桥梁设计类任务书及开题报告仅供参考.doc

设计任务书
一、工程名称
3×20m先简支后连续箱梁桥
二、设计资料
3×20m先简支后连续箱梁桥，桥面净空11.25+2×0.5m
1．基本资料：桥宽11.25(行车道)+ 2×0.5m（防撞护栏），采用预应力混凝土组合箱梁；荷载等级：公路Ⅱ级。桥梁为正交桥。
2．桥址地质剖面见附图。
3．材料：预应力混凝土箱梁采用C50混凝土。立柱，盖梁及桥头搭板采用
C30混凝土，基桩采用C25混凝土。桥面铺装采用10cm厚沥青混凝土、三涂
FYT-1改进型防水层和8cm厚C50水泥混凝土调平层。预应力钢绞线采用1860
级高强低松弛715.2钢绞线。
三、设计要求
1．设计前进行调研整理设计思路并完成开题报告；翻译专业相关外文资料且不少于3000汉字。生产实习两周时间需要完成相应的实习日志及实习报告，这些成果到点考核。整个毕业设计过程分几块，过程定期检查评分。
2．计算要求：完成全桥相关计算，编制计算说明书。
3．绘图要求：
1) 整桥工程数量表
2) 桥型布置图（立面图、平面图、剖面图）
3) 箱梁一般构造图（边梁、中梁）
4) 箱梁预应力钢筋布置图（边梁、中梁）
5) 箱梁普通钢筋布置图（边梁、中梁）
6) 桥面铺装钢筋构造图
7) 伸缩缝一般构造图
8) 桥台、桥墩一般构造图
9) 桩基础一般构造图
10) 桥台、桥墩钢筋构造图
11) 桩基础钢筋构造图
12) 桥头搭板钢筋构造图

开题报告
华北水利水电大学本科生毕业设计开题报告
学生姓名

学号

专业

题目名称

课题来源
自选
主
要
内
容
【摘要】本设计采用的桥型为3×20m先简支后连续预应力连续箱梁桥，结合该桥的设计，旨在培养学生综合运用所学知识和技能，提高调查研究、理论分析、设计计算、绘图、撰写论文和说明书以及分析及解决工程实际问题的能力。本报告给出了该桥型的设计目的，设计依据，桥梁高程、跨度的确定，截面尺寸的确定，设计流程，预期成果，时间规划和参考文献。此外还附上了桥型立面、平面图和跨中、支点截面详图，为毕业设计的下一步的内容指明了方向，以便能够顺利有效的进行
1.设计基本资料
1.1工程名称及任务
金星路四桥左线设计：3×20m先简支后连续箱梁桥，桥宽11.25（行车道）+2×0.5m（防撞护栏），采用预应力混凝土组合箱梁。
1.2桥梁线形布置
（1）平曲线半径：无平曲线
（2）竖曲线布置：无竖曲线
1.3主要技术标准
（1）设计荷载：公路—II级
（2）通航要求：无
（3）设计安全等级：二级
1.4主要材料
（1）混凝土：预应力混凝土箱梁采用C50混凝土；立柱，盖梁及桥头搭板采用C30混凝土；基桩采用C25混凝土。
（2）预应力钢绞线：预应力筋采用15.20 高强度低松弛钢绞线、抗拉强度标注值，张拉控制应力取0.7，弹性模量。其力学性能指标应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的规定。
（3）普通钢筋：凡钢筋直径≥12mm者，采用HRB335级热轧带肋钢筋；凡钢筋直径＜12mm者，采用R235级热轧光圆钢筋。
（4）钢板：锚垫板等预埋钢板采用低碳钢。
（5）锚具：预制箱梁采用OVM型锚具及其配套设备；箱梁接头顶板束采用BM15型锚具及其配套设备。
（6）预应力管道：采用圆形、扁形金属波纹管。
（7）支座：GJZ180×180×35（CR）
（8）伸缩缝：GQF-C80伸缩缝
1.5桥面铺装
10cm厚沥青混凝土、三涂FYT-1改进型防水层和8cm厚C50水泥混凝土调平层。
1.6施工方式
装配式预应力混凝土组合箱梁
2.设计依据
（1）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）
（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
（3）《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）
（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）
（5）《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTG D63--2007）
（6）《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)
（7）《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》（JT/T 329-2010）
（8）《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JTT663-2006）
（9）《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT-T529-2004）
（10）《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）
（11）《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）
（12）《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）
3.桥梁设计
3.1桥型布置
（1）桥梁立面布置：如下图1所示；

图1.桥型布置图（单位：cm）
（2）桥梁平面布置：桥梁设计首先确定桥位，按照《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）的规定，小桥和涵洞的位置及线型一般应符合路线的总走向，对于公路上的特大桥、大桥、中桥桥位，原则上应符合路线走向，桥、路综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。因此在桥址断面上我们选择合适的一段作为桥梁的路线，下图2为在桥址断面上选择的一段路线图：

图2.桥址地面线断面（单位：m）
3.2截面构造设计
3.2.1截面形式及梁高
根据设计要求，设计为先简支后连续箱梁桥，采用组合箱梁的截面形式。组合箱梁的伸缩缝较少，可以保证行车的安全舒适。同时，组合箱梁结构轻盈，建筑高度小，配筋少，还可加快施工进度。
采用简支转连续施工的预应力混凝土连续梁桥一般采用等高度的主梁，考虑预制、安装的方便采用等跨度。装配式预应力组合箱梁我国的标准设计为20m、25m、30m、35m、40m等，其梁高分别为1.2m、1.4m、1.6m、1.8m，经分析比较，高跨比在1/16.5～1/20范围内比较经济。【1】考虑到腹板的高度、顶板的厚度以及三角承托的高度之和，我们这里取梁高1.25m，高跨比为1/16。如下图3、4为主梁横截面布置图：

图3.跨中横断面（单位：cm）

图4.支点横断面（单位：cm）
3.2.2横截面尺寸—顶板
（1）顶板宽度；单箱单室截面的顶板宽度一般小于20m；单箱双室的顶板宽度约为25m左右；双箱单室的可达40m左右，这里考虑到桥宽为12.25m的宽度和先简支后连续的施工方式的限制，主梁先预制，再运输、吊装就位，因此将此桥做成四个单箱单室的组合截面。[2]其中，预制中梁顶板宽240cm，底板宽100cm；预制边梁顶板宽282.5cm，底板宽100cm；预制主梁间采用60cm宽的横向湿接缝，从而减少吊装重量。
（2）顶板厚度：确定箱型截面的顶板厚度一般考虑两个因素，一是要满足承受横向弯矩的要求，二是要满足布置纵横向预应力钢筋的要求。组合箱梁的顶板一般做成等厚度18cm。
（3）翼缘板板：翼缘板长度一般不大于5m，当长度超过3m后，宜布置横向预应力钢筋；【2】组合箱梁的翼缘板一般做成等厚度18cm。
3.2.3横截面尺寸—底板
（1）底板宽度：为了施工和设计的方便，箱梁的底板采用等厚度100cm。【1】
（2）底板厚度：为了减少结构自重引起的内力，在跨中处底板采用较小的厚度值，一般为15～18cm，而在支点附近，为了很好地扩散支座传递来的反力，一般将支座附近的底板厚度增加为25cm，同时也满足了支点附近底板受压的压力特点。【1】因此取跨中底板厚度为18cm，在近支点处开始加厚，即在边支点1.7m处和近中支点2.2m处开始加厚至支座中心线处，支座处取25cm。
3.2.4横截面尺寸—腹板
一般地，等高度箱梁可采用直腹板或斜腹板，为了增加桥梁美感，组合箱梁设计为1/4的斜腹板，斜腹板宽度一般做的较窄以减轻吊装重量，但仍应满足主拉应力的需要及钢筋保护层和净距的要求，以保证混凝土的施工质量。【1】目前常用的腹板宽度为15～18cm，随着跨径的增大选用较大的数值。【1】由于支点附近剪力较大，为了增加结构的抗剪能力，可在支点处增加腹板的宽度，腹板厚度采用25～32cm。在1/4处设置腹板厚度过渡段。【1】
因此，考虑节省材料及造价采用斜腹板，取跨中腹板厚度为18cm，在近中支点2.2m开始加厚至支点处25cm；在近边支点1.7m开始加厚至支点处25cm。
3.2.5横截面尺寸—承托
为防止应力集中和便于脱模，在腹板和顶板交界处设置承托。由于顶板采用了2%的横坡，两侧承托不同，左侧为25cm×5cm，右侧为25cm×9cm。
3.2.6横截面尺寸—梗腋
梗腋有竖加加腋和水平加腋两种。在顶板和腹板交界处若设置竖向加腋，可加大腹板的刚度，对腹板受力有利，使腹板坚硬力控制界面下移，错开了横向弯曲应力高峰；水平加腋加大了预应力合力偏心。一般的，竖向加腋为1：2～1:4；水平加腋为1:0.5～1:2。为便于模板的制作和拆模，各种加腋的最小尺寸不宜小于10cm。【2】
在组合箱梁截面，考虑到梁高较低，顶板宽度不是很大，竖向加腋也可设置为1：1。因此，竖向加腋取比例1:1,尺寸为10cm×10cm；水平加腋取比例1:1，尺寸为10cm×10cm。
3.3横隔梁设置
箱型截面梁的抗弯及抗扭刚度较大，除在支点处设置横隔板以满足支座布置及承受支座反力外，可设置少量中横隔板。箱梁横隔板的主要作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。对于单箱单室截面，目前的趋势是不设中横隔板，对于多箱截面，为加强桥面板和各箱间的联系。可在箱间设置数道横隔板。【3】
箱梁支点处的横隔板的尺寸和配筋形式及箱梁的支撑方式有关。当支承位于主梁腹板之下时，横隔板中只需配置一定数量普通钢筋，且横隔板肋宽为30～50cm，具体视箱梁跨径而定。【3】
对于组合箱梁，中横隔梁的高度为主梁梁肋高度的0.7～0.9倍。端横隔梁可以做成及主梁同高度或者及中横隔梁高度相同。横隔梁一般做成肋板式，肋宽常用0.2m。【1】
这里横隔梁在下表面也按2%坡度布置，肋宽取0.2m。
箱梁一般构造立面图如下图5、图6所示

图5.边跨立面及箱梁横断面（单位：cm）

下图5为中跨立面及箱梁横断面示意图：

图6.中跨立面及箱梁横断面（单位：cm）
3.4下部结构设计
3.4.1支座
支座的主要作用是将桥跨结构上的恒载及活载反力传递到桥梁的墩台上去，同时保证桥跨所要求的位移及转动。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》9.7条关于支座的规定选用板式橡胶支座。
板式橡胶支座适用于中小跨径的公路、城市和铁路桥梁，标准跨径20m以内的梁和板桥，一般采用板式橡胶支座。【4】通过估算上部结构自重，查询表格可取支座型号为GJZ180×180×35（CR）。每片主梁下的底板安放两个支座。支座边缘距横向底板边缘10cm，两支座中心间距62cm。
3.4.2桥墩
桥墩从总体上可分为两种：重力式桥墩和轻型桥墩。但也有很多不同的分类方法，梁桥桥墩分为实体桥墩、空心桥墩，柱式排架桥墩、柔性桥墩和框架墩。同时，选用墩台应注意两点，为减少软基位移对结构的影响，尽可能减少超静定个数，适当加大桩距，减少根数；另外要尽可能选用适当的桩长以降低施工难度。【5】我们在这里选择柱式桥墩。
柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或多跟立柱所组成。外形美观，圬工体积少，是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式。柱式桥墩的墩身沿横桥向通常由1～4根立柱组成，柱身为0.6～1.5m的大直径圆柱或方形、六角形。墩身高度一般应控制在30m以下，当墩身高度大于6～7m时。可设置横系梁加强柱身横向联系。【6】这种桥墩的刚度较大，适用性广，并可及桩基配合使用。主要形式分为两种，一种是带盖梁的单排桩柱式桥墩，用能承受弯矩的盖梁来代替实体式桥墩上的墩帽，一般适用于上部结构为简支梁桥或先简支后连续的连续梁桥；第二种是不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩，主要用于连续现浇箱梁。我们选用带盖梁的单排桩柱式桥墩，其主要尺寸如下：
（1）盖梁：采用双悬臂式盖梁，上表面宽度大于上部两边梁间的距离，一般及路基同宽，这里取1140cm，下表面宽度为850cmm，每侧悬臂长度145cm；梁高一般为0.8～1.2梁宽【7】，则可取130cm；悬臂端厚度≥30cm【7】，取60cm；盖梁两端设置宽度30cm的防震挡块，及边梁斜腹板走势相同，垂直距离为5cm。
（2）墩身：单排双柱式桥墩墩身直径取130cm，墩身高为3.7m，柱距为6.5m
（3）横系梁：由于墩身高为3.7m，不到经验值6m需要设置横系梁的条件，而且墩身不高，根据《公路桥涵地基及基础设计规范》5.2.6第三条规定，对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置横系梁或将桩及柱直接连接，作为连接墩身及基础的结构，可以加强横向联系同时减少了设置承台的造价。根据《公路桥涵地基及基础设计规范》5.2.5第三条规定，当用横系梁加强桩之间的整体性时，横系梁的高度可取为0.8～1.0桩径，宽度可取为0.6～1.0桩径。由于桩径为150cm，这里取横系梁的宽和高均为120cm。长度为650cm。
具体尺寸如下图7所示：

图7.桥墩一般构造图（单位：cm）

3.4.3桥台
桥台指的是位于桥梁两端并及路基相连接的支撑上部结构和承受桥头填土侧压力的构造物。
所选为框架式桥台，适用于地基承载力较低，台身高大于4m、跨径大于10m的桥梁，其构造形式常用的有桩柱式，墙式和框架式。桩柱式桥台一般在填土高度小于5m时使用，由盖梁、背墙、耳墙和挡板组成，及桥墩构造类似且比较符合本设计地形条件。
桩柱式埋置式桥台对于各种土壤地机都适宜。根据桥宽和地基承载力可以采用双柱、三柱或多柱形式。具体尺寸如下图8所示：

图8.桥台一般构造图（单位：cm）
3.4.4基础
基础是保证桥梁墩台安全并将各种作用传至地基的桥梁墩台的最下部分。为了配合单排桩柱式桥墩和单排桩柱式埋置式桥台，基础选用单排钻孔灌注桩，通过横系梁直接及柱相连接。
根据《公路桥涵地基及基础设计规范》5.2.1条规定，钻孔桩设计直径不宜小于0.8m。5.2.4第二条规定，钻孔桩中距不应小于桩径的2.5倍。这里取桥墩及桥台的桩径均为1.5m，同时考虑盖梁下表面宽度，则取桩距为6.5m。
3.5横坡设置
桥面横坡是桥面在沿及路线垂直的方向（横向）的坡度。坡度可按路面横坡取用或比后者大0.5%，一般取1.5%～3%之间。桥面横坡的形成通常由三种方法：
（1）对于板桥（矩形板梁或空心板梁）或就地浇筑的肋板式梁桥，将墩台顶部做成倾斜的，再在其上上盖桥面板，可节省铺装材料并减轻恒载。
（2）对于装配式肋板式梁桥，可采用不等厚的路面铺装层，方便施工。这种方法主要优点就是简化了墩台制作及梁板的制作架设。但很有局限性，主要适用于单幅双向坡的情况，并且桥面不宜过宽，其次横坡不宜过大，因为如果在比较宽，横坡较大的桥梁中,用三角垫层设置横坡将使混凝土用量或恒载重力增大。这样对结构受力有较大影响。
（3）桥宽很大时，直接将行车道板做成双向倾斜，可减轻恒载，但主梁构造、制作均较复杂。桥面不宽时第二种方式较常用。
这里我们采用顶板倾斜造坡，即每片主梁中心梁高相同，腹板高度不变，通过变更三角承托的高度使腹板倾斜造坡，保证底板水平利于安放支座，同时设置盖梁上表面倾斜为2%的横坡，设置在横向的不等高垫石，垫石上表面水平安放支座。具体如下图9.支座垫石（单位：cm）所示：

图9.支座垫石（单位：cm）

3.6伸缩缝
采用GQF-C160型伸缩缝。
4.施工工艺
4.1施工方法
预制简支-连续施工的一般顺序：预制简支梁，分片进行预制安装，预制时按预制简支梁的受力状态进行预应力筋（正弯矩）的张拉锚固，安装完成后调整位置（横桥向及高程），浇筑墩顶接头处混凝土，更换支座，进行第二次预应力筋（负弯矩）的张拉锚固，进而完成一联的预应力混凝土连续梁施工。简支-连续施工方法存在体系转换。体系钻转换方法一般有以下三种：
（1）从一端起逐孔连续，即先将第一孔及第二孔形成两跨连续梁，然后再及第三孔形成三跨连续梁，以此类推，形成一联连续。
（2）从两端起向中间依次逐孔连续。
（3）从中间孔向两端依次逐孔连续。
4.2施工阶段
第一施工阶段：本阶段预制主梁，待混凝土达到设计强度100%后，张拉正弯矩区预应力钢筋，并压注水泥浆，再将各跨预制箱梁安装就位，形成有临时支座支承的简支梁。
第二施工阶段：首先浇筑两边跨及中间跨连续段接头混凝土，达到设计强度后，张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆。
第三施工阶段：拆除全桥的临时支座，主梁支撑在永久支座上，完成体系转换，再完成主梁横向接缝，最终形成三跨连续梁。
第四施工阶段：进行防护栏和桥面铺装的施工，完成全桥施工。
第五施工阶段：进行使用阶段。
5. 设计流程
（1）根据交通、通航、地质、水文、地形条件确定桥梁的桥面标高、坡度、总长、桥宽等主要尺寸；本设计桥面标高53.651m，横坡为2%，总长60m，桥宽12.25m；
（2）根据各种桥型的特点，确定主桥的跨径布置、分孔方式，本桥三跨；
（3）根据跨径大小、桥宽、结构特点，确定桥梁的截面型式、截面高度、厚度、宽度等参数的变化规律；该桥采用4个装配式箱梁截面。
（4）根据上部结构的跨度、桥高、确定主桥桥墩的截面，根据地质条件确定主桥的基础型式及基本参数；
（5）必要时，对第1到第4步进行修改调整；
（6）计算主桥成桥阶段的设计内力（强度组合），包括：各阶段的恒载计算（包括二期恒载）、活载计算、附加荷载计算（季节温差、日照温差、汽车制动力、支座沉降、地震荷载、船撞力、风荷载等）。同时依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规定，对桥梁结构进行正常使用和承载能力两种极限状态下的合作组合分析；
（7）进行上部结构控制截面配筋计算；包括跨中截面预应力钢筋的布置、锚固面钢束布置以及其他界面钢束位置及倾角计算；
（8）进行下部结构计算，确定单桩承载力，核算桩基布置方式；进行强度验算，包括：正截面抗弯强度验算、斜截面抗剪强度验算、正截面抗裂验算、斜截面抗裂验算、应力验算、局部受压验算；
（9）必要时对拟定的设计基本参数进行修正；
（10）编（绘）制设计计算书（含中英文摘要）、图纸。
（11）进行文桢，准备答辩。
6 预期成果
完成一座整桥设计，并编制设计说明书。包括计算书和设计图纸。计算书应包括
（1）主梁截面形式的拟定、截面特性的计算、主梁内力计算及内力组合、主梁配筋及预应力损失的计算、主梁的验算以及钢筋的相关计算；
（2）桥面板、盖梁、立柱桩基等计算，支座、伸缩装置、护栏等的选取、必要的设计说明等。设计图纸必须包括桥型布置图、主梁一般构造图、主梁普通布置图、主梁预应力钢筋布置图、横隔梁钢筋布置图、桥台一般构造图、桥墩一般构造图、盖梁钢筋布置图、耳背墙钢筋布置图、立柱钢筋布置图、桩基钢筋布置图。
所有图纸须以A3纸出图，并装订成册。提交的成果包括纸质和电子文档两部分。
7.参考文献
[1] 姚玲森.桥梁工程.[M].北京：人民交通出版社，2008.
[2] 范立础.桥梁工程（上册）.[M].北京：人民交通出版社，2003.
[3] 顾安邦.桥梁工程（下册）.[M].北京：人民交通出版社，2011.
[4] 邵旭东.桥梁工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007.
[5] 徐岳，邹存俊.连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，2012.
[6] 王晓谋.基础工程（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2010.
[7] 叶见曙.结构设计原理（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2007.
[8] 公路桥涵设计手册，梁桥（第二版）. [Z].北京：人民交通出版社，2011.
[9] 易建国.混凝土简支梁（板）桥. [M].北京：人民交通出版社，2006.
[10] 公路桥梁通用图（箱梁系列）. [Z].北京：人民交通出版社，2007.
采取的主要技术路线或方法
1）箱梁现浇段处的端头形式。为满足现浇段及箱梁的充分结合和力的传递以及施工的要求，箱梁连续端头一般做成有台阶的马蹄形状，并根据施工操作的要求，预留现浇段的尺寸及其台阶的样式。
2）临时支座的设计及选材。临时支座的设计必须满足承重梁板和施工拆卸方便的要求。比较常用的方法可采用硫磺砂浆制成临时支座，在硫磺砂浆内埋入电热丝，在体系转换时采用电热法解除临时支座。也可采用钢管及硬圆木或预制钢筋混凝土圆形块制成砂箱式临时支座，在架设梁板时要通过试验来确定砂箱临时支座的沉降量，并根据梁板安装标高及对应墩台帽垫石标高的差值用箱内填砂和加高盖板的方法进行调节，以便能更好的控制准确梁板架设后的高度。
3）连续段现浇混凝土施工。在现浇连续段预埋钢筋的连接可采用绑条焊或搭接焊,现浇段混凝土采用及梁板同标号的混凝土,为了防止现浇连续段混凝土在养生硬化过程中发生收缩性裂缝影响混凝土在二次张拉过程中的承载力和桥梁的整体受力性能,现浇连续段接头混凝土添加微膨胀剂。永久橡胶支座及底模之间的缝隙用经过防锈处理的钢板或采用竹胶板制作的砂盒垫实密封,严防漏浆。
4）负弯矩二次张拉。负弯矩二次张拉是对梁板顶面的预应力钢束进行张拉,这是先简支后连续桥梁同简支梁桥的本质区别。预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线,钢束张拉采用两面同时张拉,张拉顺序从外侧向内侧,每次张拉一根钢绞线,直到张拉结束。压浆工作在张拉结束后及时进行。

时间安排

开题报告、方案设计和外文翻译2周；内力计算1周；内力组合和绘制内力包络图1周；配筋设计一周，施工验算1周；应力和强度验算1.5周；电算程序复核1周；绘图1.5周；成果整理1周。总设计时间11周，另答辩时间一周。

指导教师意见

签 名：
年 月 日
备注

26 / 26