桥梁工程毕业设计开题报告

题目名称 学生姓名 下梁镇乾佑河大桥 吴杰 专业班级 道桥08-05班 学号 321007020428 一、选题的目的和意义 1.为了加快当地的经济发展，顺应祖国的发展趋势，加快山区基础性建设步伐，甘肃和平镇二级公路的建设对其区域的交通条件有大力的改善，完善了公路运输网络，对该区域的经济发展、交通运输起到了积极的作用，而桥梁又是一条公路保持联通的关键是所在，正所谓有路必有桥，桥是咽喉是枢纽。此桥梁能够连接河流两岸，方面两岸的交通连接，具有明显的经济社会效益。建设该项目的的建设也是为了顺应整个神州大地交通发展的趋势，与国情相吻合。 2. 在经济方面，由于此处交通的不方便，桥梁的阻断使得该地区的经济发展缓慢且不平衡。该座桥梁促进了沿线经济持续、快速增长和旅游业的发展，对沿线自然资源、城镇发展、土地开发、利用、保护起到很大的作用。 3．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；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。 二、国内外研究综述 我国改革开放以来，路、桥建设得到了飞速的发展，对改善人民的生活环境，改善投资环境，促进经济的腾飞，起到了关键性的作用。 桥梁工程在工程规模上约占道路总造价的10%——20%，它同时也是保证全线通车的咽喉，特别在战时，即便是高技术战争，桥梁工程仍具有非常重要的地位。 随着科学技术的进步和经济社会文化水平的提高，人们对桥梁建筑提出了更高的要求。经过几十年的努力，我国的桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。 桥梁按受力体系可分为一下几种： 1. 梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构相比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造。对于中、小跨径桥梁，目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁桥的结构简单，施工方便，简支梁对地基承载力的要求也不高。 （1）简支T型梁 T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了，从16m到5Om跨径（带马蹄形而未加宽的T型截面适用跨径在30m以内，底部加宽的T型截面适用跨径在30-50m以内的预应力混凝土桥梁），都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。其发展趋势为：采用高强、低松弛钢绞线群锚：混凝土标号40～60号；T形梁的翼缘板加宽，25m是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改善行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。 （2）连续箱形梁桥 等截面箱形连续梁桥的适用跨径以40-60m为宜，当主跨跨径接近或大于70m时，宜采用变截面连续梁桥。另外截面能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。 箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室），早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。 由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土40～60号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。大跨径连续箱粱要采用大吨位支座，如南京二桥北汊桥165m变截面连续箱梁，盆式橡胶支座吨位达65O0kN。这种样大吨位支座性能如何？将来如何更换等一系列问题有待研究。 2. 拱式桥 拱式桥的主要承重结构是拱圈和拱肋（拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋）。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。同时，根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常采用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土来建造。 拱桥不仅跨越能力很大，而且外形酷似彩虹卧波，十分美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的，一般在跨径500m以内均可作为比选方案。但应当注意，为了确保拱桥的安全，下部结构和和体积（特别是桥台）必须能经受住很大的水平推力作用。此外，与梁式桥不同，由于拱圈（或拱肋）在合拢前自身不能维持平衡，因而拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁式桥。 根据近年的实践，钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用，特别是崇山峻岭的我国西南地区。 3. 刚构桥 刚构桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力，因而其受力状态介于梁桥和拱桥之间，刚架桥跨中的建筑高度可做到很小。但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚结处较易产生裂缝，需在该处多配钢筋。刚架桥一般均需承受正负弯矩的交替作用，横截面宜采用箱形截面，连续刚构桥主梁受力与连续梁相近，横截面形式与尺寸也与连续梁基本相同。 （1）T型刚构 这种结构体系有致命弱点。从60年代起到80年代初，我国公路桥梁修建了几座T形刚构桥，如著名的重庆长江大桥和沪州长江大桥，80年以后这种桥型基本不再修建了，这里不赘述。 （2）连续刚构桥 连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一，一般采用变截面箱梁。连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系。一联内无缝，改善了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。所以，连续刚构保持了T形刚构和连续梁的优点。连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。 由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。当然，桥墩较矮时，这种桥型受到。 近年来，我国公路上修建了几座著名的预应力混凝土连续刚构桥，如广东洛溪大桥，主孔180m；湖北黄石长江大桥，主孔3×245m；广东虎门大桥副航道桥，主孔270m，为目前世界同类桥中最大跨径。我国的预应力混凝土连续刚构桥，几乎都采用悬臂浇筑法施工。一般采用50～60号高标号混凝土和大吨位预应力钢束。 4. 悬索桥 悬索桥（也称吊桥）是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚碇结构需做的很大（重力式锚碇），或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇），缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制形成钢缆，以充分发挥其优良的抗拉性能。悬索桥的承载系统包括缆索、塔柱和锚碇三部分，因此结构自重较轻，能够跨越任何其他桥型无法达到的特大跨度，悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。 在所有桥梁体系中，悬索桥的刚度最小，属柔性结构，在车辆荷载作用下，悬索 桥将产生较大的变形，例如跨度1000m的悬索桥，在车辆荷载作用下，L/4区域的最大挠度可达3m左右。另外，悬索桥风致振动及稳定性在设计和施工中也需予特别的重视。 悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型）。但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也可以同斜拉桥竞争。根据理论分析，就目前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到3500m左右。当然还有规划中更大跨径的悬索桥。悬索桥跨径增大，如上所述当跨径达3500m时，动力问题将是一个突出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉”桥型。 悬索桥结合地形、地质、水文可采用单跨悬吊、双跨不对称悬吊和三跨悬吊。据查，世界上悬索桥多为单跨悬吊，其次是不对称双跨和三跨简支悬吊。三跨悬吊连续体系最少。丹麦大带桥，三跨悬吊连续，其跨径为535m＋1624m＋535m；中国的厦门海沧大桥，三跨悬吊连续，其跨径为 230m＋8m＋23Om，可称世界同类桥梁的第二位。 主缆的施工方法：空中纺线法（AS）；索股法（PWS）。我国几座悬索桥均采用PWS法。索股采用φ5mm镀锌钢丝，由91或127根φ5组成一根索股，根据受力钢缆由不同数量索股组成。 我国今后还会在长江、海湾修建更大跨径的悬索桥；一般加劲梁仍用钢箱；塔、锚用混凝土，但应对大体积混凝土水化热的冷却降温措施加以研究；悬索桥风动稳定还需进一步研究；钢箱梁的桥面铺装，我国已建成的几座悬索桥，都存在问题，今后应进一步研究钢箱梁桥面铺装材料、钢箱除锈、清洁、铺装的粘结以及施工工艺等。 5 斜拉桥 斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，在通过塔柱基础传至地基，塔柱基本上以受压为主。跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承（吊起）的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件，斜拉桥属于高次超静定结构，主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关，存在着一定最优的索力分布，使主梁在各种受力状态下的弯矩（或应力）最小。 斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有3O余座，仅次于德国、日本，而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如武汉长江第三大桥，主跨618m。我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。 未来的桥梁将向更长、更大、更柔方向发展，也将更加注重桥梁美学及环境保护。新中国桥梁建设水平取得了突飞猛进的发展，公路铁路两用桥向着大跨度、重荷载、高时速方向发展。 三、毕业设计（论文）所用的方法 3.1．设计步骤 3.1.1 方案拟定阶段 根据给定的毕业设计任务书和河床断面图，通过比较各种桥型的结构特点、受力特点以及根据现行公路桥梁设计规范，确定桥梁总跨径、桥孔分孔，初拟桥梁图示、基础以及墩台的形式、桥梁横断面尺寸的设计、上下部构造主要尺寸的拟订，得出2—3套可行方案。 3.1.2 进行桥梁方案的比选 3.1.3 计算阶段 (1)确定计算图式 (2)内力计算 a) 恒载内力计算 b) 活载内力计算 c) 附加内力计算 d) 结构次内力计算 (3)内力组合，包括承载能力极限状态和正常使用极限状态 (4) 绘制内力包络线 (5) 配筋设计 (6) 应力验算 (7) 强度验算 3.1.4 下部结构的设计 3.1.5 施工图绘制 3.1.6 设计计算书的编写阶段 3.2 设计重点 （1）上部结构尺寸的确定； （2）利用桥梁电算程序计算主梁截面特性； （3）主梁内力的计算； （4）配筋计算以及钢筋的布置； （5）施工图的绘制 四、主要参考文献与资料获得情况 ［1］ JTJ01-1997.公路工程技术标准［S］.北京:人民交通出版社,1997 ［2］ JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范［S］.北京:人民交通出版社,2004. ［3］ JTG D61-2005.公路圬工桥涵设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2005 ［4］ JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范［S］.北京:人民交通出版社,2004. ［5］ JTG D60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范［S］. 北京:人民交通出版社,1985. ［6］ 仁、朱剑桥编［M］.钢筋混凝土与砖石结构。 ［7］ 范立础.预应力混凝土连续梁桥［M］.北京: 人民交通出版社,1999. ［8］ 公路桥梁设计从书. ［M］.北京:人民交通出版社,1994. ［9］ 吴培明.结构设计原理(第二版)［M］.武汉:武汉理工大学出版社.2005. ［10］向中富.桥梁工程专业毕业设计指南［M］.北京:人民交通出版社,2010. 五、指导教师审批意见 指导教师： （签名） 年 月 日