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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 王家里桥施工图设计王家里桥施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 王王 浩浩 之之 学学号 号 200918020310200918020310 班班级 级 桥土桥土 09 0309 03 专业 全称专业 全称 土木工程土木工程 桥梁工程方向桥梁工程方向 指指 导导 教教 师 师 金金 霞霞 飞飞 20132013 年年 3 3 月月 王家里桥施工图设计 1 一 本课题设计 研究 的目的 一 本课题设计 研究 的目的 1通过毕业设计系统地巩固基本理论知识和专业知识 能综合运用所学课程自主创 新 培养学生分析问题和解决问题的能力 2掌握设计原则 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计算等基本技能 从而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 想等内容和要求 为毕业后从事桥梁技术工作打好基础 3通过桥梁毕业设计 熟练掌握 WORD EXCEL AUTOCAD 桥梁电算程序 桥梁大师 等软件 4树立正确的设计思想以及严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的作风 5通过桥梁毕业设计 使学生运用所学的课程 系统地训练 以便掌握桥梁的基本理 论 基本知识 基本的计算方法 6通过桥梁毕业设计 不断提高计算绘图 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 设计步骤 7在毕业设计导师的指导下 逐步培养学生全面的系统的分析问题 解决问题 培养 学生的桥梁能力 使学生具备桥梁设计的基本素质 树立正确性设计思想以及严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的作风 为 桥梁建设事业服务 王家里桥施工图设计 2 二 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 1 1 概况概况 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 桥面伸缩缝一般仅设二道 行车舒 适等优点 加上这种桥型的设计施工较成熟 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 得这种桥型在我国公路 城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用 2 2 我国预应力混凝土连续梁桥的发展我国预应力混凝土连续梁桥的发展 2 1 桥梁施工技术 1 在我国中小跨径的预应力混凝土连续梁桥施工中 除了最古老的支架现浇方 法外 还采用了先简支后连续 顶推法 移动模架逐孔浇筑法 移动导梁逐孔拼装法 和梁体预制浮吊安装法等施工技术 2 平衡悬臂拼装施工法和平衡悬臂浇筑施工法的采用促进了预应力混凝土连 续梁桥的发展 大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工 根据连续梁桥的特点 采用逐段平衡悬臂浇筑 先形成 T构 再逐跨合拢 逐跨释放临时固定支座 逐跨完成 体系转换 最终形成多跨预应力混凝土连续梁桥 大跨径预应力混凝土连续箱梁广泛采用挂篮进行悬臂浇筑施工 常用的挂篮形式 有桁架式和斜拉式 随着施工技术的进步 挂篮结构向着轻型化的方向发展 尽可能 采用构造合理 受力明确 自重轻 利用系数高 使用安全方便 具有良好技术经济 指标的挂篮 例如 奉浦大桥等工程采用的菱型挂篮就是其中之一 该挂篮总重仅 50t 利用系数为 4 0 2 2 大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展 高强度预应力钢材 高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用 促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展 在八十年代后期 国内开始生产1860MPa的低松弛预应力钢绞线 加上与其配套 的大吨位预应力锚具和张拉设备的研制成功 C50 与C60 混凝土的应用 使得预应力 连续梁桥结构轻型化 跨越能力得到很大提高 在这以前 我国大量采用 1600MPa 5 的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形 王家里桥施工图设计 3 锚 即 F 式锚具 这种锚具的张拉吨位小 使用时的控制张拉力仅 565kN 每张拉 10kN 预应力需要的布束面积约为 2 55cm2 若采用 j 15 2 12 型锚具 张拉 10kN 预应力所需的布束面积约为 0 96cm2 采用 j 15 2 22 型的锚具时 张 拉 10kN 预应力所需的布束面积约为 0 67cm2 三者的比例为 1 0 38 0 26 由此可以看到 采用大吨位预应力锚具体系后 使得预应力箱梁布束范围内的顶板 腹板和底板尺寸 设计时由原来的布束控制改为受力控制和按构造要求控制 这样大 大减小了箱梁断面的尺寸 减轻了上部结构的自重 箱梁混凝土及钢绞线的用量能够大大减少 从而使得预应力结构设计更趋合理 经济 若采用以往的钢质锥形锚具 预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在 100m 左 右随着 1860Mpa 钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用 目前我国连续梁桥的最大 跨径已达154m 连续刚构桥的最大跨径达到270m 从而使得我国预应力混凝土梁桥的 设计 施工技术进入世界先进行列 2 3 成果 2 3 1 我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥 如下所示 表一 序号桥名主 桥 跨 径 m 桥址建成年份 1南京长江二桥北汊桥90 165 3 90江苏2000 2六库怒江大桥85 154 85云南1995 3黄浦江奉浦大桥85 125 3 85上海1995 4常德沅水大桥84 120 3 84湖南1986 5东明黄河公路大桥75 120 7 75山东1993 6风陵渡黄河大桥87 5 87 114 7 87山西1994 7沙洋汉江大桥63 111 6 63湖北1985 8珠江三桥80 110 80广东1983 9宜城汉江公路大桥55 100 4 55湖北1990 10松花江大桥59 90 7 59黑龙江1986 2 3 2 工程实例 王家里桥施工图设计 4 图一 常德沅水大桥 常德沅水大桥常德沅水大桥为预应力钢筋混凝土箱型连续梁桥 其孔径自南向北 的布置是 7 25 84 3 120 84 4 25 35 16 3 13 共 54 孔 全长 1408 米 5 孔主跨为预应力连续梁 两岸引桥分别设 7 孔和 4 孔 25 米预应力混凝土简支 T 梁 图二 东明黄河公路大桥 东明黄河公路大桥位于山东省菏泽市西北 与河南濮阳市交界 是山东省境内最 长的一座公路大桥 被誉为 齐鲁第一桥 该桥是国道 106 线跨越黄河的特大桥梁 大桥全长 4142 14 米 宽 18 5 米 4 车道 该桥于 1991 年 9 月全桥竣工通车 王家里桥施工图设计 5 图三 宜城汉江桥 宜城汉江桥的主桥跨径组合为 55 100 4 55m 1990 年建成 是中国首次采用双 支座支承的预应力混凝土连续梁桥 图四 宜昌乐天溪桥 宜昌乐天溪桥跨越长江支流乐天溪出口处 系为配合三峡工程而建的一座 4 孔 1 联预应力混凝土连续梁桥 主跨为 125m 1990 年建成 桥墩采用建于同一基础上的 双壁式墩 在连续梁桥桥墩中采用双排支座 这样可以削减支点弯矩与剪力 3 3 预应力混凝土连续梁桥的特点预应力混凝土连续梁桥的特点 预应力混凝土连续梁的应用却非常广泛 尤其是悬臂施工法 顶推法 逐跨施工 王家里桥施工图设计 6 法在连续梁桥中的应用 这种充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化 生产工 厂化 从而提高了施工质量 降低了施工费用 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 也即按弯矩变化幅值布置预应力束筋 例如一个三孔等跨连续梁 其中孔跨 中活载正弯矩与活载负弯矩的绝对值之和 即弯矩变化幅值 为 0 125 2 ql 与同跨 简支梁弯矩相同 支点上弯矩变化幅值为 0 133 2 ql 在公路桥上 因恒载弯矩占总 弯矩的比例较大 实际上支点控制设计的是负弯矩 跨中控制设计是正弯矩 因支点 上的活载正弯矩与恒载负弯矩之和为负弯矩 跨中活载负弯矩与恒载正弯矩之和为正 弯矩 在梁体中 弯矩有正 负变号的区段仅在支点到跨中的某一区段 这样 布 置预应力束筋并不增加太大的用量 就能满足设计要求 反之 在活载较大的铁路桥 上及恒载弯矩占总弯矩比例不大的小跨连续梁桥上 因预应力筋节省有限 施工较简 支梁复杂 经济效益差 而较少采用 4 4 大跨预应力混凝土梁亟待解决的课题大跨预应力混凝土梁亟待解决的课题 1 发展大吨位的锚固张拉体系 避免了配筋过多而增大箱梁构造尺寸 否则混 凝土保护层难以保证 密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置 可使混 凝土质量难以提高 2 在一切适宜的桥址 设计与施工墩梁固结的连续 刚构体系 墩高 40m 以上 尽可能不采用养护调整不易的大吨位支座 3 充分发挥三向预应力的优点 采用悬臂梁顶板的单箱断面 既可节约材料减 轻结构自重 又可充分利用悬臂梁方法的特点加快施工进度 4 箱梁设计与施工中 其排水问题和降温问题值得进一步研究解决 王家里桥施工图设计 7 三 方案比选三 方案比选 本次设计拟定了三种方案 分别是等截面预应力连续梁桥 混凝土拱桥 独 塔斜拉桥 设计依据 1 设计跨径 自行拟定 2 设计荷载 公路 I 级 3 桥面净宽 共 28m 0 5 防撞栏杆 12 5 行车道 2 0 中央分隔带 12 5 行车道 0 5 防撞栏杆 4 航道等级 1 级 5 地震基本烈度 7 度 6 设计洪水频率 1 300 设计方案一 5X40M 预应力混凝土等截面连续梁桥 此拟定方案为等截面连续梁桥 主桥跨径组合为 5 40m 5 跨等截面预应力 连续梁桥 主梁为矩形箱梁 根据经验公式 梁高一般为跨径的 1 12 到 1 17 取梁 高为 3m 采用满膛支架法施工 连续梁桥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 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 连续梁桥通常是将多孔做成 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 王家里桥施工图设计 8 设计方案二 预应力混凝土连续刚构桥 本方案为预应力混凝土连续刚构桥 跨径组合为 52 96 52 米三跨预应力混凝土 变截面连续刚构 边跨与中跨的比值满足 0 55 0 58 倍 断面形式为单室箱梁 箱梁 梁高采用变高度 底曲线采用二次抛物线形势 主桥上部结构按三向预应力混凝土 设计 主桥箱梁采用挂蓝法悬臂浇筑施工 由于此处的墩不很高 故采用普通墩形 式 直径为 2m 的圆截面墩 基础为钢筋混凝土钻孔灌注桩 设计方案三 中承式钢管混凝土拱桥 本方案为中承式钢管混凝土拱桥 跨径组合为 140m 2 30m 主跨为 140m 王家里桥施工图设计 9 主拱圈材料为钢管混凝土 边跨 主跨拱脚均固结于拱座 边跨曲梁与边墩之间设置 轴向活动盆式橡胶支座 在两边跨端部之间设置钢绞线系杆 通过张拉系杆由边拱肋 平衡主拱拱肋所产生的水平推力 方案序号设计方案一设计方案二设计方案三 桥型 5X40M 预应力混凝土 等截面连续梁桥 预应力混凝土连续刚构 桥 中承式钢管混凝土拱桥 实用性 主桥跨径采用 5x40m 整体性能好 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 采用 52 96 52m 跨径分 布 受力明确 构造简单 适用于大跨 高墩的结构 具有较好的技术经济性 跨径采用 220m 2 40m 跨越能力较大 与混凝土 梁式桥相比可以节省大 量的钢材和水泥 外形美 观 构造相对比较简单 技术性 非常成熟相对成熟非常成熟 王家里桥施工图设计 10 安全性 恒活载作用下 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 施工较简单 墩台的 不均匀沉降会引起梁 体各孔内力发生变化 变截面连续梁桥需要采 用悬臂浇筑施工 施工 过程中的安全控制特别 是挂篮行走 体系转换 时的安全问题控制难度 较大 主拱圈以受压为主 充分 发挥了混凝土材料的抗 压性能 还应设置单向推 力墩 防止一侧桥孔破坏 而引起另一侧桥孔安全 经济性 造价一般造价较高造价较高 美观性 全桥线条明快 周围 环境协调能力好 桥 型简洁美观 主梁线条简洁不影响桥 型美观 外形像长虹卧波 美感 性强 通过对以上方案的比较 美观上 方案三的美观性是最佳的 安全性的要求 方 案二和三要求最高 方案一的安全易于控制 适用性方面 由于桥下没有通航和通车 的要求 可以采用方案一中小跨径的连续梁桥 施工难易方面 方案三的难度最大 对施工单位的要求最高 方案一施工简单且快速 综上所述 方案一优势明显 是我这次设计中的推荐方案 王家里桥施工图设计 11 四四 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 设计的重点 1 成桥状态下的结构分析 2 截面的钢筋配置 3 施工过程结构内力和位移的计算 2 设计难点 1 结构尺寸的合理拟定 2 施工工艺的选择 3 施工过程结构受力状态的正确模拟 3 拟采用的途径 1 正确使用桥梁计算软件 Brcad Midas 桥梁博士等 2 收集参考图 标准图 设计图 3 正确使用规范和手册 4 合理选择桥型 正确拟定结构尺寸 5 根据桥型特点和施工条件 设计合理的施工方案 6 用桥梁设计软件准确计算整个施工过程及成桥状态的受力 7 在施工的每一个阶段 充分考虑混凝土的收缩徐变 临时荷载等因素 对成桥的影响 8 计算活载和荷载组合 合理配置钢筋 9 通过适当的手算来检验电算结果的正确性 五五 设计 研究 进度计划 设计 研究 进度计划 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1 4周 推荐方案上部结构设计计算 电算3 8周 配筋计算8 9周 强度 刚度 稳定性验算 进行中期检查10周 绘制施工图10 13 周 专题小结 部分同学完成 14周 专业文献翻译15周 整理资料 汇总成果 准备答辩16周 王家里桥施工图设计 12 答辩17周 提交成果17周 六 参考文献 1 JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 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 D61 2005 公路砖石及砼桥涵设计规范 S 北京 人民交通出版社 2005 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 2005 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 公路与城市道路工程专业用 M 北京 人民交通出版社 1985 8 颜东煌 李学文 桥梁电算 M 北京 湖南大学出版社 1999 9 李传习 夏桂云 大跨度桥梁结构计算理论 M 北京 人民交通出版社 2002 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 2006 12 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 第二版 2011 13 江祖铭 王崇礼 公路桥涵设计手册丛书 墩