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毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 石板冲桥施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 谭谭强强 学学号 号 201018020125201018020125 班班级 级 桥梁桥梁 1000110001 班班 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁工程 土木工程 桥梁工程 指指 导导 教教 师 师 彭彭晖晖 20142014 年年 3 3 月月 一 本课题设计 研究 的目的 通过毕业设计 可以全面掌握四年所学的基础理论和专业知识 熟练应用计 算软件如桥梁博士 Midas 等进行桥梁结构的内力计算 配筋计算等 熟悉桥梁 工程设计的整个过程 能够熟练应用计算机进行施工图绘制 处理文档 编写设 计文件等 能够熟练使用规范手册的能力 培养调查研究 查阅技术文献和资料 及编写技术文档的能力 培养独立思考 分析问题 解决问题和创新能力 提高 独立工作的技能 培生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力 毕业设 计阶段综合运用基础知识和专业技术 使在各方面均能得到较大提高 为今后工 作打下良好基础 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 2 1 梁式桥设计的现状 梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁 主梁可以是实腹梁或 者是桁架梁 空腹梁 实腹梁外形简单 制作 安装 维修都较方便 因此广 泛用于中 小跨径桥梁 但实腹梁在材料利用上不够经济 桁架梁中组成桁架的 各杆件基本只承受轴向力 可以较好地利用杆件材料强度 但桁架梁的构造复杂 制造费工 多用于较大跨径桥梁 桁架梁一般用钢材制作 也可用预应力混凝土 或钢筋混凝土制作 但用的较少 过去也曾用木材制作桁架梁 因耐久性差 现 很少使用 实腹梁主要用钢筋混凝土 预应力混凝土制作 也可以用钢材做成钢 钣梁或钢箱梁 实腹梁桥的最早形式是用原木做成的木梁桥和用石材做成的石板 桥 由于天然材料本身的尺寸 性能 资源等原因 木桥现在已基本上不采用 石板桥也只用作小跨人行桥 梁式桥种类很多 也是公路桥梁中最常用的桥型 其跨越能力可从 20m 直到 300m 之间 公路桥梁常用的梁式桥形式有 按结构体系分为 简支梁 T 型刚构 悬臂梁 连续梁 连续刚构等 按截面型式分为 T 型梁 箱型梁 或槽型梁 衍架梁等 梁式桥跨径大小是技术水平的重要指标 一定程度上反映一个国家的工业 交通 桥梁设计和施工各方面的成就 我们可以看到 梁式桥的发展正是我国道 路桥梁蓬勃发展的一个缩影 通过对梁式桥发展的剖析 不难发现 改革开放 党的富民政策 改变了人们的认识 要致富 先修路 已成共识 加快交通基 础设施建设已变成了人们的自觉行动 国家投资重点倾斜以及集资渠道的多元 化 为我国公路桥梁发展提供了资金保证 展望公路桥梁发展趋势 我们道路桥 梁工作者应珍惜时机 创造性劳动 为改变我国公路建设落后状况而继续努力 2 2 梁式桥的种类 按结构体系 1 简支体系梁桥 实心板桥 空心板桥 T 梁桥 工字型梁桥 箱型梁桥等 特点 受力简单 标准设计 预制吊装 20 50m 中小桥 引桥 组合式梁桥有两种型式 形组合梁桥 适用于钢筋混凝土简支梁桥 箱形组合梁桥 适用于预应力混凝土梁桥 优点 显著减轻预制构件的重量 便于集中制造和运输吊装 2 简支变连续体系梁桥 T 梁桥 工字型梁桥 箱型梁桥等 特点 先简支 预制吊装 后连续 连续体系受力 预应力 20 50m 中小桥 引桥 3 连续梁桥 箱型截面 连续体系受力 支座 20 30m 普通钢筋混凝土 中小桥 引桥 高架桥 立交桥 支架现浇较多 40 60m 预应力混凝土 大中桥 次主桥 等截面 顶推施工 60m 大桥 特大桥 变截面 悬臂施工 现浇或拼装 4 刚构桥 门式刚架桥 T 型刚构桥 带挂孔的或不带挂孔的 连续刚构桥 刚构 连续组合体系桥 斜腿刚构桥 刚构桥特点 箱型截面 连续体系受力 墩梁刚接 不需支座 60m 大桥 特大桥 变截面 悬臂施工 现浇或拼装 不需体系转换 2 3 桥梁上部结构施工方法 1 总体上分为现场浇筑法和预制安装法 1 就地浇筑法就地浇筑法是在桥位处搭设支架 在支架上浇筑桥体混凝 土 达到强度后拆除模板 支架 就地浇筑法无需预制场地 而且不需要大型起吊 运输设备 梁体的主筋可 不中断 桥梁整体性好 它的主要缺点是工期长 施工质量不容易控制 对预应 力混凝土梁由于混凝土的收缩 徐变引起的应力损失比较大 施工中的支架 模 板耗用量大 施工费用高 搭设支架 影响 排洪 通航 施工期间可能受到洪水 和漂流物的威胁 2 预制安装法在预制工厂或在运输方便的桥址附近设置预制场进行梁的 预制工作 然后采用一定的架设方法进行安装 预制安装法施工一般是指钢筋混 凝土或预应力混凝土简支梁的预制安装 分预制 运输和安装三部分 预制安装施工法的主要特点是 1 由于是工场生产制作 构件质量好 有利于确保构件的质量和尺寸精度 并尽可能多的采用机械化施工 2 上下部结构可以平行作业 因而可缩短现场工期 3 能有效的利用劳动力 并由此而降低了工程造价 4 由于施工速度快 可适用于紧急施工工程 5 将构件预制后由于要存放一段时间 因此在安装时已有一定龄期 可减 少混凝土收缩 徐变引起的变形 具体又分 1 固定支架就地浇筑法就地浇筑法是在桥位处搭设支架 在支架上浇筑桥 体混凝土 达到强度后拆除模板 支架 就地浇筑法施工无需预制场地 而且不需要大型起吊 运输设备 梁体的主 筋可不中断 桥梁的整体性好 它的缺点主要是工期长 施工质量不容易控制 对预应力混凝土梁由于混凝土的收缩 徐变引起的应力损失比较大 施工中的支 架模板耗用量大 施工费用高 搭设支架影响排洪 通航 施工期间可能受到洪 水和漂流物的威胁 2 悬臂施工法悬臂施工法是从桥墩开始 两侧对称进行现浇梁段或将预 制节段对称进行拼装 前者称悬臂浇筑施工 后者称悬臂拼装施工 有时也将两 种方法结合使用 悬臂施工的主要特点是 1 桥梁在施工过程中产生负弯矩 桥墩也要求承受由施工产生的弯矩 因 此悬臂施工宜在营运状态的结构受力与施工状态的受力状态比较接近的桥梁中 选用 如预应力混凝土 T 型刚构桥 变截面连续梁桥和斜拉桥等 2 非墩桥固接的预应力混凝土梁桥 采用悬臂施工时应采取措施 使墩 梁临时固结 因而在施工过程中有结构体系的转换存在 3 采用悬臂施工的机具设备种类很多 就挂篮而言 也有桁架式 斜拉式 等多种类型 可根据实际情况选用 4 悬臂浇筑施工简便 结构整体性好 施工中可不断调整位置 常在跨径 大于 100 的桥梁上选用 悬臂拼装法施工速度快 桥梁上 下部结构可平行作业 但施工精度要求比较高 可在跨径 100m 以下的大桥中选用 5 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 3 转体施工法转体施工是将桥梁构件先在桥位处岸边 或路边及适当位置 进行预制 待混凝土达到设计强度后旋转构件就位的施工方法 转体施工其静力 组合不变 它的支座位置就是施工时的旋转支承和旋转轴 桥梁完工后 按设计 要求改变支撑情况 转体施工可分为平转 竖转和平竖几何的结合的转体施工 转体施工的主要特点是 1 可以利用地形 方便预制构件 2 施工期间不断航 不影响桥下交通 并可在跨越通车线路上进行桥梁施 工 3 施工设备少 装置简单 容易制作并便于掌握 4 节省木材 节省施工用料 采用转体施工与缆索无支架施工比较 可节 省木材 80 节省施工用钢 60 5 减少高空作业 施工工序简单 施工迅速 当主要构件先期合拢后 给 以后施工带来方便 6 转体施工适合于单跨和三跨桥梁 可在深水 峡谷中建桥采用 同时也 适应在平原区以及用于城市跨线桥 7 大跨径桥梁采用转体施工将会取得较好的技术 经济 效益 转体重量轻 型化 多种工艺综合利用 是大跨径及特大跨径桥梁施工有利的竞争方案 4 顶推施工法顶推施工是在沿桥纵轴方向的台后设置预制场地 分节段预 制 并用纵向预应力筋将预制节段与施工完成的梁体连成整体 然后通过水平千 斤顶施力 将梁体向前顶推出预制场地 之后继续在预制场地进行下一节段梁的 预制 循环操作直至施工完成 顶推施工法的特点 1 顶推法可以使用简单的设备建造长大桥梁 施工费用低 施工平稳无噪 声 可在水深 山谷和高桥墩上采用 也可在曲率相同的弯桥和坡桥上采用 2 主梁分段预制 连续作业 结构整体性好 由于不需要大型起重设备 所以施工节段的长度一般可取用 10m 20m 3 桥梁节段固定在一个场地预制 便于施工管理改善施工条件 避免高空 作业 同时 模板 设备可多次周转使用 在正常情况下 节段的预制周期 7d 10d 4 顶推施工时 梁的受力状态变化很大 施工阶段的梁的受力状态与运营 时期的受力状态差别较大 因此在梁截面设计和布索时要同时满足施工与运营的 要求 由此而造成的用钢量较高 在施工时也可采取加设临时墩 设置前导梁和 其他措施 用以减少 施工内力 5 顶推法宜在等截面梁上使用 当桥梁跨径较大时 选用等截面梁会造成 材料用量的不 经济 也增加施工难度 因此以中等跨径的桥梁为宜 桥梁的总 长也以 500m 600m 为宜 5 逐孔施工法逐孔施工是中等跨径预应力混凝土连续梁中的一种施工 方 法 它使用一套设备从桥梁的一端逐孔施工 直到对岸 有用临时支承组拼预 制节段的逐孔施工法 移动支架逐孔现浇施工法 以及整孔吊装或分段节段施工 法等 采用逐孔施工的主要特点 1 不需要设置地面支架 不 影响 通航和桥下 交通 施工安全 可靠 2 有良好的施工环境 保证施工质量 一套模架可多次周转使用 具有在 预制场生产的优点 3 机械化 自动化程度高 节省劳力 降低劳动强度 上下部结构可以平 行作业 缩短工期 4 通常每一施工梁段的的长度取用一孔梁长 接头位置一般可选在桥梁受 力较小的部位 5 移动模架设备投资大 施工准备和操作都较复杂 6 宜在桥梁跨径小于 50m 的多跨长桥上使用 6 横移施工法横移施工是在拟待安置结构的位置旁预制该结构 并横向 移运该结构物 将它安置在规定的位置上 横移施工的主要特点是在整个操作期间与该结构有关的支座位置保持不 变 即没有改变梁的结构体系 在横向移动期间 临时支座需要支承该结构的施 工重量 7 提升与浮运施工法提升施工是在未来安置结构物以下的地面上预制该 结构并把它提升就位 浮运施工将桥梁在岸上预制 通过大型浮运至桥位 利用 船的上下起落安装就位的方法 使用该方法的要求是 1 在该结构下面需要有一个适宜的地面 2 被提升结构下的地面要有一定的承载力 3 拥有一台支撑在一定基础上的提升设备 4 该结构应该是平衡的 至少在提升操作期间是平衡的 5 采用浮运法要有一系列的大型浮运设备 2 4 公路桥梁下部结构 公路桥梁下部结构可分为 重力式桥墩 重力式桥台 轻型桥墩 轻型桥台 适用条件 1 重力式墩 台 这类墩 台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其 稳定 因此 墩 台身比较厚实 可以不用钢筋 而用天然石材或片石混凝土砌筑 它适用于地基良好的大 中型桥梁 或流冰 漂浮物较多的河流中 在砂石料方 便的地区 小桥也往 往采用 主要缺点是均工体积较大 因而其自重和阻水面积 也较大 梁桥和拱桥上常用的重力式桥台为 U 型桥台 它适用于填土高度在 8 10m 以下或跨 度稍大的桥梁 缺点是桥台体积和自重较大 也增加了对地 基的要求 此外 桥台的两个 侧墙之间填土容易积水 结冰后冻胀 使侧墙产生裂 缝 所以宜用渗水性较好的土夯填 并做好台后排水措施 2 轻型墩台 1 梁桥轻型墩 台 钢筋混凝土薄壁桥墩 施工简便 外形美观 过水性良好 适用于低级土软弱 的 地区 需耗费用于立模的木料和一定数量的钢筋 柱式桥墩 外形美观 均工体积少 而且重量较轻 钻孔桩柱式桥墩适合于多种场合和各种地质条件 通过增大桩径 桩长或用 多排 桩加建承台等措施 也能适用于更复杂的软弱地质条件以及较大的跨径和 较高的 桥墩 柔性排架桩墩 优点是用料省 修建简便 施工速度快 主要缺点是用钢量 大 使用高度和承载能力受到一定限制 因此它只适合于在低浅宽滩河流 通航 要求 低和流速不大的水网地区河流上修建小跨径桥梁时采用 设有支撑梁的轻型桥台 适用于单跨桥梁 桥孔跨径 6 10m 台高不超过 6m 埋置式桥台 桥台所受的士压力小 桥台的体积相应的减少 但是由于台前护 坡 是用片石做表面防护的一种永久性设施 存在有被洪水冲毁而使台身裸露的 可 能 故设计时必须慎重得进行强度和稳定的验算 分为后倾式 肋形埋置式 双柱式 框架式等类型 其中桩柱式桥台对于各种土壤地基都适宜 其适用范围 是 桥孔跨径 8 20m 填土高度 3 5m 当填土高度大于 5m 时宜采用框架 式埋 置式桥台 钢筋混凝土薄壁桥台 适用于软弱地基的条件 但其构造和施工比较复杂 并 且 钢筋用量也较多 加筋土桥台 在台后路基填土不被冲刷的中 小跨径桥梁 台高 3 5m 时 可 采 用加筋土桥台 2 拱桥轻型墩 台 带三角杆件的单向推力墩 只在桥不太高的旱地上采用 悬臂式单向推力墩 适用于两铰双曲拱桥 拱桥轻型桥台 这种桥台适用于 13m 以内的小跨径拱桥和桥台水平位移量很 小的情 况 其工作原理是 当桥台受到拱的推力后 便发生绕基低形心轴而向路 堤方向的转动 此时台后的土便产生抗力来平衡拱的推力 从而使桥台的尺寸较 小 八字形桥台适合于桥下需要通车或过水的情况 U 字形桥台适合于较小跨径的桥梁 背撑式桥台适用于较大跨径的高桥和宽桥 靠背式框架桥台适合于在非岩石地基上修建拱桥桥台 3 拱桥的其他形式桥台 组合式桥台 适用于各种地质条件 空腹式桥台 一般是在软土地基 河床无冲刷或冲刷轻微 水位变化小的河 道上 采用 齿槛式桥台 适用于软土地基和路堤较低的中小跨径拱桥 2 5 桥梁的发展趋势 随着我国经济发展 材料 机械 设备工业相应发展 这为我国修建大跨径 斜拉桥和悬索桥提供了有力保障 再加上广大桥梁建设者的精心设计和施工 使 我国建桥水平已跃身于世界先进行列 以下是桥梁发展得趋势 1 跨径不断增大 2 桥型不断丰富 3 结构不断轻型化 4 预应力应用更加丰富和灵活 箱梁内力计算更切合实际 5 施工方法丰富先进 三 方案比选 1 技术标准 汽车荷载 公路 I 级 桥跨长 429m全桥宽 12m 设计行车速度 60km h 桥面设置基本要求 单向 3 车道每幅桥面净宽为 0 5m 防撞栏 11m 快车道 0 5 防撞栏 12m 两幅桥相隔 2m 2 地质条件 该地处于河流地带 地质情况从上往下为 素填土 块石 弱风化凝灰岩 微 风化凝灰岩 3 桥型方案 方案一62m 100m 100m 100m 62m 变截面预应力混凝土连续梁桥 施工方法 悬臂施工 基础形式 钻孔灌注桩 桥墩 双柱式桥墩 桥台 实体埋置式桥台 上部结构截面类型 单箱单室箱型截面 支点梁高为 5m 跨中梁高 2 5m 桥面为单向三车道 3 3 5m 防撞护栏 0 5m 2 11m 单幅桥宽 12m 立面图 横截面 方案二21 20m 简支梁桥 上部结构采用预应力混凝土空心板 跨径是标准跨径20m 下部结构采 用肋板式台配桩基础 桥墩采用 双柱式桥墩 墩台采用钻孔灌注桩 桥面宽度 为12m 两侧桥台设置SSFB 80伸缩缝 桥墩采用GYZ圆板式橡胶支座 两侧桥台 采用GYZ带四氟滑板的圆板式橡胶支座 护栏 搭板 支座 伸缩缝及桥面排水 见 桥梁公用构造 立面图 截面图 方案三 34 96m 3 35m 4 35m 3 35m 34 96m 简直变连续梁桥 上部结构采用 12 35m 预应力混凝土组合箱梁 先简直后连续 0 桥台 为桩接盖梁式桥台 12 桥台为肋板式桥台 桥墩均采用桩柱式桥墩 墩台均为 钻孔灌注桩 全桥在 0 12 桥台出设置 80 型伸缩缝 在 4 8 桥墩出设置 160 型伸缩缝 伸缩缝处设置四氟滑板支座 GYZF4 275 72 mm 其余桥墩设置板式 橡胶支座 GYZ 400 88mm 立面图 横截面图 4 比较 连续梁桥特点 均载弯矩最大值比简支梁可减少 50 均载弯矩图面积比简 支梁可减少 2 3 加大连续梁的根部梁高可以减少跨中正弯矩 是连续梁的突出 特征 连续梁支座的不均匀沉降会引起附加应力 故连续梁桥对地基条件要求较 高 连续梁桥在一联中无伸缩缝 行车条件较好 上缘存在负弯矩区 当产生裂 缝后易受水侵蚀 钢筋混凝土梁桥 由于支架下沉和混凝土收缩而出现裂缝的危 险性增长 因而使混凝土的浇筑复杂化 所以跨径大于 35m 40m 时很少采用连续 梁 因为桥梁全长有 430m 如果采用小跨径下部结构 包括桥墩和基础 的预 算会很高 而且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 在恒载和活载作用下 主梁支点截面的负弯矩将比跨种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 所以采用方案一 减少的桥墩的数量量 变截面连续梁线条优美 四 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 1 重点为 主梁恒载 活载内力计算 预应力钢筋的配置 2 难点为 设计内力包络图 对各截面进行配筋计算 布置预应力筋 进行钢筋面积的估算 预应力损失的估算 据此进行施工阶段和使用阶段的应力验算 3 拟采用的途径 用桥梁计算软件模拟整个施工过程及成桥状态 在施工 的每一个阶段 充分考虑混凝土的收缩徐变 预应力的损失 设计施工时谨慎 严格的控制各片梁的初张拉龄期 五 设计 研究 进度计划 1 4结合毕业实习熟悉 准备资料 方案比较 拟定推荐方案的结构尺寸 交方案比 选 开题 报告和图纸 3 8推荐方案上部结构设计计算 电算 8 9配筋计算 9 10强度 刚度 稳定性验算 进行中期检查 10 13绘制施工图 14专题小结 部分同学完成 15专业文献翻译 16整理资料 汇总成果 准备答辩 17答辩 17提交成果 六 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 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 3 JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 4 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 5 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2007 6 范立础 桥梁工程 上 下册 土木工程专业用 M 北京 人民交通 出版社 1993 7 姚林森 桥梁工程 M 北京 人民交通出版