谭中华开题报告.pdf

毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 铺子港桥设计铺子港桥设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 谭中华谭中华 学学号 号 201018020131201018020131 班班级 级 桥梁桥梁 10011001 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 刘小燕刘小燕邓扬邓扬 20142014 年年 3 3 月月 一 本课题设计 研究 的目的 1 使我们在学完培养计划所规定的基础课 技术基础课及各类必修和选修专业课 程之后 通过毕业设计这一环节 较为集中和专一地培养学生综合运用所学的基础理 论 基本知识和基本技能进行桥梁结构的设计 并训练分析和解决实际问题的能力 和以往的理论教学不同 毕业设计是在教师的指导下 独立地 系统的完成一个工程 设计 以期能掌握桥梁工程设计的全过程 2 通过毕业设计提高计算 绘图 查阅文献 使用规范手册的基本技能 树立严 谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的作风 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 4 培养自主的学习新的能力 运用到工程实际中 当遇到困难时候要学会如何掌 握困难的关键之处 学会如何去解决问题的能力以及跟指导老师更好的交流所遇到的 困难 5 掌握大中桥梁的设计 熟悉设计内容 步骤和方法 6 学会如何撰写论文报告 用文字表达设计的思想理念 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 2 1 项目概况 拟建的铺子港桥位于湖南省株洲市境内 主线采用六车道高速公路标准建设 全桥长 265 公里 设计速度为 100 公里 小时 该桥设计为两幅 桥面总宽 25m 一幅 桥面宽度为 12m 地质条件良好 桥梁原始依据及基本设计要求 1 桥位平面图 桥址断面图等原始资料 2 道路等级 城市主干道 3 荷载标准 公路 I 级 4 地震烈度 VII 度 5 双向横坡 1 5 2 2 方案设计 为满足交通功能需要及通航要求 分孔要合理 桥梁要满足东西路的标高要求 桥 梁结构不仅要造型简洁 轻巧 而且要经济美观 要符合当地的特色 保证结构受力 合理 技术可靠 施工方便 2 3 方案比选 第一方案 推荐方案 预应力混凝土双肢薄壁连续刚构桥 1 跨径采用 70m 125m 70m 三跨连续刚构桥矢跨比 f L 0 56 如下图布置 2 横截面采用单箱单室根部梁高 7m 高跨比为 1 17 85 支点梁高为 2 5m 是根部的 1 2 8 悬臂长度为 2 5m 两侧腹板长度为 7m 故悬臂比两侧间距为 1 2 8 悬臂端 部设置防撞墙厚度取 25cm 悬臂根部取 60cm 顶板厚度取 30cm 根部底板厚度为 80cm 是主跨的 1 156 跨中底板取 25cm 腹板根据公式根部取 50cm 跨中取 40cm 如下图 3 施工方案 主梁为箱型截面为方便施工采用悬臂浇筑的方法 地质条件良好故采用桩基采用沉 管灌注的施工方法 第二方案 预应力混凝土等截面连续梁桥 1 跨径采用 5 53m 如下图所示 2 采用等截面单箱单室横截面如下图所示 3 主梁采用悬臂浇筑的施工方法 桩基采用沉管灌注桩 2 4 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状 1964年 联邦德国所建成的主跨达208m的本道夫桥非常成功的现实了悬臂施工方法 的优势 并且在结构上有创新之举 薄型主墩和上部的连续梁固结组合形成带铰的连 续刚构体系 而 1985 年由澳大利亚所建成的主跨达 260m 的门道桥使连续钢构体系的 第一方案第二方案 经济性上部结构混凝土 3124m 上部结构混凝土 2443 m 下部结构混凝土 1032m 下部结构混凝土 1473m 适用性变截面箱形截面抗扭刚度 大 在保证其强度和稳定性 有效的承担正 负弯矩的同 时 能够节省材料 桥梁的 结构刚度大 变形小 行车 平稳舒适 后期维修费用少 等截面箱型具有一定的抗扭刚度 能够保证强度很稳定性 有伸缩 缝 对行车有一定的影响 后期更 换伸缩装置费用较高 美观性变截面连续刚构具有曲线美 感 双肢薄壁更加能够体现 其美 整洁 美观 具有一定的观赏性 安全性能够满足桥梁结构在设计使 用年限内 具有足够的刚度 强度 稳定性 抗船舶撞击 能力较弱 能够很好的承受 荷载 能够满足桥梁使用性 承受荷载和 船舶的撞击 满足规范的要求 优点得到了更加充分的体现 下表为连续刚构桥的优缺点 桥型优点缺点 连续刚构1 主墩无支座 2 施工无体系转换 3 上部结构的伸缩缝少 行车舒适 性好 4 顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭 刚度非常大 满足了特大跨径桥梁 所需的受力要求 1 主墩的直接抗衡能力较 弱 主墩将承受压力外 还承 受弯矩 故支柱一般用混凝 土构件做成 钢筋用量较大 2 由于刚构桥是超静定结 构 故混凝土收缩 温度变 化 墩台不均匀沉陷和预应 力等因素都会在结构中产生 附加内力 预应力混凝土连续刚构桥是预应力桥梁的一种 拥有整体性能与抗震性能好 变形 小 刚度大 尤其是主梁变形挠曲线平缓 行车的舒适性佳 桥面的伸缩缝少等优点 在国内 连续刚构桥的施工和设计都已比较成熟 能够有效控制施工的质量和工期 在 成桥之后所需的养护工作也较少 连续刚构桥是由墩梁固结而成的连续结构 综合了T型刚构与连续梁的受力特点 使 桥梁的跨越能力与行车性能得到了大幅度提高 通过高墩的柔度来适应由于预应力 温度和混凝土收缩所导致的位移 使用连续钢构体系能够在保持连续梁体系优点的同 时拥有自己的特点 和设支座的连续梁桥相比 连续刚构桥由于不需临时锚固而省去 了大吨位盆式支座 降低了造价 既保持了行车平稳 无伸缩缝的优点 还不需要在支 墩处设置支座与体系转换 更加方便了施工的开展 同时 具有的横向扭刚度和顺桥向 抗弯满足了大跨径桥梁所需的受力要求 由于这些特点 大跨径预应力混凝土连续刚 构桥在桥梁工程领域非常活跃 国内外均有相当多的大跨径连续刚构桥 我国从 20 世纪 50 年代开始修建混凝土梁桥 虽然与欧洲相比起步较晚 但是在 50 多年的历史中已经得到了迅速发展 如今我国在预应力的混凝土桥梁设计 试验研究 结构分析 施工工艺 工艺设备和预应力材料等方面都已经取得了不错的成绩 特别 是预应力混凝土梁桥的施工和设计都有着非常高的水准 我国在 1997 年所建成的虎 门大桥副航道桥主跨达 270m 将连续刚构桥的跨越能力体现到了极致 2 5 大跨径预应力混凝土连续刚构桥设计的特点 1 边 主跨跨径比 边 主跨跨径比通常在 0 5 0 69 之间 大部分集中于 0 55 0 57 研究表明 边 主跨跨径比在0 55左右 或者稍大时 很可能在边跨悬臂端以导梁支撑于边墩上 取消 落地支架 是以后的连续钢构边 主跨跨径比的发展趋势 2 箱梁截面 箱顶宽低于21 9m以下采用单式箱 如果桥面较宽 则分上下行 建成双幅桥 截面有 两个分离的单室箱 3 腹板 腹板最小厚度为 40cm 也有 35 充满或 50 最大的厚度为 80cm 箱梁板件的尺寸减 小代表上部结构轻型化 这是未来连续刚构桥的发展趋势之一 随着腹板减薄 需要特 别重视控制张拉应力 防止腹板出现斜裂缝 1 3 大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工的特点 1 支架施工 初期 大跨径预应力混凝土连续刚构桥大多选用的是搭设支架法 就地进行浇 注施工 桥梁的跨径大致为 40m 但是由于工期较长 需要耗费大量的木料 因此建造 的连续梁数量有限 近年来 随着刚脚手架的应用和支架构建逐渐标准化 桥梁的结 构也越来越多样化 在大跨径预应力混凝土连续刚构桥的施工中使用就地浇注施工也 是一种非常经济的施工方式 2 悬臂施工 前联邦德国于1950年所创的悬臂施工 通过利用建造完成的桥墩沿桥跨境的方向逐 段悬处接长对称施工 所以使用悬臂施工必要的条件是 施工中箱梁和桥墩固结 保证 桥墩能够承受不对称弯矩 悬臂施工时随梁段的增加即悬臂长度的增长 导致梁内的 负弯矩不断增大 对混凝土桥必须在梁段上缘施加预应力 使其完成的梁段连成整体 这一施工方式的特点是在桥下无需搭设支架 在峡谷和深水条件下施工是最优方案 且工序简单 使用的施工设备较少 能够有效的节省施工预算 降低整体造价 2 6 著名的连续刚构桥简介 1 澳大利亚门道桥 国外澳大利亚修建了两座跨径 200m 以上的连续刚构桥 其中最著名的是 1985 年建成的门道 Gateway 桥 如图 1 所示 该桥跨径 145 260 145m 保持世界第一 达 12 年之久 该桥墩高 47 5m 双壁墩身为三室箱 宽 2 5m 壁厚纵向 0 5m 横向 中壁厚 0 5m 外壁厚 1m 主梁为单室箱 箱高跨中 5 2m 根部 15 68m 箱顶宽 21 93m 底宽 12m 顶板厚 0 25m 底板厚跨中 0 3m 根部 1 8m 腹板厚 0 65 0 75m 用 C40 圆柱体抗压强度混凝土 折合 C50 混凝土 连续刚构边跨悬臂与引桥悬出部分 16m 之间 以不约束水平变位的钢箱装置连接 该装置不能传递轴向力 而能承受剪力与 弯矩 图 1澳大利亚门道 Gateway 桥 单位 cm 2 广东洛溪大桥 是我国第一座大跨径连续刚构桥 如图 4 所示 跨径 65 125 180 110m 双壁墩 身 墩身箱形截面 宽 2 2m 主梁为单室箱 箱高跨中 3m 根部 10m 箱梁顶宽 15 14m 底宽 8m 顶板厚 28cm 底板厚跨中 32cm 根部 120cm 腹板厚 50 70cm 在该桥上 我国第一次采用大吨位预应力体系和平弯束 是我国连续刚构桥迅速发展的一个重要 开端 如下图 3 虎门大桥辅航道桥 是我国主跨最大的连续刚构桥 位于 R 7000m 的平曲线上 跨径 150 270 150m 如 图 5 所示 1997 年 4 月建成时为该桥型跨径世界之最 但这个纪录仅保持一年半 就 被上述的挪威 Stolma 桥和 Raftsundet 桥所替代 该桥分上 下行桥 墩高 35m 每 幅桥双壁墩身中距 9m 墩身为单室箱 宽 3m 壁厚纵横向均为 50cm 主梁为单室箱 箱高跨中 5m 根部 14 8m 箱顶宽 15m 底宽 7m 顶板厚 25cm 底板厚跨中 32cm 根部 130cm 腹板厚 40 60cm 用 C55 混凝土 无论箱高 底腹板厚度 均比跨径稍 小的门道 Gateway 桥还要小 显示了设计水平的提高 虎门大桥辅航道桥是我国连续刚构桥发展中又一座重要的桥梁 无论设计 施工 科研上都取得了重要的成果 上图为虎门大桥辅航道桥 2 7 连续梁桥的发展 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 30 1 50 支点处为 1 15 1 20 边跨与中跨的比值一般为 0 6 0 8 国内外大跨径连续梁桥见下表 2 8 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的发展趋势 1 跨越能力有望增大 在新的技术 工艺 材料不断得到应用的今天 桥梁的设计越来越合理 从而使大跨 径预应力混凝土钢构桥的跨径能够继续加大 2 预应力束布置简化 在连续刚构桥的设计中 相当多的桥梁已经取消了连续束与弯起束 主要依靠纵向 预应力与竖向预应力克服主拉应力 极大的方便了施工 3 边跨合拢落地支架取消 选用合适的主跨比和边 通过在导梁上合拢边跨或者和悬臂相连实现合拢 高墩场 合下 落地支架的取消能够在保证经济效益的情况下更加便于施工 4 桥型多样化 城市立交桥与高速公路的不断发展 要求路线越来越顺畅且行车舒适 异型桥 弯 桥 坡桥和斜桥都是桥型多样化的发展趋势 5 上部结构轻型化 采用轻质混凝土 高强混凝土和大吨位锚具能够使上部结构轻型化 从而减小结构 的尺寸 自重以及材料的用量 同时还能够使三项预应力的优点得到充分的发挥 采 用长悬臂顶板的单箱截面既能够节约材料使结构轻型化 还可以充分的利用悬臂施工 的方法加快施工的进度 6 上部结构的连续长度增大 由于行车的速度不断提高 行车的舒适性已经占有了非常重要的位置 不用或少用 伸缩缝的设计理念已经渗透到了桥梁的设计中 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 重点与难点 1 拟定结构尺寸 选取计算简图 2 主梁内力计算 3 预应力钢束的估算及其布置 4 计算主梁截面几何特性 5 钢束预应力损失计算 6 主梁截面验算 7 应力应变及 其他验算 9 绘制施工图 采用的途径及需要解决的问题 1 解决恒载 活载内力计算问题 并考虑温度变化造成的影响 全桥计算模型采用 平面杆系模型 需要对结构进行合理模拟 并进行单元划分 编制数据文件 对其受 力状态进行分析 2 应用 midas 等软件已设计的构件进行受力分析 并对已设计结构进行结构稳定 性 安全性验算 同时对施工阶段的自重内力进行计算 绘出自重内力图 并把这些 内力图叠加起来得到最不利的内力包络图 根据得到的最大 3 设计内力包络图 对各截面进行配筋计算 布置预应力筋 4 进行钢筋面积的估算 预应力损失的估算 5 据此进行施工阶段和使用阶段的应力验算 四 设计 研究 进度计划 第 1 阶段 第 3 4 周翻译 开题报告 方案比选 推荐最优方案 第 2 阶段 第 5 周拟定结构尺寸 选取计算简图或内力计算 第 3 阶段 第 6 周 内力计算或程序调试与基本数据准备 第 4 阶段 第 7 8 周 内力计算 作用效应组合和绘制包络图 第 5 阶段 第 9 10 周 钢筋数量估算及布置 第 6 阶段 第 11 12 周 验算及资料整理 第 7 阶段 第 13 14 周 绘制施工图 第 8 阶段 第 15 周 编写设计说明书 整理译文 英文摘要 第 9 阶段 第 16 周 整理 修改及交稿 第 10 阶段 第 17 周 毕业答辩及其准备 五 参考文献 1 JTJ 001 97 公路工程技术标准 S 北京 人民交通出版社 1997 2 JTGD62 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 JTGD60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 4 JTJ 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 5 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2007 6 范立础 顾安邦 桥梁工程 上 下册 土木工程专业用 M 北京 人民交通出 版社 2002 7 姚玲森 桥梁工程 公路与城市道路工程专业用 M 北京 人民交通出版社 2008 8 颜东煌 田仲初 李学文 桥梁结构电算程序设计 M 北京 湖南大学出版社