开题报告 吕牧.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 株洲建宁大桥第株洲建宁大桥第 5 5 联联 施工图设计施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设计设计 论文 论文 学学 生生 姓姓 名 名 吕吕 牧牧 学学 号 号 201018020129201018020129 班班 级 级 桥梁桥梁 10011001 班班 专业 全称 专业 全称 土木工程 土木工程 桥梁工程桥梁工程方向 方向 指指 导导 教教 师 师 张玉平张玉平 董创文董创文 20142014 年年 3 3 月月 一 本课题设计 研究 的目的 1 通过设计 我们能合理并综合地运用所学知识 学习和巩固基本理论和专业知识 2 培养我们分析 解决问题与独立学习研究的能力 3 增强我们查阅文献 计算 使用规范手册 绘图和编写技术及计算机辅助设计计算 等基本技能与方法 为以后的学习工作打下坚实基础 4 掌握大 中型桥梁的设计原则 设计规范 计算方法和设计步骤 5 使我们养成科学的设计思想以及实事求是 刻苦钻研 严谨负责 勇于创新的工作 态度 6 通过此次设计 我们可以熟练掌握相关的设计与绘图软件 如 AutoCAD 桥梁博士 Midas civil 等 同时要善于利用这些软件解决工作中的问题 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 一 桥梁的现状和发展趋势 一 桥梁的现状和发展趋势 随着科学技术的迅速发展 人们已经有能力完成过去不可能完成的大规模结构的 计算 这使桥梁工程得到了前所未有的发展 同时 各种大跨径桥梁在国内外的桥梁中 得到了迅速的发展与建设 新型材料的出现和新的施工方法的诞生都极大地推进大跨径 桥梁的应用和普及 因此 在不久的将来 大跨径桥梁将会有更广阔的发展前景和开拓 方向 1 1 连续梁桥连续梁桥 1 11 1 设计现状设计现状 连续梁适用范围很广 从中小跨径到特大跨径 目前在国内都很常见 中小跨径桥 梁往往采用搭架浇筑的施工方法 或先简支 后连续的施工工艺 随着国内交通运输条 件的提高 交通需要不仅要求梁桥的跨径加大 更需要行车的平顺舒适 因此多伸缩缝 的 T 构桥型已不能满足当今交通运输的需求 于是大跨径连续梁得到了迅速的发展 连续梁桥分为等截面连续梁桥和变截面连续梁桥 可采用顶推施工和悬臂施工的方 法 1 采用顶推法施工时 一般限于等截面连续梁桥 2 采用悬臂法施工时 往往适用 于变截面连续梁 施工过程中首先要梁墩临时固结 中跨合拢后将梁墩连续状态改为支 座 转换体系而成为连续梁桥 大跨径连续梁的截面形式一般采用箱形截面 可以多跨连续 比如英国的 Orwell 桥 全长 1288m 采用的就是多跨连续 连续梁桥行车虽然平顺 但施工过程中需要设 置梁墩临时固结并要转换结构体系 墩梁交界处还需装置大吨位的盆式橡胶支座 养护 工作量大 后期更换支座比较麻烦 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 连续梁桥中常见的一种桥型是预应力混凝土连续梁桥 它属于预应力梁桥的一种 此种桥型整体性较好 具有较大的结构刚度 并且变形小 抗震性能优良 成桥后养护 工作量较小 目前我国在预应力连续梁桥桥型的设计和施工方面均已比较成熟 施工质 量也有较高的保障 因此我国在公路和铁路桥梁工程中广泛采用这种桥型 上世纪 50 年代中期以来 我国陆续修建了大量的预应力混凝土梁桥 虽然比国外起步晚了一些 但近年来发展十分迅速 特别在改革开放以后 随着我国经济的飞速发展 预应力混凝 土桥梁桥在结构分析 桥型设计 试验研究 施工工艺等方面突飞猛进 因此 预应力 混凝土梁桥的设计技术已有相当高的水平 施工技术也日渐成熟 预应力混凝土连续梁桥及变宽度桥的截面形式常为箱型截面 箱型截面梁具有较大 的抗扭刚度 其应力值较低 徐变变形较小 可增大桥梁的跨径 箱梁截面一般分为单 箱单室 单箱双室或单箱多室 早期连续梁桥常采用矩形箱 随后逐渐发展成斜腰板 的梯形箱 连续箱梁具有桥面接缝较少 结构刚度大 整体性强 便于养护 外形美观 等优点 图 1 1 1 等截面连续梁桥 图 1 1 2 变截面连续梁桥 1 21 2 发展趋势发展趋势 我国从上世纪六七十年代开始修建连续梁桥 到目前为止已建成了多座连续梁桥 进入二十一世纪 中国高速铁路及公路得到了巨大发展 根据连续梁桥结构刚度大 稳 定性高等特点 连续梁桥必然会代替落后的简支梁桥 在公路铁路桥梁工程中得到大量 应用 A 随着新型材料的研发和使用 连续梁桥会往更大跨径发展 目前 我国大多数桥 梁工程结构采用的是普通混凝土材质 普通混凝土虽然成本低廉 材料来源丰富 但其 比强度 材料强度与材料容重之比 较小 导致了桥梁自重在总荷载中占很大比例 故 普通混凝土难以满足桥梁更大跨径的要求 新型材料的应用可以解决此类问题 例如 高强轻骨料混凝土的研制与应用 可使桥梁自重减少 20 25 并且其与普通混凝土相 比具有更高的耐久性和抗震性 因此 高强轻骨料混凝土是未来建桥材料的发展方向 B 施工工艺的改进与优化 可使连续梁桥得到更大的应用 目前连续梁桥常采用顶 推施工和悬臂施工 如果施工过程中能够达到工厂化与自动化 采用大节段 大块件结 构工厂预制 大吨位吊船或顶推装置快速拼装 便可减少材料与人力资源的浪费 缩短 施工工期 提高施工效率 更大程度保证施工安全 目前发达国家大型桥梁施工大多配 有施工指导智能化系统 利用高速计算机对施工过程中的连续梁桥各部位的内力 应力 温度 变形等资料进行检测与分析 保障施工安全 提高效率 所以 高效的工厂化与 自动化也是连续梁桥施工未来的发展趋势 2 2 连续刚构体系梁桥连续刚构体系梁桥 2 12 1 设计现状设计现状 连续刚构体系梁桥属于梁式桥的一种 具有以下特点 1 连续刚构桥保持了连续梁 桥上部结构的属性 跨越能力较大 行车舒缓平顺 施工较简单 易于养护 造价较低 2 多跨连续刚构桥可以在主跨的跨中设铰 此时跨中铰的两侧结构为连续体系 该方法 利用边跨连续梁的自重可将 T 构做成不等长的悬臂 加大了主跨的跨径 连续刚构体系 一般采用对称布置形式 施工方法常为悬臂施工 预应力混凝土连续刚构桥 也称墩梁固结的连续梁桥 是 T 形刚构桥和连续梁桥的 组合体系 其结构特点如下 1 保持了 T 形刚构桥无支座 不需体系转换的特点 2 上 部结构梁体连续 墩梁固结 具有连续梁桥梁体无伸缩缝 行车舒顺等优点 3 横向抗 扭刚度和顺桥向抗弯刚度较大 在受力方面可满足大跨径桥梁的基本要求 当采用悬臂 法施工时 连续刚构桥不用进行体系转换 降低了施工过程的复杂程度 且不用设置大 吨位橡胶支座 降低了造价 比连续梁桥有更大的优势 例如 德国于 1964 年建成的 本道夫桥 主跨跨径为 208m 成功地体现出了悬臂施工方法的优点 并且在结构上有了 创新 上部结构连续梁与薄型的主墩固结 构成连续 刚构体系 高桥墩的连续刚构体 系梁桥 当温度变化时会产生较大的次内力 薄型的主墩可降低桥梁在纵桥向的抗推刚 度 使得次内力作用显著减少 此创新解决了连续刚构体系梁桥结构次内力作用的缺点 图 2 1 1 预应力混凝土连续刚构桥 2 2 2 2 发展趋势发展趋势 A 梁体结构自重不断减小 跨径可进一步增大 随着高强轻质混凝土 高强低松弛 钢绞线及大吨位锚具的研发与出现 连续钢构桥的桥身自重将逐渐减小 不仅可以增大 桥梁跨径 还降低了挂篮施工的要求 减少墩梁受力 节约材料 增大了施工的可行性 与安全性 B 连续刚构桥的墩高有逐渐增大的趋势 受西部大开发政策推进 我国西部交通运 输网络得到重大发展 由于西部属高原地形 大多数桥梁要跨越峡谷与深水 因此对桥 梁的桥墩设计高度更大 由于连续钢构桥能够满足高墩桥梁的要求 故连续钢构桥成为 这些地区建设桥型的首选 所以 随着地质条件的需要 连续钢构桥的桥墩会越来越高 C 可以取消边跨合龙段落地支架 采用合适的边跨 主跨比 直接在导梁上合龙边 跨 或者与引桥的悬臂相连接来实现边跨合龙 在桥梁桥墩较高时 取消边跨合龙段的 落地支架 不仅可以方面施工 还可以节省一定的开支 带来经济效益 我国已建成的主要大跨径混凝土连续刚构桥 序号 桥梁名称 主要跨径 m 建成年份 1 石板坡长江大桥 87 75 4x138 330 133 75 2006 2 虎门大桥辅航道桥 150 270 150 1997 3 苏通大桥辅航道桥 140 268 140 2008 4 重庆黄花园大桥 137 3 250 137 1999 5 黄石长江大桥 162 5 3x245 162 5 1995 6 江津长江大桥 140 240 140 1997 7 重庆高家花园嘉陵江大桥 140 240 140 1997 8 洛溪大桥 65 125 180 110 1988 表 2 2 1 我国已建成的主要大跨径混凝土连续刚构桥 因此 连续刚构桥将会在今后桥梁建设中得到更大的发展 3 3 方案比选方案比选 3 1 3 1 技术标准 技术标准 1 设计荷载 公路 级 2 桥面宽度 25 5m 3 通航要求 无 根据设计的技术标准与地形条件 综合考虑适用性 安全性 施工难易程度及经济 性等因素 得到以下三种合理方案 并从中选出最优方案 方案一 五跨等截面连续梁桥 5 50m 1 构造特点 等截面连续梁桥的布置形式可选用等跨和不等跨两种 等跨布置的跨径大小主要 取决于施工的设备条件和经济条件 等截面连续梁桥的高跨比范围一般是 1 15 1 25 采用顶推施工方法施工的等截面连续梁桥梁高 H 与顶推跨径l0之比一般介于 1 12 1 17 之间 2 主梁构造 等截面梁桥常采用中等跨径 在 40 60m 范围为宜 此种情况下的主梁构造简单 施工快捷 立面布置一般为等跨 常采用逐孔架设施工 移动模架施工 支架施工和顶推法 施工等施工方法 本方案采用 5 50m 五跨等截面连续梁桥 符合设计标准 截面形式采用单箱单室 双幅设计 图 3 1 方案一立面布置示意图 图 3 2 方案一截面布置示意图 方案二 变截面预应力连续梁桥 70m 110m 70m 1 构造特点 变截面预应力连续梁桥适用于主跨跨径为 70m 或超过 70m 的情况 如果主梁依然采 用等截面布置形式 在活载和恒载的作用下 主梁支点截面处负弯矩过大 受力不合理 因此 采用变截面连续梁桥更符合受力要求 对于两跨以上的连续梁桥 其边中跨径比 一般为 0 6 0 8 左右 当使用箱型截面的三跨连续梁桥时 边中跨径之比甚至可以减少 0 5 0 7 本方案的边中跨比为 0 636 符合构造要求 2 主梁构造 当总体设计中建筑高度没有限制的情况下 连续箱梁的截面形式宜采用变截面 其 底曲线可采用二次抛物线 或者为折线 折线与二次抛物线之间的 1 5 1 8 次的抛物线 变化形式 根据现有桥梁资料分析可知 主梁支点截面的梁高H支约为中间跨跨长 l 的 1 16 1 18 跨中梁高H中与主梁支点截面的梁高H支比值约为 1 1 5 1 2 5 除此之外 在具体设计中还要考虑荷载等级 边中跨比等因素 大跨径预应力混凝土连续梁桥设计 中 还需将底板 顶板和腹板设计成变厚度 图 3 3 方案二立面布置示意图 图 3 4 方案二截面布置示意图 方案三 预应力混凝土连续刚构桥 65m 120m 65m 1 构造特点 连续刚构桥一般采用不等跨的结构布置形式 截面形式常为变截面 这样可以适应 主梁内力的变化 主梁底部线性一般是曲线形 折线形 曲线加折线形等 基本上与变 截面连续梁桥相同 具体选定时应参照主梁内力的分布 根据等载强比原则确定 2 主梁构造 根据国内外已建成的连续刚构桥资料 边主跨径之比一般在 0 5 0 692 之间 大部 分比值介于 0 55 0 58 之间 由于边跨与主跨跨径之比在 0 54 0 56 时 不仅可以使中 墩内恒载偏心弯矩基本消失 而且使边跨合龙段长度减小 因此可以在边跨悬臂端和边 墩之间用导梁支承 代替落地支架施工 提高经济效益 简化施工过程 图 3 5 方案三立面布置示意图 图 3 6 方案三截面布置示意图 4 4 桥型方案比较桥型方案比较 方案序号 方案一 方案二 方案三 桥型 5 50m 五跨等 截面连续梁桥 70m 110m 70m变截面 预应力连续梁桥 65m 120m 65m预应力混凝 土连续刚构桥 设计跨径 250m 250m 250m 荷载标准 公路 I 级 公路 I 级 公路 I 级 适用性 等截面连续梁 桥主要适用于 跨径较小的桥 变截面连续梁主要适 用于跨径为 70m 及 70m 以上的较大跨径 常用于大跨径 桥墩较高 的桥梁结构中 适用于70m 以上及更大跨径的桥梁 型 跨径一般介 于 40m 60m 之 间 主梁构造简 单 模板型号 少 施工方便 工期相对较短 桥梁 截面高度的变 化随弯矩影响线变化 而变化 即使结构受 力较合理 又减轻了 结构自重 节约建造 成本 主梁的变形挠 曲线平缓 全桥的整 体性较好 有利于高 速行车 上部结构施工与连续梁桥 施工有相同的特点 技术 性与经济性较高 主梁保 持连续 行车平缓舒顺 墩梁固结 不需设大吨位 支座 全桥整体性更强 更好地满足铁路桥梁对整 体稳定性的要求 后期养 护工作量小 安全性 施工平稳可靠 施工工艺成熟 不需要大型起 重设施 施工质 量有较高的保 证 国内施工经验丰富 施工质量较高 结构 造型灵活 可模型好 当处于恒载状态时 桥梁 两侧梁体结构具有接近平 衡的受力状态 受力机理 得到优化 混凝土构件的 耐久性得到提高 同时避 免了更换橡胶支座的在施 工过程中带来的隐患与麻 烦 施工方法 采顶推法施工 全桥等截面五 跨 桥的两岸有 较好的预制场 地 可以分节段 预制梁身 顶推 法施工较经济 方便 悬臂拼装法施工 桥 两岸可提供良好的预 制场地 使用起吊机 械 对称吊装梁段 用于悬臂拼装的机具 很多 总体施工方便 悬臂浇筑法 由于桥墩较 高 不适合悬臂拼装 故 采用移动式挂篮为主要施 工设备 经济适用 经济性 较经济 较经济 经济 结论 弃用 弃用 选用 5 5 总结 总结 1 由地面高程和桥面设计高程可知 所设计的桥梁墩高大约介于 25m 41m 之间 属于高墩桥梁 若选择连续梁桥会增大施工难度与工程造价 桥梁的安全性也会有 所降低 因此连续刚构桥比较符合要求 2 连续刚构桥的墩梁固结 不用设置昂贵的大吨位支座 节约经济 同时避免了 连续梁桥在施工过程中墩梁临时固结和体系转换所带来的风险与问题 连续刚构桥 在施工过程中稳固性较好 提高了施工的安全性 降低了边跨梁端大架合龙的难度 根据设计要求与地质条件 预应力混凝土连续刚构桥 65m 120m 65m 为最优方案 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 1 1 设计的重点与难点设计的重点与难点 重点 1 方案比选过程中桥型的选择与布置 施工方案的选定 每个方案经济性的比较 2 箱型截面各个部位尺寸拟定 桩基础的选择与尺寸 3 主梁在恒载与活载下的内力计算 成桥状态下的结构内力分析 4 预应力钢筋的配置与选择 难点 1 主梁在恒载与活载状态下的内力组合与计算 2 预应力钢筋束的布置 3 主梁变形的验算 4 计算主梁截面几何特性 2 2 拟采用途径拟采用途径 1 通过查阅现有资料 选择合理的桥型 拟定正确的结构尺寸 2 利用相关计算软件模拟施工过程中的成桥状态 并对结构内力进行分析与计算 3 正确使用相关规范 使设计更加标准合理 4 适当进行一些手算以检验计算软件所得数据的正确性 四 设计 研究 进度计划 第 1 4 周 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 第 4 8 周 专业文献翻译 推荐方案上部结构设计计算 电算 第 8 9 周 配筋计算 第 9 10 周 强度 刚度 稳定性验算 进行中期检查 第 10 13 周 绘制上部结构施工图 第 14 15 周 下部结构计算 并绘制下部结构施工图 第 15 周 专题小结 部分同学完成 第 16 周 整理 修改资料 汇总成果 准备答辩 第 17 周 答辩 第 17 周 提交成果 五 参考文献 主要参考文献与外文翻译文件 1 邵旭东 桥梁工程 M 北京 人民交通出版社 2005 2 叶见署 结构设计原理 M 北京 人民交通出版社 2005 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 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 5 JTJ 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 6 JTG D63 2007 公路桥涵地基与