京杭运河大桥设计开题报告.doc

杭州京杭运河大桥设计开题报告本次毕业设计涉及文献查询和翻阅、设计资料收集与整理、桥梁方案比选、桥梁结构设计、桥梁结构计算等方面的内容，通过专业的综合训练和具体的实践经历，可以培养我们获取知识、分析和解决问题和文字及口头表达能力；可以让我们更好地掌握专业知识，体现创新意识。一、 项目工程背影和设计的目的及意义1、项目背景1.1修建京杭运河大桥工程的必要性住在杭州半山的居民都知道，如果要从康桥到三墩，势必得从康桥路，转道石祥路绕一圈才能抵达拱康路。拱康路、康桥路是1995年拱墅区康桥镇政府集资4000多万元改建完成的，建成至今已有十余年。两路建成后，为分流104国道、市区车流，缓解城北地区交通拥堵发挥了重要作用，但由于近几年来一些大厂陆续搬入康桥，区科技园区、康桥物流产业的发展，加之过境车辆增多，道路已经不堪重负。就拱康路来说，拱墅区上塘街道相关负责人曾在两会期间专门提出议案，反映其“路面狭窄，交通流量很大，特别是十几米长的大吨位车辆，装载量都在几十吨甚至上百吨，造成路面压碎，交通拥堵，交通事故频发，严重危害附近村民的生活质量。”。事实上，除了交通问题，已经建成十余年的两条道路，地下自来水、污水、煤气等基础设施也已普遍落后。为缓解杭州城市北部的压力，将康桥镇与三墩镇之间的交通拉成一条直线，被称为“两路一桥”工程的拱康路、康桥路及跨运河工程被提上日程，而其中起重要连接作用的 “一桥”即京杭运河大桥的设计和建造则是势在必行。1.2修建京杭运河大桥的目的“两路一桥”工程是半山地区环境综合整治的重要组成部分，是建设秀美拱墅三年行动计划的重要项目。“两路一桥”工程建成后，有利于加强主城区与塘栖组团、崇贤区块的联系，使康桥与运河以西物流园之间、康桥镇和半山镇之间的交通更为便捷；有利于加强拱墅区的截污纳管工作，有效推进半山综合整治，有效改善拱墅区的市政基础设施；有利于缓解城市北部的交通压力，推动区域经济协调发展。2、京杭运河大桥设计的意义 康桥路跨运河桥的特殊之处在于其跨越了京杭大运河杭州段，而流淌了2000多年的京杭大运河，不仅是中华的“国之瑰宝”，更是杭州的“城之命脉”；不仅是杭州城市的一张“金名片”，更是杭州的历史传承。目前，杭州市政府、市委正积极推行实施运河（杭州段）综合保护工程，努力改善水环境、建设生态城市，提升杭州城市品位、提高人民生活品质，延续城市文脉、推进运河“申遗”，打造“东方休闲之都”、建设国际风景旅游城市。因此，康桥路跨运河桥不仅要满足交通功能的要求，其如何在安全、经济的基础上，与千年运河相协调，凸显运河文化，彰显城市风情？综合各种因素选择合适的方案并进行结构设计，使之满足以上各种要求，这是该项目设计的目的和意义所在。二、 设计相关资料的收集和整理1、工程地点和范围规划康桥路为横贯拱墅区东西向城市主干道，西接城市快速路巨州路，东连320国道，是康桥地区和运河以西的物流园区之间、康桥镇和半山镇的主要交通干道。本桥位于康桥路跨越京杭运河处，桥址处运河两侧现状主要为仓储、农村江畈、工业码头用地。2、工程地质概况2.1 区域地质与沿海场地稳定性在大地构造分区上，本区隶属扬子准地台钱塘台褶带余杭嘉兴台陷。依据区域的地质、地震资料，存在于本区的球川萧山深断裂和昌化普陀大断裂，为微活动性断裂。根据历史资料和浙江省地震部门的资料，拟建场地区域内断裂最新活动年代为第四纪晚更新世（Q3），全新世（Q4）无构造错动，据建筑抗震设计规范（GB50112001），工程区的抗震设防烈度为度，工程区设计基本地震资料加速度为0.05g，按建筑抗震设计规范（GB500112001）相关规定，拟建工程可不采取专门的抗震措施。因此，本场地作为拟建项目的建设场地是稳定的、适宜的。2.2地形地貌拟建跨线桥场地面的标高一般在3.854.54m之间，地势较为平坦，拟建沿线场地为沿海相沉积平原地貌。2.3地层结构经过工程勘察后知，沿线场地地层可分为17个工程地质场地层共计34个亚层。3、设计依据3.1 主要资料1）、杭州市康桥路（巨州路康园中路）工程规划2）、京杭运河杭州段综合整治与保护开发战略规划3）、京杭运河杭州段控制性详细规划（汇总整理）4）、康桥单元GS14控制性详细规划5）、道路范围1：1000地形图6）、康桥路（丽水路320国道）跨运河桥工程岩土工程勘察报告（详细勘察） 杭州市勘测设计研究院2007.97）、关于康桥路（巨州路丽水路）初步设计批复 杭州市建设委员会2007.8.283.2设计规范1）、城市桥梁设计准则（CJJ1193）2）、城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）3）、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4）、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）5）、公路桥涵施工技术规范(JT J0412004)6）、钢结构设计规范（GB500172003）7）、公路工程技术标准（JTG B012003）8）、公路桥涵地基与基础设计规范（JT J02485）9）、公路工程抗震设计规范（JT J00489）10）、公路桥梁抗风设计指南4、技术标准（1）河道情况：运河宽度根据现状按100米控制，为四级航道，通航净空为7米，最高通航水位为2.38米，通航范围内的梁底标高按不小于9.38米控制。（2）荷载标准：城A级，人群荷载按3.5KN/m2。（3）道路等级：城市主干道。（4）设计车速：60km/h。（5）抗震设防裂度：7度，相应桥梁冬峰值加速度系数：0.1g。（6）桥梁设计基准期：100年。5、设计原则桥梁设计应遵循“安全、适用、经济、美观、可持续发展”的工程建设基本原则，总体设计应满足功能要求，结构设计应安全可靠，外观造型应新颖美观，同时应控制投资规模，做到经济合理，以充分贯彻落实工程投资省、建设速度快、养护成本低、景观效果好的总体要求。（1）适用性。桥型结构在满足车辆行驶安全、舒适、快捷的交通功能的同时，应该满足运河水运的通航要求。同时为配合杭州市运河（杭州段）综合整治工程，桥梁建设应尽量少破坏桥址周围的环境。（2）经济性。结合桥址处京杭运河为常年有水，基础施工难度大，综合比较上部结构与下部结构之间的投资费用关系，选择合理的结构形式、施工方案，以此来缩短施工周期，节省工程造价，降低养护成本。（3）安全性。对桥梁方案进行全面比选、深入论证、精心设计，吸收国内外同类型桥梁建设的先进技术和宝贵经验，结合运河上或者钱塘江上其他已建或在建桥梁的具体特点，将本项目建成技术先进、安全可靠、美观耐用的现代化桥梁。（4）美观性。京杭大运河是中华民族劳动人民的伟大历史结晶，是中华的民族“瑰宝”。处于京杭大运河最南端的杭州，集江、河、湖、海、溪于一城,她面海而栖、濒江而建、傍溪而聚、因河而兴、由湖而名,是一座“五水共导”的城市。当回顾杭州城市历史的时候,必然会提及京杭大运河在杭州兴起、发展和繁荣中所具有的独特而重大的贡献。因此在进行桥梁方案设计时必须考虑桥梁的美观性。桥梁跨越柔和而悠远的运河，为保持协调性，桥梁不应太突兀和张扬。（5）环境保护和可持续发展性 桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展性，包括生态、水、空气、噪音等几方面，应从桥位选择、桥跨布置、墩身方案、上部结构施工方法、施工组织设计等多方面全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。6、投资估算限于具体编制情况未知，投资估算只大概计算桥梁工量和建筑面积。三、桥梁设计的主要内容1、桥梁结构设计1.1桥梁整体平面布置桥位处河道与线路相交，河道宽约100m，京杭运河杭州段常年有水，考虑到水中墩基础施工难度较大，工期长、费用高等特点，桥跨布置原则上尽可能不在河道主航道内布设桥墩或减少在主航道内布墩，以免影响通航。伸缩缝设置在主桥和引桥之间以及两岸桥台处。1.2桥梁选型桥梁按结构体系划分主要有梁式结构、拱式结构、缆索结构。（1）梁式结构：连续梁变形小，结构刚度好，行车平顺舒适，养护工作量小，抗震能力强，结构受力合理、施工方法成熟、经济指标优良的桥型。相对于连续刚构桥而言，连续梁需要有大吨位支座，且在施工期间存在临时固接等施工措施。目前已建成的连续梁和连续刚构的最大跨径分别达到160和301米。（2）拱式结构：拱式结构一般可分为上承式拱、中承式拱和下承式拱三种拱式结构，300米左右的中承式拱桥和下承式拱桥的矢高较大，对景观有较大影响。（3）缆索结构：目前缆索结构桥梁可分为斜拉桥和悬索桥两种桥型。缆索结构的主要特点是跨越能力大，结构轻盈，造型美观，但是造价也相对较高。综合上述分析，结合康桥路跨运河桥所处桥位的水文、地质、周围环境以及运河文化等因素考虑以及做到经济和美观相结合的原则，本次设计中桥梁选型主要考虑拱桥方案和矮塔斜拉桥方案，常规斜拉桥由于其较高的桥塔而显得与宁静的运河不够协调；连续梁桥则缺乏一定的美感，而且需设置较多的桥墩，影响通航和占用较多过水断面。1.3桥梁纵断面设计桥梁纵断面设计包括桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥道高程、桥上和桥头引道的纵坡及基础的埋置深度等。这里主要考虑桥梁总跨径和桥梁分孔的设计和纵断面尺寸的拟定。1.3.1 桥梁跨径布置桥梁总跨径一般根据水文条件确定。康桥路跨运河段运河宽大约100m，因此对于孔桥，其总跨度只要大于100m即可，而对于矮塔斜拉桥，由于考虑通航要求，桥塔和桥墩均设在运河岸边，其跨径应远大于100m，预计为200m左右。1.3.2 桥梁的分孔桥梁分孔不仅影响到使用效果和施工难易，还在很大程度上影响到桥梁的总造价。分孔应满足以下技术要求：（1）京杭运河有通航的要求，因此分孔时必须满足桥下的通航要求。（2）平原宽阔的河流上，主河槽部分需设置较大的通航孔，两侧浅滩则按经济跨径进行分孔。（3）在山区深谷、水深流急的江河上，为减少桥墩，应加大跨径。（4）河流中不利地质段，在布孔时，为使桥基避开不利地质段，应加大跨径。综合以上因素，矮塔斜拉桥采用三跨双塔形式，初步拟定跨径组合为6611066m；拱桥可采用双等跨形式，也可以采用单跨的形式。1.3.3 纵断面尺寸的拟定和验算纵断面尺寸的拟定主要是主梁纵截面的高度拟定，是否采取变高度截面等。对拟定的截面尺寸进行初步力学验算，使之符合要求。1.4桥梁截面的尺寸拟定和验算桥梁横断面的设计，主要取决于桥面的宽度和不同桥跨结构横截面的形式。桥面宽度决定于行车和行人的交通要求，为保证桥梁的服务水平，桥面宽度应当与所在路线的路基宽度保持一致。横断面设计主要是横断面尺寸的拟定。桥梁横断面尺寸的拟定可以参考已有资料，选取合适的截面形式，初步拟定截面顶底板宽度，截面高度，顶底板厚度，横隔梁高度等，然后对所选取的的横断面尺寸进行验算，看其是否符合要求，然后通过不断调整，使得最终拟定的尺寸符合要求。1.5预应力钢束的布置预应力筋的布置主要包括纵向预应力钢束的布置、横向预应力钢束的布置和竖向预应力钢束的布置三方面。1.6矮塔斜拉桥的桥塔和斜拉索布置设计 矮塔斜拉桥方案需要设计桥塔，包括桥塔高度和桥塔断面尺寸等。斜拉索设计主要设计斜拉索的在塔身和主梁上的布置间距和布置束数。2、方案比选在完成以上内容后和进行初步的力学分析后，全面考虑经济、适用、美观和安全的因素，阐述两种桥型方案的优缺点，选定最佳方案。3、桥梁结构计算桥梁结构计算只针对选定的桥梁方案做详细的力学计算。3.1计算程序和说明采用空间有限元程序Midas进行计算分析。计算分析中混凝土强度根据实际设计情况选用，预应力钢束选用规范规定的预应力钢绞线。二期恒载按具体情况选择相应值；汽车荷载安新规范规定的车道荷载考虑；人群荷载按照3.5KN/m2考虑；温度荷载按照杭州康桥地区当地气候条件取值。温度梯度遵照公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）相关规定取值；计算仅做总体计算，暂不考虑细部计算分析；计算考虑了恒载、人群、汽车、静风、温度等效应，并按规范要求进行组合。3.2设计中有待进一步探讨的关键技术问题：本工程的关键技术问题有：1）关键节点的受力问题； 2）施工及运营过程中结构的安全性能评估；3）主桥施工控制；4）市政管线布置问题；5）环境保护。3.2.1关键节点受力问题：如塔墩固结节点，拉索锚固节点，孔肋连接节点等，由于构造繁杂使得节点受力复杂。 在研究过程中应根据桥梁实际情况，选择适当的结构分析理论和结构分析方法，使得节点受力合理，保证桥梁安全、适用、耐久等。3.2.2 施工及运营中结构安全性能评估：主要研究内容有：（1）施工过程中的结构安全性能评估；（2）运营过程中的安全性能评估；（3）结构安全性能的风险对策研究。 通过以上三方面的评估和研究，保证桥梁结构在设计年限内处于安全状态。3.2.3主桥施工控制：（1）选择合理、优化的施工工序；（2）施工过程实时监控；（3）施工过程与理论模型理论值存在差异时，及时调整各种控制参数。3.2.4市政管线布置问题：原康桥路运营十年以来，原有各种污水管、煤气管线等均处于落后状态，应重新布置市政管线。新工程中在原则上所有管线应从人行道悬臂板下端通过。3.2.5环境保护问题： 配合杭州市运河（杭州段）综合整治工程，保护好环境，尽量减少对周围市民生活环境的干扰。4、编制设计文件在完成桥梁结构设计和结构计算以后，应编制设计文件。设计文件包括结构设计总说明、结构计算书、结构设计图。四、 设计实施计划1、(3.14.14) 查找和阅读相关文献，整理汇总各种信息。通过图书馆查询和互联网数据库查询等方式，获取相关文献，认真阅读并进行相关信息整理汇总，包括相关桥梁方案的发展过程、发展现状、研究水平和热点方向、设计理论和设计方法、施工方案等，编写文献综述。2、（4.154.25）方案比选就拱桥和矮塔斜拉桥两种方案而言：（1） 进行桥梁整体布置设计，即桥梁总跨径选择、主桥分孔和跨径组合、桥宽分幅等各方面内容的设计。（2） 桥梁上部结构初步设计，包括桥梁纵断面设计、桥梁主梁截面形式选择、箱粱截面结构形式、箱粱三向预应力钢筋布置、桥梁横断面截面尺寸拟定、斜拉索布置间距和锚固位置等。（3） 下部结构初步设计，包括桥台和桥墩布置、桥墩基础、承台和墩身设计等。（4） 施工方法，分别就不