桥梁工程毕业设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题目：茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥

方案比选与施工图设计

√ 论文 □ 课 题 类 别： 设计 □

* * * 名： *** 学 号： ************ 班 级： 桥土07-02班 专业（全称）： 土木工程（桥梁工程方向） * * * 师： **

2011年3月

一、本课题设计（研究）的目的： （一）目的 1、通过桥梁毕业设计使学生运用所学的课程系统的训练，以便掌握桥梁的基本理论、基本知识和基本计算方法； 2、通过毕业设计的实践，理论联系实践，独立完成设计，不断提高分析问题和解决问题的能力； 3、通过毕业设计，不断提高查阅文献、计算、绘图、使用桥梁规范和设计手册，编写技术文件，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、设计方法和设计步骤；准守纪律，遵守校规、校纪，严谨负责，实事求是，刻苦钻研，相互协作，勇于创新。 4、总而言之，应当： 熟悉桥梁设计的整个过程,加强对规范手册的了解和应用； 掌握桥梁的基本概念，增强综合运用各种所学知识的能力； 提高桥梁结构分析能力和运用电算能力，使用商业软件或者其他计算程序； 提高利用计算机辅助设计（CAD）的水平； 培养独立解决实际问题的能力； 培养严肃认真，一丝不苟的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。 （二）技术标准 1．按设计任务书、指导书及桥位河床地质断面图进行设计； 2．设计跨径：自行拟定； 3．设计荷载：公路Ⅰ级； 4．桥面净宽：净—11.75m + 2×0.5 m防撞栏。 5．其他的具体要求请见毕业设计指导书。 二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： （根据方案比选中所用到的桥型进行讲述） （一）连续梁桥 2.1.1连续梁桥简介 两跨或两跨以上连续的梁桥，属于超静定体系。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，由此可以增大桥下净空，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。 2.1.2连续梁桥优点 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。为拓宽横张预应力技术的应用范围，将其应用到更大跨度的连续梁桥中就显得尤为必要了。 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3～5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。近一、二十年，在架设预应力混凝土连续梁时，成功地采用了顶推法施工，即在桥梁一端（或两端）路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔，使施工较为方便。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂。此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此，连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。1966年建成的美国亚斯托利亚桥，是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥，它的跨径为376米。 （二）斜拉桥 2.2.1 斜拉桥的概念 斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。 2.2.2斜拉桥的受力状态及特点 桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，主要是我们脚下的主梁。现在我们就分析这个： 我们以一个索塔来分析。索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。 斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。 2.2.3不同类别的斜拉桥 根据空跨的布局斜拉桥可以分为双塔三跨式、独塔双跨式、三塔四跨式和多塔多跨式。 双塔三跨式斜拉桥是一种最常见的孔跨布置方式。由于它的主跨跨径较大一般用于跨径较大的河流。 在这类桥式中，边跨与主跨的比例非常重要，为了在视觉上清楚地表现主跨，边主跨之比应小于0.5.从受力上看，边主跨之比与斜拉桥的整体刚度、端锚索的应力变幅有着很大的关系。当主跨有活载时边跨梁端点的端锚索产生正轴力（拉力），而当边跨有活载时端锚索又产生负轴力（拉力松减），由此引起较大应力幅而产生疲劳问题。边跨较小时，边跨主梁刚度较大，边跨拉索较短，刚度也就相对较大，因而此时边跨的索塔的锚固作用就大，主跨的刚度也就相应增大。对于活载比重较小的公路和城市桥梁，合理的边主跨比为0.40～0.45，而对于活载比重较大的铁路桥梁，边主跨之比宜为0.20～0.25，同样道理，斜拉桥的边跨应比相同跨径混凝土斜拉桥的跨径小。 独塔双跨式斜拉桥也是一种较常见的孔跨布置方式，由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，适用于跨越中小河流和城市通道。

独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径与边跨跨径之比一般为1.25～2，但多数接近1.52，两跨相等时，由于失去了边跨及辅助墩对主跨变形的有效约束作用，因而这种形式较少采用。

斜拉桥与悬索桥一样，很少采用三塔四跨式或多塔多跨式。原因是多塔多跨式斜拉桥中的中间塔塔顶没有端锚索来限制它的变位。因此，已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式将使结构柔性进一步增大，随之而来的是变形过大。

2.2.4斜拉桥的施工工艺及描述

主梁施工

主梁除钢主梁和叠合梁采用工厂加工制作，现场起吊拼装形成外，预应力混凝土主梁大多采用挂篮现浇或支架现浇，少数也有采用预制拼装法完成。挂篮悬浇法由于其造价较低，且主梁线形易于控制，采用较为广泛。在我国，挂篮悬浇从后支点发展大前支点(也称“牵索式挂篮”），从小节距发展到大节距，从轻型发展到超轻型从节段施工周期15天发展到最快4天，技术已经逐渐成熟。牵索式挂篮的采用提高了挂篮承载能力，加快了施工速度。

索塔及索塔基础施工

目前中国斜拉桥无论采用H形，倒Y形，还是钻石形索塔，均采用钢筋混凝土结构。钢筋混凝土索塔的形成，主要取决于支架和模板工艺。近年来大多采用简易支架或无支架施工法；索塔施工模板、提模、翻模及爬模工艺，其中爬模造价较低，浇注节段高达6～9米，施工速度快，外观较光滑。斜拉桥因为其跨径较大使得主塔墩基础竖向荷载相应较大，从而基础工程相应较大。索塔基础一般采用桩基础、钢围堰、沉井、或围堰加桩基础施工方法。

拉索施工

拉索的加工一般采用热剂PE防护法在工厂或现场加工。拉索锚头有热铸和冷铸两种，大多采用冷铸锚头。拉素大多系整束集中防护张拉，但也有个别采用平行钢绞线分束防护张拉。斜拉索的张拉、牵引与张拉。随着斜拉桥的跨径增大，拉索长度和质量随之增大，其张拉、牵引及张挂的力度与难度随之增大。一般采用放盘法自下而上牵引到位或采用整盘吊装上梁后牵引上塔。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）： 3.1 方案比选的原则 1、安全方面（结构尺寸和构造上）： 在强度方面：足够的安全储备； 在刚度方面：控制变形 稳定性方面：保持原形状和位置的能力。 2、使用上的要求：适用耐久 保证在100年的设计基准期内正常使用 桥面宽度满足当前以及今后规划年限内的交通流量； 利于泄洪，通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）； 桥梁的两端方便于车辆的进入和疏散； 考虑综合利用，方便各种管线的搭载。 3、经济上的要求：合理的经济 选择造价和养护费用综合最省的桥型； 遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则； 桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的经济发展，产生最大的效益；对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通过，达到尽可能快回收投资的目的。 4、施工上的要求：技术先进 在因地制宜的前提下，尽可能采用成熟且先进的新结构、新设备、新材料和新工艺。 5、美学和景观上的要求：美观 着经济的发展、人们生活水平的提高，桥梁美学越来越受到重视。 6、环境保护和可持续发展 多方面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。 3.2 设计方案比选 （一）方案一：7×20m预应力混凝土连续梁桥 ①该桥结构的组成： 茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥全长140m。横截面布置采用C50分幅双箱3室的箱形截面。全桥采用等截面形式。箱梁截面顶宽12.75米，底板宽10.00米，平均梁高1.42米，箱梁顶板厚度采用30厘米，腹板厚度为40厘米，底板厚度50厘米。具体尺寸见图1-1和图1-2。 图1-1 立面图（单位：cm） 图1-2 横断面图（单位：cm） ②使用该结构的原因： 优点：单跨跨径小，比较经济，可采用顶推施工，不影响桥下公路通行。也可以采用落地支架施工。 缺点：单跨20m采用箱梁，施工复杂度要比T梁高，不利于装配式施工。 适用范围：适用于山区公路等对美观要求不高，但对安全性要高的公路 ③所采用的施工方法： 下部结构：钻孔灌注柱基础施工、桥墩立钢模现浇施工 上部结构：移动模架法施工 （二）方案二：（60+80）m独塔单索面斜拉桥 ①该桥结构的组成： 茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥全长140m。横截面布置采用C50单箱3室的箱形截面。全桥采用等截面形式。箱梁截面顶宽28.1米，底板宽14.00米，梁高3.00米，箱梁顶板厚度采用28厘米，腹板厚度为30厘米，底板厚度25厘米。具体尺寸见图2-1和图2-1。 图2-1 立面图（单位：cm） 图2-1横断面图（单位：cm） ②使用该结构的原因： 优点：可采用分节段斜拉悬臂挂篮施工，桥型美观。 缺点：箱梁高度较大，整体造价高，拉索不利于维护。 适用范围：适用于城市或近郊，对经济要求不高，但对美观有要求的公路。 ③所采用的施工方法： 下部结构：钻孔灌注柱基础施工、双肢薄壁墩立模板现浇施工 上部结构：斜拉悬臂挂篮施工 (三)方案比选 方案 一 预应力混凝土等截面连续梁桥 7×20m 等截面单箱三室箱形截面 1.42m 移动模架法施工 易于施工，施工难度小 二 独塔单索面斜拉桥 （60+80）m 等截面单索面三室箱形截面 3.00m 斜拉悬臂挂篮施工 施工难度较大 桥型名称 1 跨径布置（m） 2 3 4 5 截面形式 梁高（m） 上部结构施工方法 施工安全性 6 使用效果 全桥连续梁，无伸缩缝，行车采用斜拉桥，行车舒适，效果舒适，易于养护 美观，但较方案一难养护 7 8 9 10 工程量 养护维修量 工 期 经济性 工程量小 较小 较短 比方案二经济 工程量大 较大 较长 比方案一不经济 强度高、属于柔性结构11 安全性 强度高、刚度高、稳定性好 风度相对方案一要低、稳定性相对方案一要低 （四）总结 通过方案比选，预应力混凝土等截面连续梁桥比独塔单索面斜拉桥，桥梁建筑高度小，工程量小，施工难度小，可以采用多种施工方法，工期较短，易于养护。另外该桥是位于山区的高速公路桥，对于美观要求低。综上，设计最终确定采用预应力混凝土等截面连续梁桥。 （五）设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）： （1）重点： 1）箱梁细部尺寸的拟定； 2) 预应力钢筋的计算与布置； 3) 连续梁桥恒载状态下内力、位移的计算； （2）难点： 1)预应力筋的张拉及施工过程中预应力损失； 2) 混凝土的收缩徐变； 3) 预应力设计。 4）各部分验算 （3）拟采用途径： 1) 用桥梁计算软件ANSYS准确模拟整个施工过程及成桥状态； 2) 先计算成桥状态下包括二期恒载的内力，确定所需的预应力的大小、预应力钢筋的种类和布置位置，并通过手算和电算的对比，确定合适的状态； 3) 利用Autocad绘图软件进行相关施工图纸的绘制，并用Microsoft office办工软件整理资料，汇总毕业设计成功； 四、设计（研究）进度计划： • 1、 熟悉毕业设计的任务和要求、调研、撰写开题报告、准备好上机条件（1-3周）； • 2、 收集资料、方案比选、拟定推荐方案的结构尺寸=交比选方案报告和图纸（3-5周） • 3、 推荐方案上部结构设计计算、电算（5-9周）； • 对于比较容易计算的内容采用手算，对于相对难以计算但适合电算的部分采用ANSYS进行计算。 • 4、 配筋计算（10-11周）； • 采用结构设计原理进行配筋。 • 5、 强度、刚度、稳定性验算（11-12周）； • 采用ANSYS进行复核。 • 6、 下部结构设计计算（12-13周）； • 手算加ANSYS电算。 • 7、 绘制施工图（13-15周）； • 包括手绘和cad绘制。 • 8、 专业文献翻译（16周）。 • 9、 整理资料、汇总结果、准备答辩（17周） • 10、 答辩 五、参考文献： 1．JTJ 001-03，公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2003． 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 024-07，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，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，2002． 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．周念先．桥梁方案比选[M]．北京：人民交通出版社，1997． 11．王文涛．刚构—连续组合梁桥[M]．北京：人民交通出版社，1995． 12．范立础．预应力混凝土连续梁桥[M]．北京：人民交通出版社，1999． 13．林元培．斜拉桥[M]．北京：人民交通出版社，2006． 14．陈宝春．钢管混凝土拱桥设计与施工 [M]．北京：人民交通出版社，1999． 15．严国敏．现代悬索桥[M]．北京：人民交通出版社，2002． 16．邵旭东．桥梁设计百问[M]．北京：人民交通出版社，2003． 17．叶见曙．结构设计原理(第二版)[M]．北京：人民交通出版社，2005． 18．陈忠延．土木工程专业毕业设计指南（桥梁工程专业）[M]．北京：人民交通出版社，2002． 19．Wei-xin Ren，Hong Hao，Xin-Qun Zhu．Structuaral Condition Assessment Monitoring and Improvement [M]．Beijing：Science Press，2007. 20．American society of civil engineers. Journal of Structural Engineering[J]. American:2003:July. 21．易建国．桥梁计算实例集—混凝土简支梁（板）桥[M]．北京：人民交通出版社，1991． 22．马尔立．公路桥梁墩台设计与施工 [M]．北京：人民交通出版社，1998． 23．其他参考书：各类设计手册、施工手册和软件使用手册。 24．中国期刊网上桥梁专业的期刊论文和硕博士论文。 25．John Sun,Rafael Manzanarez,Marwan Nader．Design of Looping Cable Anchorage System for New San Francisco¨COakland Bay Bridge Main Suspension Span 指导教师意见 签名： 月 日 教研室（学术小组）意见 教研室主任（学术小组长）（签章）： 月 日