桥梁综合重点工程优质毕业设计开题报告.doc

毕业设计(论文)开题汇报

题目：茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥
方案比选和施工图设计

课 题 类 别： 设计 论文 □
学 生 姓 名： 周伟其
学 号： 18030222
班 级： 桥土07-02班
专业（全称）： 土木工程（桥梁工程方向）
指 导 教 师： 韩艳

3月

一、本课题设计（研究）目标：
（一）目标
1、经过桥梁毕业设计使学生利用所学课程系统训练，方便掌握桥梁基础理论、基础知识和基础计算方法；
2、经过毕业设计实践，理论联络实践，独立完成设计，不停提升分析问题和处理问题能力；
3、经过毕业设计，不停提升查阅文件、计算、绘图、使用桥梁规范和设计手册，编写技术文件，利用电脑等基础技能，树立正确设计思想，逐步掌握设计标准、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，应该：
熟悉桥梁设计整个过程,加强对规范手册了解和应用；
掌握桥梁基础概念，增强综合利用多种所学知识能力；
提升桥梁结构分析能力和利用电算能力，使用商业软件或其它计算程序；
提升利用计算机辅助设计（CAD）水平；
培养独立处理实际问题能力；
培养严厉认真，一丝不苟学习态度和刻苦钻研、勇于创新科学精神。

（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：自行确定；
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．其它具体要求请见毕业设计指导书。

二、设计（研究）现实状况和发展趋势（文件综述）：
（依据方案比选中所用到桥型进行讲述）
（一）连续梁桥
2.1.1连续梁桥介绍
两跨或两跨以上连续梁桥，属于超静定体系。连续梁在恒活载作用下，产生支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载作用，使内力状态比较均匀合理，所以梁高能够减小，由此能够增大桥下净空，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，而且因为跨中截面弯矩减小，使得桥跨能够增大。
2.1.2连续梁桥优点
连续梁桥是中等跨径桥梁中常见一个桥梁结构，预应力混凝土连续梁桥是其关键结构形式，它含有接缝少、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应用，取得了显著技术经济效益。为拓宽横张预应力技术应用范围，将其应用到更大跨度连续梁桥中就显得尤为必需了。
主梁是连续支承在多个桥墩上。在荷载作用时，主梁不一样截面上有有正弯矩，有有负弯矩，而弯矩绝对值均较同跨径桥简支梁小。这么，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，能够先将主梁逐孔架设成简支梁然后相互连接成为连续梁。或从墩台上逐段悬伸加长最终连接成为连续梁。近一、二十年，在架设预应力混凝土连续梁时，成功地采取了顶推法施工，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，结构比较复杂。另外，连续梁桥主梁是超静定结构，墩台不均匀沉降会引发梁体各孔内力发生改变。所以，连续梁通常见于地基条件很好、跨径较大桥梁上。1966年建成美国亚斯托利亚桥，是现在跨径最大钢桁架连续梁桥，它跨径为376米。

（二）斜拉桥
2.2.1 斜拉桥概念
斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用很多拉索直接拉在桥塔上一个桥梁，是由承压塔，受拉索和承弯梁体组合起来一个结构体系。其可看作是拉索替换支墩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斜拉桥受力状态及特点
桥承受关键荷载并非它上面汽车或火车，而是其自重，关键是我们脚下主梁。现在我们就分析这个：
　　我们以一个索塔来分析。索塔两侧是对称斜拉索，经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重力作用，对索塔产生两个对称沿着斜拉索方向拉力，依据受力分析，左边力能够分解为水平向向左一个力和竖直向下一个力；一样右边力能够分解为水平向右一个力和竖直向下一个力；因为这两个力是对称，所以水平向左和水平向右两个力相互抵消了，最终主梁重力成为对索塔竖直向下两个力，这么，力又传给索塔下面桥墩了。
斜拉索数量再多，道理也是一样。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索力而已。
2.2.3不一样类别斜拉桥
依据空跨布局斜拉桥能够分为双塔三跨式、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个最常见孔跨部署方法。因为它主跨跨径较大通常见于跨径较大河流。
在这类桥式中，边跨和主跨百分比很关键，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，边主跨之比和斜拉桥整体刚度、端锚索应力变幅有着很大关系。当主跨有活载时边跨梁端点端锚索产生正轴力（拉力），而当边跨有活载时端锚索又产生负轴力（拉力松减），由此引发较大应力幅而产生疲惫问题。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，所以此时边跨索塔锚固作用就大，主跨刚度也就对应增大。对于活载比重较小公路和城市桥梁，合理边主跨比为0.40～0.45，而对于活载比重较大铁路桥梁，边主跨之比宜为0.20～0.25，一样道理，斜拉桥边跨应比相同跨径混凝土斜拉桥跨径小。
独塔双跨式斜拉桥也是一个较常见孔跨部署方法，因为它主孔跨径通常比双塔三跨式主孔跨径小，适适用于跨越中小河流和城市通道。
独塔双跨式斜拉桥主跨跨径和边跨跨径之比通常为1.25～2，但多数靠近1.52，两跨相等时，因为失去了边跨及辅助墩对主跨变形有效约束作用，所以这种形式较少采取。
斜拉桥和悬索桥一样，极少采取三塔四跨式或多塔多跨式。原因是多塔多跨式斜拉桥中中间塔塔顶没有端锚索来限制它变位。所以，已经是柔性结构斜拉桥或悬索桥采取多塔多跨式将使结构柔性深入增大，随之而来是变形过大。
2.2.4斜拉桥施工工艺及描述
主梁施工
主梁除钢主梁和叠合梁采取工厂加工制作，现场起吊拼装形成外，预应力混凝土主梁大多采取挂篮现浇或支架现浇，少数也有采取预制拼装法完成。挂篮悬浇法因为其造价较低，且主梁线形易于控制，采取较为广泛。在中国，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，技术已经逐步成熟。牵索式挂篮采取提升了挂篮承载能力，加紧了施工速度。
索塔及索塔基础施工
现在中国斜拉桥不管采取H形，倒Y形，还是钻石形索塔，均采取钢筋混凝土结构。钢筋混凝土索塔形成，关键取决于支架和模板工艺。多年来大多采取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对应较大，从而基础工程对应较大。索塔基础通常采取桩基础、钢围堰、沉井、或围堰加桩基础施工方法。
拉索施工
拉索加工通常采取热剂PE防护法在工厂或现场加工。拉索锚头有热铸和冷铸两种，大多采取冷铸锚头。拉素大多系整束集中防护张拉，但也有部分采取平行钢绞线分束防护张拉。斜拉索张拉、牵引和张拉。伴随斜拉桥跨径增大，拉索长度和质量随之增大，其张拉、牵引及张挂力度和难度随之增大。通常采取放盘法自下而上牵引到位或采取整盘吊装上梁后牵引上塔。

三、设计（研究）关键和难点，拟采取路径（研究手段）：

3.1 方案比选标准
1、安全方面（结构尺寸和结构上）：
在强度方面：足够安全贮备；
在刚度方面：控制变形
稳定性方面：保持原形状和位置能力。
2、使用上要求：适用耐久
确保在1设计基准期内正常使用
桥面宽度满足目前和以后计划年限内交通流量；
利于泄洪，通航（跨河桥）或车辆和行人通行（旱桥）；
桥梁两端方便于车辆进入和疏散；
考虑综合利用，方便多种管线搭载。
3、经济上要求：合理经济
选择造价和养护费用综合最省桥型；
遵照因地制宜，就地取材和方便施工标准；
桥位应考虑建在能缩短河道两岸运距，促进该地域经济发展，产生最大效益；对于过桥收费桥梁应能吸引更多车辆经过，达成尽可能快回收投资目标。
4、施工上要求：技术优异
在因地制宜前提下，尽可能采取成熟且优异新结构、新设备、新材料和新工艺。
5、美学和景观上要求：美观
着经济发展、大家生活水平提升，桥梁美学越来越受到重视。
6、环境保护和可连续发展
多方面考虑环境要求，采取必需工程控制方法，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该桥结构组成：
茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥全长140m。横截面部署采取C50分幅双箱3室箱形截面。全桥采取等截面形式。箱梁截面顶宽12.75米，底板宽10.00米，平均梁高1.42米，箱梁顶板厚度采取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使用该结构原因：
优点：单跨跨径小，比较经济，可采取顶推施工，不影响桥下公路通行。也能够采取落地支架施工。
缺点：单跨20m采取箱梁，施工复杂度要比T梁高，不利于装配式施工。
适用范围：适适用于山区公路等对美观要求不高，但对安全性要高公路
③所采取施工方法：
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该桥结构组成：
茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥全长140m。横截面部署采取C50单箱3室箱形截面。全桥采取等截面形式。箱梁截面顶宽28.1米，底板宽14.00米，梁高3.00米，箱梁顶板厚度采取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使用该结构原因：
优点：可采取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：适适用于城市或近郊，对经济要求不高，但对美观有要求公路。
③所采取施工方法：
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
二

桥型名称
预应力混凝土等截面连续梁桥
独塔单索面斜拉桥
1
跨径部署（m）
7×20m
（60+80）m
2
截面形式
等截面单箱三室箱形截面
等截面单索面三室箱形截面
3
梁高（m）
1.42m
3.00m
4
上部结构施工方法
移动模架法施工
斜拉悬臂挂篮施工
5
施工安全性
易于施工，施工难度小
施工难度较大
6
使用效果
全桥连续梁，无伸缩缝，行车舒适，易于养护
采取斜拉桥，行车舒适，效果美观，但较方案一难养护
7
工程量
工程量小
工程量大
8
养护维修量
较小
较大
9
工 期
较短
较长
10
经济性
比方案二经济
比方案一不经济
11
安全性
强度高、刚度高、稳定性好
强度高、属于柔性结构风度相对方案一要低、稳定性相对方案一要低

（四）总结
经过方案比选，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，能够采取多个施工方法，工期较短，易于养护。另外该桥是在山区高速公路桥，对于美观要求低。综上，设计最终确定采取预应力混凝土等截面连续梁桥。

（五）设计（研究）关键和难点，拟采取路径（研究手段）：
（1）关键：
1）箱梁细部尺寸确实定；
2) 预应力钢筋计算和部署；
3) 连续梁桥恒载状态下内力、位移计算；
（2）难点：
1)预应力筋张拉及施工过程中预应力损失；
2) 混凝土收缩徐变；
3) 预应力设计。
4）各部分验算
（3）拟采取路径：
1) 用桥梁计算软件ANSYS正确模拟整个施工过程及成桥状态；
2) 先计算成桥状态下包含二期恒载内力，确定所需预应力大小、预应力钢筋种类和部署位置，并经过手算和电算对比，确定适宜状态；
3) 利用Autocad绘图软件进行相关施工图纸绘制，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、 熟悉毕业设计任务和要求、调研、撰写开题汇报、准备好上机条件（1-3周）；
• 2、 搜集资料、方案比选、确定推荐方案结构尺寸=交比选方案汇报和图纸（3-5周）
• 3、 推荐方案上部结构设计计算、电算（5-9周）；
• 对于比较轻易计算内容采取手算，对于相对难以计算但适合电算部分采取ANSYS进行计算。
• 4、 配筋计算（10-11周）；
• 采取结构设计原理进行配筋。
• 5、 强度、刚度、稳定性验算（11-12周）；
• 采取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）；
• 包含手绘和cad绘制。
• 8、 专业文件翻译（16周）。
• 9、 整理资料、汇总结果、准备答辩（17周）
• 10、 答辩

五、参考文件：
1．JTJ 001-03，公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，．
2．JTGD62-，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．
3．JTGD60-，公路桥涵设计通用规范[S]．北京：人民交通出版社，．
4．JTJ 024-07，公路桥涵地基和基础设计规范[S]．北京：人民交通出版社，．
5．邵旭东．桥梁工程[M]．北京：人民交通出版社，．
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，．
7．姚玲森．桥梁工程(公路和城市道路工程专业用)[M]．北京：人民交通出版社，．
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，．
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，．
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，．
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15．严国敏．现代悬索桥[M]．北京：人民交通出版社，．
16．邵旭东．桥梁设计百问[M]．北京：人民交通出版社，．
17．叶见曙．结构设计原理(第二版)[M]．北京：人民交通出版社，．
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，．
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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．公路桥梁墩台设计和施工 [M]．北京：人民交通出版社，1998．
23．其它参考书：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

指导老师意见

署名：
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