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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 沙头坡高架桥施工图设计沙头坡高架桥施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 李鹏飞李鹏飞 学学号 号 200918020316200918020316 班班级 级 桥土桥土 09 0309 03 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁工程方向 土木工程 桥梁工程方向 指指 导导 教教 师 师 袁明袁明颜东煌颜东煌 20132013 年年 4 4 月月 沙头坡高架桥施工图设计 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 迈达斯等软件 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 沙头坡高架桥施工图设计 2 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 1 1 1 1 概述概述概述概述 梁桥以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁 主梁可以是实腹梁或桁架梁 实腹梁构造简单 制造 架设和维修均较方便 广泛用于中 小跨度桥梁 但在材料利用上不够经济 桁架梁的杆 件承受轴向力 材料能充分利用 自重较轻 跨越能力大 多用于建造大跨度桥梁 按照主梁的 静力体系 分为简支梁桥 连续梁桥和悬臂梁桥 我国自五十年代中期开始修建预应力混凝土梁桥 至今已有四十多年的历史 比欧洲起步晚 但近二十年来发展迅速 在预应力混凝土桥梁的设计 结构分析 试验研究 预应力材料及工艺 设备 施工工艺等方面日新月异 预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水 平 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 2 2 国外预应力混凝土梁桥的发展国外预应力混凝土梁桥的发展国外预应力混凝土梁桥的发展国外预应力混凝土梁桥的发展 连续梁是一种古老的结构体系 它具有变形小 结构刚度好 行车平顺舒适 伸缩缝少 养 护简易 抗震能力强等优点 而在 50 年代前 预应力混凝土连续梁虽是常被采用的一种体系 但跨径均在百米以下 当时主要采用满堂支架施工 费工费时 限材了它的发展 50 年代后 预应力混凝土桥梁应用悬臂施工方法后 加速了它的发展步伐 预应力锚具结构的悬臂体系和悬 臂施工方法相结合产生了 T 型刚构 在 60 年代 跨径 100 200m 范围内 几乎是大跨预应力混凝 土梁桥中的优胜方案 早期有典型意义的桥梁便是联邦德国 1953 年建造的胡尔姆斯桥和 1954 年建成的科布伦茨 Koblenz 桥 然而 这种结构 由于中间带铰 并对混疑土徐变 收缩变形 估计不足 又因温度影响等因素使结构在铰处形成明显折线变形状态 对行车不利 因此 对行 车条件有利的连续梁获得了新的发展 对中跨预应力混凝土连续梁 在 60 年代初期 逐跨架设 法与顶推法 F Leonhardt 所创建 的应用 对大跨预应力混凝土连续梁 各种更完善的悬针施工 方法的应用 使连续梁废弃了昂贵的满堂的施工方法而代之以经济有效的高度机械化施工方法 从而使连续梁方案获得新的竞争力 逐步在 40 200m 范围内占主要地位 如 1962 年在委内瑞拉 的卡尼罗河上 用顶推法修建的 6 跨连续箱梁桥是顶推法的代表作 主跨为 96m 沙头坡高架桥施工图设计 3 连续梁桥向大跨度发展 巨型支座 支座反力 3 924 9 810MN 的设计制造与支座的养护变成 了关键问题 而 T 型刚构却在这方面具有无支座的优点 60 年代后 因人们对铰的作用和如何控 制结构变形作了研究 对它的缺陷作了预防措施 所以在 60 年代后期至 70 年代 T 型刚构还仍 是预应力混凝土桥梁的一个主要桥型 如日木在 1972 年修建了主跨 230m 的浦户大桥 继而又建 成了主跨 236m 的彦岛大桥和主跨 240m 的滨名大桥 丹麦 挪威和一些非洲国家在这时期也修建 了不少 T 型刚构 如挪威 1973 年至 1983 年 建造了十余座桥 主跨从 150 200m 左右 但应指 出 T 型刚构体系在设计中不断改进 逐步与连续梁体系的优点相结合 实际上 60 年代修建的 联邦德国本道夫桥已初步体现 T 型刚构与连续梁体系相结合的布置 而且 T 型刚构的粗大桥墩已 被薄型柔性墩所代替 墩宽 2 8m 仅为支点梁高的 0 28 倍 支点梁高为 10m 后续的一些著名 桥例也都采用了类似的布置 这样 逐步形成了采用柔性薄墩 墩壁厚度一般为 0 2 0 3 支点梁 高 墩梁连固形式的连续一刚构体系 连续一刚构与连续刚构体系 或称多跨刚构体系 的 z 别 在于 后者受力特件属于刚构范畴 而前者梁体部分主要起连续梁的作用 它可归属到连续梁体 系的范畴 连续一刚构体系可以分跨中带饺或无饺的两种类型 作为等跨布置的连续一刚构体系的典型桥例之一是丹麦在 1980 年建成的 Vejle Fjord 桥 该桥总长 1710m 桥跨布置为 67 9 14x110 68 75 33 5m 全桥分为四个连续一刚构单元 单元 间在第 4 8 12 跨中用铰连接 中间桥墩高约为 44m 墩厚与支点梁高之比约为 0 3 边墩高度 较小 为减小它的刚度在墩的底部做成铰支承 桥宽 27 6m 采用单箱截面 预应力混凝土连续梁在中等跨径范围 它更是千姿百态 无论在桥跨布置 梁 墩赴面形式 或是在体系上 吸取其它结构的优点 不断改进桥型布置 例如 V 形墩的连续梁体系 双薄壁墩连 续梁体系 值得一提的是法国的 SetubedLogoon 桥 主跨 130m 的五跨连续染 中间墩采用双薄 壁结构 双壁相距 10m 壁厚仅 0 5m 预应力混凝土连续梁在 40 60m 的范围 已可以说占绝对优势 顶推法 移动模架法 逐孔 架设法等施工方法经济快速 广泛应用也是关键因素 如瑞士的 Beckenried 高架桥 总长 3048m 标准跨径 55m 3 3 3 3 我国预应力混凝土梁桥的发展我国预应力混凝土梁桥的发展我国预应力混凝土梁桥的发展我国预应力混凝土梁桥的发展 我国自 50 年代中期开始修建预应力混凝土梁桥 至今已有 40 多年的历史 比欧洲起步晚 但近对年来发展迅速 在预应力混凝土桥梁的设计 结构分析 试验研究 预应力材料及工艺设 备 施工工艺等方面日新月异 预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平 近 20 年来 我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径 90m 的哈尔滨松花江大桥 跨径 120m 沙头坡高架桥施工图设计 4 的湖南常德沅水大桥 主跨 125m 的宜昌乐天溪桥 跨径 154m 的云南六库怒江大桥等 下表是我 国目前建成的部分主要大跨径预应力混凝土连续梁桥 我国已建成的部分主要大跨径混凝土连续梁桥 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 4 4 4 4 预应力混凝土梁桥的设计预应力混凝土梁桥的设计预应力混凝土梁桥的设计预应力混凝土梁桥的设计 4 14 14 14 1 设计一般步骤设计一般步骤设计一般步骤设计一般步骤 预应力混凝土连续梁桥设计的一般步骤为 参照已有的设计拟定的结构几何尺寸和材料类 型 模拟实际的施工步骤 计算出恒载及活载内力 然后再根据实际情况确定温度 沉降等荷载 计算其产生的内力 并与恒载 活载内力进行正常使用与承载能力组合 估算出各截面的钢束后 按照一定要求将钢束布置好 重新模拟施工并考虑预应力的作用 计算恒载内力 由于钢束对几 何截面的影响 温度 沉降等内力也需要重新计算 但其与钢束估算时得到的结果差别非常小 各种荷载作用下的内力计算出来后 需要进行承载能力组合和正常使用组合 以进行截面强度验 算 应力验算和变形验算 这是设计的二次组合 如各项验算均满足要求且认为合理 则设计通 过 如有些截面的有些验算通不过 则需要调整钢束甚至修改截面尺寸后从新计算 直到各项验 算均通过为止 4 24 24 24 2 设计规范设计规范设计规范设计规范 1 1978 年交通部颁布了我国第一部 公路预应力混凝土桥梁设计规范 该规范按单一系 数极限状态设计理论编制 比以往采用的破坏阶段理论规范前进了一步 2 1985 年交通部颁布了 公路桥涵设计通用规范 其中 公路钢筋混凝土预应力混凝 土桥涵设计规范 JTJ 023 85 将单一系数改成多系数 以塑性理论为基础作强度极限计算 以弹塑性或弹性理论为基础作正常使用极限计算 沙头坡高架桥施工图设计 5 85 规范原则上是参照 1978 年 CEB FIP 的 国际标准规范 即 Model Code for ConcreteStructures 编制的 3 JTJ 023 85 规范允许桥梁构件按部分预应力混凝土 PPC 设计 A 类构件 在短期荷载作用下截面受拉边缘允许出现拉应力 但拉应力值不超过规范中的 规定限值 如有些箱梁的顶板横向预应力是按 A 类构件设计的 B 类构件 在短期荷载作用下 截面受拉边缘允许出现裂缝 即预应力值超过规范中的规 定限值 目前在大跨径预应力箱梁桥设计中未见采用 PPC 构件具有节约钢材 降低造价 能减少由预应力引起的反拱度 改善结构受力性能等优 点 已在一般公路桥梁和城市桥梁工程中逐步推广应用 4 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 系根据中华人民共和国交通部交公路发 1996 1085 号文 关于下达 1996 年度公路工程建设标准 规范 定额等编制 修订工作计划的 通知 的要求 对 公路桥涵设计通用规范 JTJ021 89 进行修订而成 4 34 34 34 3 桥梁结构分析专用软件和桥梁结构分析专用软件和桥梁结构分析专用软件和桥梁结构分析专用软件和 CADCADCADCAD 技术技术技术技术 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 3 常用的桥梁计算分析软件有桥梁博士 迈达斯 sap2000 金思路 ANSYS 4 44 44 44 4 预应力连续梁桥的设计与施工预应力连续梁桥的设计与施工预应力连续梁桥的设计与施工预应力连续梁桥的设计与施工 预应力混凝土连续梁桥的设计与施工是分不开的 有时结果的控制状态出现在施工阶段 不 同的施工方法导致成桥后结果的内力状态 应力状态及变形都不相同 常用的施工方法有 支架 就地浇筑施工 悬臂施工 逐孔施工和顶推施工 50 年代中期悬臂施工法从钢桥引入到混凝土梁 桥之后 混凝土梁桥可以从桥墩对称进行分段浇筑施工或悬臂拼装施工 它可以不用或少用支架 不影响河道的通航 不需要大型起吊设备建造大跨径桥梁 这里主要讨论的是悬臂施工法预应力 混凝土连续梁桥的受力特点及施工步骤 预应力混凝土连续梁桥跨中承受正弯矩 支点承受负弯矩 必须统筹考虑各截面的最大正弯 矩和负弯矩 按弯矩变化幅值布置预应力束筋 因连续梁桥为超静定结构 同时应考虑预加力 沙头坡高架桥施工图设计 6 混凝土徐变 收缩 温度 墩台沉降或支座强迫位移等引起的结构次内力 悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥 在施工过程中经历 T 型刚构受力状态 合拢后形成连续 梁 其自重产生的结构效应由各施工阶段产生的结构效应迭加而成 施工过程中施加二期恒载 T 型刚构受力状态为结构的主要承载状态 合拢后支点负弯矩增大 中跨跨中出现相对较小的正 弯矩 活载则作用在连续结构上 最终弯矩包络图中 支点负弯矩很大 跨中正弯矩很小 在跨 径拟定和截面高度选择时应充分考虑到其受力的特点 悬臂施工的连续梁桥横截面多为箱型截面 它具有良好的动力性能 再者它收缩变形数值小 这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大 能够适应悬臂施工中诸如偏载等不利施工工况 增加了施工过 程中的可靠性 常见的箱型截面基本形式有 单箱单室 单箱双室 双箱单室 单箱多室 多箱 多室 设计时选择截面形式可根据桥面设计宽度来确定 预应力钢束的设置以顶板束为主 在跨中或边跨现浇段中设置一定数量的底板束 为增强梁体 的抗剪强度 一般设置竖向预应力钢束 横桥向则根据腹板间距和外挑臂的长度 可设置横向预 应力 使整个梁体成为三向预应力结构 常用施工方法有 1 支架现浇法 支架现浇法适用于旱地且跨径不太大的桥梁 施工中支架的安全 变形等是必须引起重视的 问题 2 悬臂施工法 悬臂施工法是大跨径连续梁桥常用的施工方法 属于一种自架设方式 分为悬臂拼装与悬臂 浇筑两种 悬臂拼装指在预制场预制梁节段 然后进行逐节对称拼装 拼装方法主要有扒杆吊装法 缆 索吊装法 提升法等 悬臂浇注法则是利用挂蓝在桥墩两侧对称浇注箱梁节段 待已浇节段混凝土强度达到要求的 张拉强度后进行预应力张拉 然后移动挂蓝进行下一节段施工 直至合拢 目前主要采用该法施 工 不论悬拼还是悬浇 都是属于自架设方式施工 且已成结构的状态 包括受力 变形 具有 不可调整性 所以 施工成败的关键在于临时锚固的可靠性 施工过程中的应力监测 变形预测 与标高调整以及体系转换的实施 沙头坡高架桥施工图设计 7 5 5 5 5 连续梁桥的特点连续梁桥的特点连续梁桥的特点连续梁桥的特点 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 预应力混凝土连续梁设计中的一个突出特点是 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 与同跨简支 梁弯矩相同 支点上弯矩变化幅值为 0 133 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 沙头坡高架桥施工图设计 8 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 1 1 1 1 设计主要内容 设计主要内容 设计主要内容 设计主要内容 按任务书 2 2 2 2 设计的难点和重点 设计的难点和重点 设计的难点和重点 设计的难点和重点 重点 成桥状态下的结构分析 截面的钢筋配置 施工过程中结构内力和位移的计算 难点 结构尺寸的合理拟定 施工过程中结构受力状态的正确模拟 3 3 3 3 拟采用的途径 拟采用的途径 拟采用的途径 拟采用的途径 设计手段 正确使用桥梁计算软件 迈达斯等 收集参考图纸 标准图 设计实例 正确使用规范和手册 技术路线 合理选择桥型 正确拟定结构尺寸 根据桥型特点和施工条件 设计合理的施工方案 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 在施工的每一个阶段 充分考虑混凝土的收缩和徐变 临时荷载等 因素对成桥的影响 计算各种荷载和作用效应组合 合理配置钢筋 通过适当的手算来检验电算结果的正确性 4 4 4 4 桥型方案比选桥型方案比选桥型方案比选桥型方案比选 根据给定的地质条件 现拟定出以下三个方案 方案一 预应力混凝土空心板桥 5 20m 4 20m 4 20m 该方案共 3 联 上部结构采用预应力砼 后张 空心板 先简支后连续 下部结构采用柱 式墩 墩台采用桩基础 全桥桩基础采用嵌岩桩 桥墩桩基嵌入弱风化岩石 3 5m 以上 截面尺 寸见附图 方案二 中承式钢管砼拱桥 240m 该方案的边中跨比为 0 167 边跨与主跨拱脚均固结于拱座 矢高为 20m 吊杆布置为等间 距 6m 布置 采用转体施工 基础选择为采用承台结构及钻孔桩基础 主拱拱肋采用中承式悬链 线无铰拱 横截面采用等截面单箱双室箱形截面 截面尺寸见附图 沙头坡高架桥施工图设计 9 方案三 预应力混凝土连续 T 梁桥 3 40m 3 40m 该方案共 2 联 每联 3 跨 每跨 40m T 形连续梁 横截面采用 5 片 T 梁 具体尺寸见附 图 以上三个方案的主要优缺点比较 如下表所示 方案序号设计方案一设计方案二设计方案三 桥型 预应力混凝土空心板桥 5 20m 4 20m 4 20m 中承式钢管砼拱桥 240m 预应力混凝土连续T梁桥 3 40m 3 40m 适用性 跨径采用 5 20m 4 20m 4 20m 的预应力空 心板桥 高度小 施工装 配与架设方便 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 整体性能较好 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 安全性 不适于大跨度桥型 要 有足够的混凝土保护层 保证预应力筋免遭锈 蚀 由于水平推力的存在 是拱 内产生轴向压力 从而减小 了拱圈的截面弯矩 使截面 的应力分布较为均匀 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 经济性造价一般造价较高造价一般 美观性 桥墩较多 外形单一 造型优美 比例协调 拱圈 如江上彩虹横跨两岸 十分 漂亮 桥型美观 与周围环境协调 好 通过对以上方案的比较 美观上 方案二的美观性是最佳的 安全性的要求 方案三要求最 高 适用性方面 方案一的适用性最好 施工难易方面 方案二的难度最大 对施工单位的要求 最高 方案一 三施工简单且快速 经济性方面 方案一 方案三经济实用 方案二造价比较高 且运营后维护成本也比方案一的要高 综上所述 方案三是我这次设计中的推荐方案 沙头坡高架桥施工图设计 10 四 设计 研究 进度计划 四 设计 研究 进度计划 四 设计 研究 进度计划 四 设计 研究 进度计划 序号序号毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 工文 工 作作 任任 务务 工工 作作 进进 度度 日日 程程 安安 排排 周次周次1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 78 8 8 89 9 9 91010101011111111121212121313131314141414151515151616161617171717181818181919191920202020 1翻译 开题报告 方案比选 推荐最优方案 2拟定结构尺寸 选取计算简图或内力计算 3内力计算或程序调试与基本数据准备 4内力计算 作用效应组合和绘制包络图 5钢筋数量估算及布置 6验算及资料整理 7绘制施工图 8编写设计说明书 整理译文 英文摘要 9整理 修改及交稿 10毕业答辩及其准备 沙头坡高架桥施工图设计 11 五 参考文献 五 参考文献 五 参考文献 五 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