趋于缓和。但至今仍用得不多。我国河北滦平县修建了大屯试验桥，340m，由 5片顶宽 2.1m 箱梁组成，箱高 1.35m。高跨比接近 1/30。目前我国的简支梁，跨径在 16m 及以上者，都采用预应力结构，有的在 13m 空心板中，也施加了预应力。鉴于桥面连续较易出现裂缝，趋向于采用结构连续，即采用中等跨径的连续梁、连续刚构，也可先简支、后连续，以提高结构的耐久性，延长使用寿命。连续梁适用范围很广，从中小跨径到特大跨径，中小跨径时往往采用搭架浇筑，或先简支、后连续。对大跨径梁桥，随着交通运输的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的 T 构已不能满足要求，于是连续梁得到了迅速的发展。用顶推法施工时，一般限于等截面连续梁。悬臂施工时，往往采用变截面，梁墩临时固结，合拢后将梁墩连续改为支座，转换体系而成连续梁。大跨径连续梁一般采用箱形截面，可以多跨连续，英国 Orwell 桥，全长 1288m，我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥桥 名南京长江第二大桥北汊大桥93+165+93广湛高速九江大桥云南六库大桥2002跨荆江大98+2150+9880+150+80益阳白沙大桥100+3150+100199787+4136+87淄博樵岭大桥2002199582+2128+82上海奉浦大桥199619901989临江大桥198668+3120+68建成年2001213.519961989100+62002282112001212.589+142+8922199945+90+130+90+4582+128+8225.8199575+125+7585+2125+8562+92+124+92+62200184+3120+84跨径（m）90+3165+90两单室箱50+100+2160+100+5085+154+85150+10093+150+93两单室箱两单室箱90+150+90两单室箱12.5单室箱75+2135+75213.525两单室箱85+3125+85213.8515.519.572+ 3122+7219桥宽（m）215.428.8 3 1/18.8 1/55 悬浇211.913.5212.5212.59 3.8 1/16.7 1/39.5 悬浇9 3 1/16.7 1/50 悬浇7.75单室箱822.5两单室箱两单室箱718.6两单室箱单室箱单室箱单室箱截面两单室箱两单室箱单室箱两单室箱两单室箱3.05 1/19.43连续梁772.8 1/18.3单室箱77.776.2梁高（m） 高跨比 施工根部 跨中 根部 跨中 方法8.8 3 1/18.8 1/55 悬浇9 3 1/17.8 1/53.38.53 2.83 1/18.1 1/54.4 悬浇8 3 1/18.8 1/50 悬浇8 3 1/18.8 1/50 悬浇1/49.21/17.02.5 1/18.62.6 1/18.31/45.7 悬浇72.75 1/17.93.2 1/16.23 1/17.73 注备悬浇梁底为R=501.526m圆曲线1/45.3 悬浇1/52 悬浇1/49.2 悬浇2.8 1/17.91/45.5 悬浇1/39.1 悬浇1/41.3 悬浇1/19.41/44.6 悬浇双排支座1/40悬浇均连续。连续梁行车平顺，但需临时固结梁墩和转换结构体系，同时需大吨位的盆式橡胶支座，养护工作量大。国外最大的连续梁，为跨径 260m 的挪威 Varodd-2桥，我国则为跨径 165m 的南京长江二桥北汊大桥和宿淮高速京杭运河大桥。变截面连续梁的高跨比，跨中一般为1/301/50，支点处为 1/151/20，边跨与中跨的比值一般为 0.60.8。我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥，如下表所示。表 1我国混凝土梁桥（L120m）表1序号12 宿淮高速京杭运河大桥34三八洲桥5 荆州长江大桥堤桥6 湖南东阳渡湘江大桥7 舟山响礁门大桥89 仙人渡汉江大桥10 汉川汉江公路大桥11 肇庆西江大桥1213 安徽涂山淮河大桥14 广东德胜大桥15 广东德庆西江大桥1617 广东潭州大桥18 湖北乐天溪大桥（宜昌）19 惠州大桥2021 常德沅水大桥22 杭州钱塘江五桥2.2 结构特点：预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适，造型简洁美观等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在 150m 以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，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，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，如：板式截面、肋式截面、箱形截面，一般应根据桥梁的跨径、宽度、对梁高的要求、支承形式、桥梁的总体布置和施工方法等方面确定。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的重量、节约材料、简化施工和改善截面受力性能具有十分重要的意义。2.3 设计规范：根据JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范、JTG D60-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计通用规范、公路桥涵设计手册丛书等相关书籍规范，对预应力混凝土连续梁桥的截面形式以及桥跨的整体布置拟定合理的尺寸，符合箱型截面的预应力布置形式以及桥面标高、桥梁下部结构的基本特征，拟定基本方案。当连续梁的主跨跨径达到 70m 及其以上采用变截面形式的大跨径预应力混凝土梁桥，立面一般采用不等跨布置，当采用箱形截面的三跨连续梁时，边孔跨径可减少至中孔的0.50.7倍。连续箱梁的梁高宜采用变高度，其底曲线可采用二次抛物线、折线、和介于折线和二次抛物线之间的 1.51.8 次抛物线变化形式。支点截面的梁高 H 支约为（1/161/18）l(l为中间跨跨长)，一般不小于 l/20，跨中梁高 H中约为（1/1.51/2.5）H支。箱形截面的顶板布置数量众多的预应力钢束，要求顶板面积必须满足布置钢束的需要，厚度一般为 180 mm250mm；底板厚度随梁的负弯矩增大而逐渐加厚，底板最薄厚度一般为 150mm；勒板承受截面剪应力及主拉应力，并承受局部荷载产生的横向弯矩，其厚度还必须满足布置预应力钢筋及浇筑混凝土的要求，以及锚固锚头的需要，一般厚度为 200350mm，大跨径桥梁可采用变厚度。依据工程规范确定桥梁的分孔、桥型结构、基础墩台、桥梁横断面、上下部结构，绘制桥位整体布局图。而等截面连续梁桥的高跨比一般为 1/151/25。桥梁一般采用中等跨径，以 4060m 为宜（国外也有达到 80m 跨径者），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。2.4 桥梁结构分析专用软件和 CAD 技术(1) 自七十年代后期以来,我国桥梁结构分析专用软件和 CAD 技术得到大力开发和应用。其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序, 实现设计、计算、绘图一体化, 大大提高了计算精度和速度,特别是用于大量重复计算、局部应力分析、设计方案优化。大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推广应用, 适应了我国桥梁建设高速发展的需要。(2) 计算机技术已被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制。使得成桥后的线型平顺,符合桥梁的纵向设计标高;桥梁结构的受力状态能与设计计算一致2.5 施工方法：预应力混凝土连续梁桥的施工方法，有：支架施工法、悬臂施工法、逐孔施工法、顶推施工法。在支架上就地浇注施工是古老的施工方法，以往多用于桥墩较低的中、小跨连续梁桥；它的主要特点是桥梁整体性好，施工简便可靠，对机具和起重能力要求不高，结构在施工中不出现体系转换的问题，不引起恒载徐变二次矩，但这种施工方法需要大量施工脚手架，施工期长。悬臂施工法是从桥墩开始对称地、不断悬出接长的施工方法。悬臂施工法一般分为悬臂浇筑法和悬臂拼装法，悬臂浇筑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。悬臂拼装法则是将预制节段块件，从桥墩两侧依次对称安装节段，张拉预应力筋，使悬臂不断接长，直至合拢。预应力混凝土连续梁桥采用悬臂施工的方法需在施工中进行体系转换，即在悬臂施工时，结构的受力状态呈 T 形刚构，悬臂梁，待施工合拢后形成连续梁；由于在悬臂施工时，墩梁铰接而不能承受弯矩，因此，施工时要采取措施临时将墩、梁固结，待悬臂施工至少一端合拢后恢复原结构状态，这是连续梁采用悬臂施工的一个特点。悬臂施工法不需大量施工支架和临时设备，不影响桥下通航、通车，施工不受季节、河道水位的影响，并能在大跨径桥上采用，因此得到了广泛的使用。逐孔施工法又分为逐孔装配、逐孔现场浇筑和逐孔架设；在施工过程中，由简支梁或悬臂梁转换为连续梁，一般来说，逐孔架设施工快速，简便。顶推施工法的原理是沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地，分节段预制混凝土梁身，并用纵向预应力筋连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压板特制的滑动装置，将梁逐段向对岸顶进，就位后落架，更换正式支座完成桥梁施工。逐孔施工和顶推施工同样都要考虑结构体系转换的问题。2.6 发展趋势预应力混凝土连续箱形梁桥具有良好的结构性能，因而在现代各种桥梁中得到广泛应用，其主要优点表现在：（一）截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性；（二）顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋的要求，适应具有正负弯矩的结构；（三）适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等，这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板；（四）承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，达到经济效果，同时截面效率高，并适合预应力混凝土结构空间布束，更加收到经济效果；（五）对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布；（六）适合于修建曲线桥，具有较大适应性；（七）能很好适应布置管线等公共设施。同时，箱形连续梁桥也存在一些不足之处，如箱形截面属薄壁结构，除受力钢筋外，还需配置大量构造钢筋，对于中等跨径的桥梁，有时会导致用钢量比工字梁或 T形截面增多。近代由于预应力混凝土的发展，同时由于现代施工技术的进步，箱形截面更加广泛应用于各种现代桥梁，而且一般采用无支架施工。首先是梁式桥梁应用最为普遍，据统计，在已建成的预应力混凝土梁桥中，当跨径超过 60m及其以上，其截面大多数为箱形截面，而变截面箱形主跨跨径进一步加大，达到 70m极其以上，因此在现在桥梁桥型中发展迅速被广泛采用。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：3.1 设计重点：3.1.1 尺寸的拟定根据桥梁设计通用规范箱形截面采用单箱单室的顶板一般不小于 20m，确定箱形截面顶板厚度一般需要考虑两个因素，即满足桥面板横向弯矩的要求（恒载、活载、日照温差等）；满足布置纵、横向预应力钢筋束的要求。悬臂长度一般不大于 5m，当长度超过 3m后，宜布置横向预应力束筋，单箱单室截面 b：a 之比为 1：（2.53.0）时横向受力状态较好。悬臂端部厚度不小于 10cm，如设置防撞墙或需锚固横向预应力束筋，则端部厚度不小于 20cm。底板厚度与主跨之比宜为 1/1401/170，跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为 0.220.28。变高度箱梁宜采用直腹板，按一般设计经验，腹板内有预应力束筋管道布置是可采用 2530cm。其他构件的尺寸可按JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范设计适宜的尺寸。3.1.2 方案的比选方案一：40m+40m+40m 预应力混凝土等截面连续梁桥预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，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，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。神村 1 号高架桥采用三跨一联的预应力混凝土等截面连续梁桥（40m+40m+40m），如图 1。横截面布置采用 C50双悬臂矩形单箱单室的箱形截面，箱梁顶宽 12米，底板宽 7 米。箱梁顶板厚度采用 35 厘米，腹板厚度为 55 厘米，底板厚度为 40 厘米，如图2。主跨箱梁在支点、L/4 截面、跨中截面以及边跨箱梁在支点、跨中截面各设一道横隔板以抗畸变变形。根据资料，桥位处主要地层为砂岩、板岩、变质岩等。基岩埋置较浅且地基稳定无不良地质，因此全桥桥墩基础均采用人工挖空端承桩，桩顶设系梁。桩基为 D180cm挖空灌注桩；桥墩为两根 D140cm 圆形实体墩，桥台为轻型柱式桥台。纵断面（单位：mm）横断面（单位：mm)方案二：430m预应力简支 T 梁预应力砼充分发挥了高强材料的特性，具有可靠强度、刚度以及抗裂性能。结构在车辆运营中噪音小，维修工作量小。其施工方法已达到相当先进的水平，工期短效益明显。伸缩缝少，行车舒适，满足高速行车的要求。再用滑动支座时，连续长度可增大。温度、砼收缩徐变产生的附加内力较小。且全桥有较好的抗震性能。连续梁内力的分布较合理，其刚度搭，对活载产生的动力影响较小。混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的。连续梁超载时有可能发生内力重分布，提高梁部结构的承载力；采主梁用等截面，梁高 2.0m，可以一套模板重复使用；主梁预制场后张法预制、龙门架起吊运输、梁式架桥机架设、桥墩横桥向横移的施工方案；下部采用双柱式桩基、双柱式桥墩、带悬臂盖梁的结构形式，克服基础开挖的一系列弊端。纵断面（单位：mm）横断面图（单位：mm)方案三：620m 预应力混凝土简支空心板空心板结构是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可以采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构；可就地现浇也可预制，施工灵活，工艺也很成熟，施工工期较短，维护养护较容易，维护养护费较低 ，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，广泛采用。尤其是平原区高速公路上的小跨径桥梁，特别受到欢迎。虽然造价较 T 梁结构高。纵断面（单位：mm）横断面图（单位：mm)适用性箱形截面抗扭刚度大，可以保证其强度和稳定材料的特性，促使结构轻型化。梁的结构刚度各梁受力相对独立，避免超静定加快建桥进度，简易经济。但不适用于跨径较小的梁桥，对净空造价高。构。美观性构造简单，线形简洁工过程中主梁不存在性，有效的承担正、负弯矩，桥构造简单，线形简洁梁的复杂问题。行车较舒适。线形简洁熟，施工进度快。要求低，静定结施工难易程度满堂支架一次性现浇的施工工艺成熟，施体系转换。等跨径布置细部尺寸相同，可以重复利用，模板预制，施工较为方便预制吊装施工工艺成方案比选表经济性连续梁刚度大，变形小，伸缩缝少，能充分高强方案一（连续梁）跨越能力强。大，变形小。行车平稳舒适。等截面形式，能大量节约模板，方案二（简支 T 梁）能充分利用截面作用，基础设置量大。截面简洁，简易经济，但较 T 梁方案三（简支空心板）3.2 总结通过仔细比较预应力混凝土等截面连续梁桥，全桥线条简洁明快，与周围环境协调较好，施工方便，养护工程量小，工程量小，伸缩缝少，下部结构造价相对而言较低。简支梁桥存在孔垮较多，工程量较大，而且预制吊装需要有大型的架桥机设备。最终决定选用方案一，即等截面连续梁桥方案。3.3、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：（1）重点：1）成桥状态下的结构分析；2) 预应力钢筋的计算与布置；3) 连续梁桥恒载状态下内力、位移的计算；（2）难点：1) 每阶段预应力筋的张拉及施工过程中预应力损失；2) 混凝土的收缩徐变；3) 预应力设计。4)MIDAS,CAD 等软件的学习（3）拟采用途径：1) 用桥梁计算软件 Midas 或桥梁博士进行模拟计算；2) 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、预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；3) 利用Autocad2008绘图软件进行相关施工图纸的绘制，并用Microsoft office办工软件整理资料，汇总毕业设计成功；四、设计（研究）进度计划：3 月 9 日3 月 15 日（第三周）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。3 月 16 日3 月 22 日（第四周）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 23 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。3 月 23 日4 月 12 日（第五、六、七周）1)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。4 月 13 日4 月 26 日（第八、九周）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)。4 月 27 日5 月 10 日（第十、十一周）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),变形的验算(可变荷载频遇的长期最大竖向挠度、设置预拱度)稳定性验算。5 月 4 日5 月 31 日（第十二、十三、十四周）绘制施工图（方案比选图、各细部件构造图，配筋图）6 月 1 日6 月 7 日（第十五周）专业文献翻译。6 月 8 日6 月 14 日（第十六周）整理资料、汇总成果、准备答辩。6 月 15 日6 月 21 日（第十七周）答辩。五、参考文献：1邵旭东.桥梁工程M.北京:人民交通出版社,2005.2叶见曙.结构设计原理M.北京:人民交通出版社,2005.3JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.北京:人民交通出版社,2004.4JTG D62-2004.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,2004.5JTJ D63-2005.公路砖石及砼桥涵设计规范S.北京:人民交通出版社,2005.6JTJ 024-85.公路桥涵地基与基础设计规范S.北京:人民交通出版社,1985.7黄平明.混凝土斜梁桥M.北京:人民交通出版社,1999.8席振坤.横向铰接斜梁桥实用计算方法M.北京:人民交通出版社,1990.9贺拴海,谢仁物.公路桥梁荷载横向分布计算方法M.北京:人民交通出版社,1996.10贺拴海.桥梁结构理论与计算方法M.北京:人民交通出版社,2003.11邵旭东.桥梁设计百问M.北京:人民交通出版社,2001.12徐光辉,刘效尧.公路桥涵设计手册丛书-梁桥M.北京:人民交通出版社,1996.13江祖铭,王崇礼.公路桥涵设计手册丛书-墩台与基础M.北京:人民交通出版社,199414徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计M.北京:人民交通出版社,2000.15易建国.桥梁计算示例集-混凝土简支梁（板）桥M. 北京:人民交通出版社,1998.16徐光辉.桥梁计算示例集-预应力混凝土刚架桥M. 北京:人民交通出版社,1995.17程翔云.梁桥理论与计算M.北京:人民交通出版社,1996.18范立础.预应力混凝土连续梁桥M. 北京:人民交通出版社,1992.19ToorakZokaie.AASHTO-LRFDLIVELOADDISTRIBUTIONSPECIFICATIONS日日指导教师意见签名：月教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：月毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告题目题目：神村：神村 1 1 号高架桥施工图设计号高架桥施工图设计公路公路-I-I 级，双向级，双向两两车道车道课课 题题 类类 别：设计别：设计论文论文学学 生生 姓姓 名：名：杨杨 帆帆学学号：号：2002007 71803018030208208班班级：级：桥梁桥梁 07020702 班班专业（全称专业（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：韩艳韩艳20112011 年年 3 3 月月一、本课题设计（研究）的目的：一、本课题设计（研究）的目的：1 培养具有良好的自然科学素养， 掌握桥梁工程专业的基本理论、 方法与设计技巧。2 通过毕业设计培养自己综合运用所学知识，分析和解决实际工程问题，锻炼创造的能力。3 培养自己分析问题和解决问题的独立工作的能力。4 增强设计人员独立思考的能力以及创新思维的发展，结合国内外的桥梁状况设计独特的风格。5 巩固桥梁专业的理论基础，实现本科教学的专业综合，促进学生对本专业知识的理解。6 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。7 通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解公路预应力混凝土桥梁在桥式方案比选、结构计算及施工架设等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容。为学生在毕业后从事桥梁技术工作打好基础。8 神村 1 号高架桥方案比选与施工图设计，必须遵照“安全、适用、经济、美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。9 设计正确的设计思想以及严谨负责、事实求是、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（文献综述二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述） ：2 2. .1 1 工程现状：工程现状：中小跨径时，一般都采用简支梁。近年来，随着车速的提高和行车舒适的要求，简支梁逐步发展为由每孔设伸缩缝到采用桥面连续。我国最大的简支梁，是 1997年建成的昆明南过境干道高架桥，跨径 63m，这是一座桥上的桥，纵向跨越原 3 孔 16m梁桥及桥台，形成 63m 跨径。已超过跨径 62m 的浙江飞云江大桥而列中国首位。截面为单室箱，梁高 2.5m，为跨径的 1/25.2，顶底板厚 25cm，腹板 3045cm，比较轻型，纵向束平弯，多数锚固在肋腋范围。在梁的两端设弯起束。河南省的洛阳、郑州、开封黄河大桥上均采用 50m 简支梁，其中开封黄河大桥设计成部分预应力混凝土梁。在河南省伊洛河桥上曾采用跨径 50m 的鱼腹式梁，支点处梁高较跨中梁高小。国外简支梁的最大跨径为 76m 的奥 Alm 桥。该桥采用双预应力，即除设预应力筋外，在截面的另一端设预压力筋，为防止钢筋在受预压力时的压屈，把预压筋的预留孔道作成椭圆形，相邻椭圆形相位差 90。由于双预应力，截面高度小，仅为 2.5m，为梁跨径的 1/30。双预应力梁端部的局部应力较大，后来日本曾将预压力筋设在离端部一定距离的上翼缘预留槽中，而不设于端部，使局部应力问题趋于缓和。但至今仍用得不多。我国河北滦平县修建了大屯试验桥，340m，由 5 片顶宽 2.1m 箱梁组成，箱高 1.35m。高跨比接近 1/30。目前我国的简支梁，跨径在 16m 及以上者，都采用预应力结构，有的在 13m 空心板中，也施加了预应力。鉴于桥面连续较易出现裂缝，趋向于采用结构连续，即采用中等跨径的连续梁、连续刚构，也可先简支、后连续，以提高结构的耐久性，延长使用寿命。连续梁适用范围很广，从中小跨径到特大跨径，中小跨径时往往采用搭架浇筑，或先简支、后连续。对大跨径梁桥，随着交通运输的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的 T 构已不能满足要求，于是连续梁得到了迅速的发展。用顶推法施工时，一般限于等截面连续梁。悬臂施工时，往往采用变截面，梁墩临时固结，合拢后将梁墩连续改为支座，转换体系而成连续梁。大跨径连续梁一般采用箱形截面，可以多跨连续，英国 Orwell 桥，全长 1288m，均连续。连续梁行车平顺，但需临时固结梁墩和转换结构体系，同时需大吨位的盆式橡胶支座，养护工作量大。国外最大的连续梁，为跨径 260m 的挪威 Varodd-2桥，我国则为跨径 165m 的南京长江二桥北汊大桥和宿淮高速京杭运河大桥。变截面连续梁的高跨比，跨中一般为1/301/50，支点处为 1/151/20，边跨与中跨的比值一般为 0.60.8。我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥，如下表所示。表表 1 1我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥施工根部跨中根部跨中方法1200190+3165+90215.42两单室箱8.831/18.81/55悬浇293+165+93213.5两单室箱8.831/18.81/55悬浇3199650+100+2160+100+50211.9两单室箱931/17.81/53.3悬浇4198985+154+8513.5单室箱8.532.831/18.11/54.4悬浇三八洲桥2002100+6150+100212.5两单室箱831/18.81/50悬浇跨荆江大堤桥200293+150+93212.5两单室箱831/18.81/50悬浇698+2150+9828两单室箱93.81/16.71/39.5悬浇780+150+80211两单室箱931/16.71/50悬浇8200190+150+909100+3150+100212.5两单室箱7.753.051/19.41/49.210199789+142+8912.5单室箱1187+4136+8722单室箱831/17.01/45.3悬浇12199975+2135+7522.5连续梁13200245+90+130+90+45213.5两单室箱72.51/18.61/52悬浇14199582+128+8225两单室箱72.61/18.31/49.2悬浇1582+2128+8225.8两单室箱72.81/18.31/45.7悬浇16199585+3125+8518.6单室箱72.81/17.91/44.6悬浇17199675+125+75213.85两单室箱72.751/17.91/45.5悬浇18199085+2125+8515.5单室箱7.73.21/16.21/39.1悬浇双排支座19198962+92+124+92+6219.5单室箱731/17.71/41.3悬浇20200172+ 3122+7221198684+3120+8419单室箱6.231/19.41/40悬浇2268+3120+68序号桥 名建成年跨 径（m）备 注南京长江第二大桥北汊大桥宿淮高速京杭运河大桥广湛高速九江大桥桥宽（m）截面梁高（m）高跨比云南六库大桥5荆州长江大桥湖南东阳渡湘江大桥安徽涂山淮河大桥广东德胜大桥舟山响礁门大桥益阳白沙大桥仙人渡汉江大桥汉川汉江公路大桥肇庆西江大桥淄博樵岭大桥惠州大桥临江大桥常德沅水大桥杭州钱塘江五桥梁底为R=501.526m圆曲线我国混凝土梁桥（L120m）表1上海奉浦大桥广东潭州大桥湖北乐天溪大桥（宜昌）广东德庆西江大桥2 2. .2 2 结构特点：结构特点：预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适，造型简洁美观等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在 150m 以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，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，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，如：板式截面、肋式截面、箱形截面，一般应根据桥梁的跨径、宽度、对梁高的要求、支承形式、桥梁的总体布置和施工方法等方面确定。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的重量、节约材料、简化施工和改善截面受力性能具有十分重要的意义。2 2. .3 3 设计规范：设计规范：根据JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范 、 JTG D60-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计通用规范 、 公路桥涵设计手册丛书等相关书籍规范，对预应力混凝土连续梁桥的截面形式以及桥跨的整体布置拟定合理的尺寸，符合箱型截面的预应力布置形式以及桥面标高、桥梁下部结构的基本特征，拟定基本方案。当连续梁的主跨跨径达到 70m 及其以上采用变截面形式的大跨径预应力混凝土梁桥，立面一般采用不等跨布置，当采用箱形截面的三跨连续梁时，边孔跨径可减少至中孔的0.50.7 倍。连续箱梁的梁高宜采用变高度，其底曲线可采用二次抛物线、折线、和介于折线和二次抛物线之间的 1.51.8 次抛物线变化形式。 支点截面的梁高 H 支约为（1/161/18）l(l 为中间跨跨长)，一般不小于 l/20，跨中梁高 H 中约为（1/1.51/2.5）H 支。箱形截面的顶板布置数量众多的预应力钢束，要求顶板面积必须满足布置钢束的需要，厚度一般为 180 mm250mm；底板厚度随梁的负弯矩增大而逐渐加厚，底板最薄厚度一般为 150mm；勒板承受截面剪应力及主拉应力，并承受局部荷载产生的横向弯矩，其厚度还必须满足布置预应力钢筋及浇筑混凝土的要求，以及锚固锚头的需要，一般厚度为 200350mm，大跨径桥梁可采用变厚度。依据工程规范确定桥梁的分孔、桥型结构、基础墩台、桥梁横断面、上下部结构，绘制桥位整体布局图。而等截面连续梁桥的高跨比一般为 1/151/25。桥梁一般采用中等跨径，以 4060m 为宜（国外也有达到 80m 跨径者） ，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。2 2.4.4 桥梁结构分析专用软件和桥梁结构分析专用软件和 CADCAD 技术技术(1) 自七十年代后期以来,我国桥梁结构分析专用软件和 CAD 技术得到大力开发和应用。其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序, 实现设计、计算、绘图一体化, 大大提高了计算精度和速度,特别是用于大量重复计算、局部应力分析、设计方案优化。大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推广应用, 适应了我国桥梁建设高速发展的需要。(2) 计算机技术已被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制。使得成桥后的线型平顺,符合桥梁的纵向设计标高;桥梁结构的受力状态能与设计计算一致2 2.5.5 施工方法：施工方法：预应力混凝土连续梁桥的施工方法，有：支架施工法、悬臂施工法、逐孔施工法、顶推施工法。在支架上就地浇注施工是古老的施工方法，以往多用于桥墩较低的中、小跨连续梁桥；它的主要特点是桥梁整体性好，施工简便可靠，对机具和起重能力要求不高，结构在施工中不出现体系转换的问题，不引起恒载徐变二次矩，但这种施工方法需要大量施工脚手架，施工期长。悬臂施工法是从桥墩开始对称地、不断悬出接长的施工方法。悬臂施工法一般分为悬臂浇筑法和悬臂拼装法，悬臂浇筑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。悬臂拼装法则是将预制节段块件，从桥墩两侧依次对称安装节段，张拉预应力筋，使悬臂不断接长，直至合拢。预应力混凝土连续梁桥采用悬臂施工的方法需在施工中进行体系转换，即在悬臂施工时，结构的受力状态呈 T 形刚构，悬臂梁，待施工合拢后形成连续梁；由于在悬臂施工时，墩梁铰接而不能承受弯矩，因此，施工时要采取措施临时将墩、梁固结，待悬臂施工至少一端合拢后恢复原结构状态，这是连续梁采用悬臂施工的一个特点。悬臂施工法不需大量施工支架和临时设备，不影响桥下通航、通车，施工不受季节、河道水位的影响，并能在大跨径桥上采用，因此得到了广泛的使用。逐孔施工法又分为逐孔装配、逐孔现场浇筑和逐孔架设；在施工过程中，由简支梁或悬臂梁转换为连续梁，一般来说，逐孔架设施工快速，简便。顶推施工法的原理是沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地，分节段预制混凝土梁身，并用纵向预应力筋连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压板特制的滑动装置，将梁逐段向对岸顶进，就位后落架，更换正式支座完成桥梁施工。逐孔施工和顶推施工同样都要考虑结构体系转换的问题。2 2.6.6 发展趋势发展趋势预应力混凝土连续箱形梁桥具有良好的结构性能，因而在现代各种桥梁中得到广泛应用，其主要优点表现在：（一）截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性；（二）顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋的要求，适应具有正负弯矩的结构；（三）适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等，这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板；（四）承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，达到经济效果，同时截面效率高，并适合预应力混凝土结构空间布束，更加收到经济效果；（五）对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布；（六）适合于修建曲线桥，具有较大适应性；（七）能很好适应布置管线等公共设施。同时，箱形连续梁桥也存在一些不足之处，如箱形截面属薄壁结构，除受力钢筋外，还需配置大量构造钢筋，对于中等跨径的桥梁，有时会导致用钢量比工字梁或 T形截面增多。近代由于预应力混凝土的发展，同时由于现代施工技术的进步，箱形截面更加广泛应用于各种现代桥梁，而且一般采用无支架施工。首先是梁式桥梁应用最为普遍，据统计，在已建成的预应力混凝土梁桥中，当跨径超过 60m 及其以上，其截面大多数为箱形截面，而变截面箱形主跨跨径进一步加大，达到 70m 极其以上，因此在现在桥梁桥型中发展迅速被广泛采用。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段） ：3 3. .1 1 设计重点：设计重点：3 3. .1 1. .1 1 尺寸的拟定尺寸的拟定根据桥梁设计通用规范箱形截面采用单箱单室的顶板一般不小于 20m，确定箱形截面顶板厚度一般需要考虑两个因素，即满足桥面板横向弯矩的要求（恒载、活载、日照温差等） ；满足布置纵、横向预应力钢筋束的要求。悬臂长度一般不大于 5m，当长度超过 3m 后，宜布置横向预应力束筋，单箱单室截面 b：a 之比为 1： （2.53.0）时横向受力状态较好。悬臂端部厚度不小于 10cm，如设置防撞墙或需锚固横向预应力束筋，则端部厚度不小于 20cm。底板厚度与主跨之比宜为 1/1401/170，跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为 0.220.28。变高度箱梁宜采用直腹板，按一般设计经验，腹板内有预应力束筋管道布置是可采用 2530cm。其他构件的尺寸可按JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范设计适宜的尺寸。3 3. .1 1. .2 2 方案的比选方案的比选方案一：方案一：4040m+m+4040m+m+4040m m 预应力混凝土等截面连续梁桥预应力混凝土等截面连续梁桥预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，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，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。神村 1 号高架桥采用三跨一联的预应力混凝土等截面连续梁桥（40m+40m+40m） ，如图 1。横截面布置采用 C50 双悬臂矩形单箱单室的箱形截面，箱梁顶宽 12 米，底板宽 7 米。箱梁顶板厚度采用 35 厘米，腹板厚度为 55 厘米，底板厚度为 40 厘米，如图2。主跨箱梁在支点、L/4 截面、跨中截面以及边跨箱梁在支点、跨中截面各设一道横隔板以抗畸变变形。根据资料，桥位处主要地层为砂岩、板岩、变质岩等。基岩埋置较浅且地基稳定无不良地质，因此全桥桥墩基础均采用人工挖空端承桩，桩顶设系梁。桩基为 D180cm挖空灌注桩；桥墩为两根 D140cm 圆形实体墩，桥台为轻型柱式桥台。纵断面（单位：mm）横断面（单位：mm)方案二：方案二：4 43030m m 预应力简支预应力简支 T T 梁梁预应力砼充分发挥了高强材料的特性，具有可靠强度、刚度以及抗裂性能。结构在车辆运营中噪音小，维修工作量小。其施工方法已达到相当先进的水平，工期短效益明显。伸缩缝少，行车舒适，满足高速行车的要求。再用滑动支座时，连续长度可增大。温度、砼收缩徐变产生的附加内力较小。且全桥有较好的抗震性能。连续梁内力的分布较合理，其刚度搭，对活载产生的动力影响较小。混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的。连续梁超载时有可能发生内力重分布，提高梁部结构的承载力；采主梁用等截面，梁高 2.0m，可以一套模板重复使用；主梁预制场后张法预制、龙门架起吊运输、梁式架桥机架设、桥墩横桥向横移的施工方案；下部采用双柱式桩基、双柱式桥墩、带悬臂盖梁的结构形式，克服基础开挖的一系列弊端。纵断面（单位：mm）横断面图（单位：mm)方案三：方案三：6 620m20m 预应力混凝土简支空心板预应力混凝土简支空心板空心板结构是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可以采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构；可就地现浇也可预制，施工灵活，工艺也很成熟，施工工期较短，维护养护较容易，维护养护费较低 ，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，广泛采用。尤其是平原区高速公路上的小跨径桥梁，特别受到欢迎。虽然造价较 T 梁结构高。纵断面（单位：mm）横断面图（单位：mm)方案比选表经济性适用性美观性施工难易程度方案一（连续梁）连续梁刚度大，变形小，伸缩缝少，能充分高强材料的特性，促使结构轻型化。跨越能力强。箱形截面抗扭刚度大，可以保证其强度和稳定性，有效的承担正、负弯矩，桥梁的结构刚度大，变形小。行车平稳舒适。构造简单，线形简洁满堂支架一次性现浇的施工工艺成熟，施工过程中主梁不存在体系转换。方案二（简支 T 梁）等截面形式，能大量节约模板，加快建桥进度，简易经济。但不能充分利用截面作用，基础设置量大。各梁受力相对独立，避免超静定梁的复杂问题。行车较舒适。构造简单，线形简洁等跨径布置细部尺寸相同， 可以重复利用，模板预制，施工较为方便方案三（简支空心板）截面简洁，简易经济，但较 T 梁造价高。适用于跨径较小的梁桥，对净空要求低，静定结构。线形简洁预制吊装施工工艺成熟，施工进度快。3.23.2 总结总结通过仔细比较预应力混凝土等截面连续梁桥，全桥线条简洁明快，与周围环境协调较好，施工方便，养护工程量小，工程量小，伸缩缝少，下部结构造价相对而言较低。简支梁桥存在孔垮较多，工程量较大，而且预制吊装需要有大型的架桥机设备。最终决定选用方案一，即等截面连续梁桥方案。3.33.3、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段） ：（1）重点：1）成桥状态下的结构分析；2) 预应
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