桥梁工程毕业设计开题报告.docx

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桥梁工程毕业设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目：

展架桥（01号）施工图设计

课题类别：

设计□论文　□

学生姓名：

丛宝强

学号：

200518030110

班级：

桥土05-01

专业（全称）：

土木工程（桥梁工程方向）

指导教师：

钟惠萍

2009年3月

一、本课题设计（研究）的目的：

（1）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；

（2）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；

（3）通过桥梁毕业设计，使大家运用所学的课程知识，系统地训练和分析，以便掌握桥梁的基本理论，基本知识，基本的计算方法；

（4）通过桥梁毕业设计，不断提高计算、绘图，查阅文献（包括外文文献），使用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，了解生产设计的主要内容和要求，掌握设计原则、设计方法、设计步骤；

（5）通过桥梁毕业设计，系统地掌握WORD，CAD，桥梁电算等程序的基本技能，并且可以熟练的运用；

（6）树立正确的设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、用于创新的作风，为桥梁建设事业服务。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）及比选方案：

（一）.设计现状和发展趋势

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，这种桥型受到限制。

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＋648m＋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。

（二）.方案比选

技术标准：

汽车荷载：

公路-I级

桥面宽度：

全桥宽度26.00m（防撞栏杆0.5m）

比选原则：

①在因地制宜的前提下，尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺，必须认真学习国内外的先进技术，充分利用最新科学技术成就，把学习和创新结合起来，淘汰和摒弃原来落后和不合理的东西。

②A、所设计的桥梁结构在强度和稳定方面要有足够的安全储备。

B、防撞栏杆应具有足够的高度和强度。

③适用耐久，应保证桥梁在设计基准期内正常使用。

④桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。

⑤桥的外形从任何角度看都应该是优美的，结构布置必须精练，并在空

间有和谐的比例。

⑥桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求。

方案一：

（8×40）m预应力混凝土简支T型梁桥

本桥的横截面采用T型截面（如图1）。

防收缩钢筋采用下密上疏的要求布置所有钢筋的焊缝均为双面焊，因为该桥的跨度较大，预应力钢筋采用特殊的形式（如图2）布置，这样不仅有利于抗剪，而且在拼装完成后，在桥面上进行张拉，可防止梁上缘开裂。

优点：

制造简单，整体性好，接头也方便，而且能有效的利用现代高强材料，减少构件截面，与钢筋混凝土相比，能节省钢材，在使用荷载下不出现裂缝等。

缺点：

预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，使桥面铺装加厚等。

施工方法：

采用预制拼装法施工，即先预制T型梁，然后用大型机械吊装的一种施工方法。

立面图

图2

图1

图1图2

方案二：

（86+148+86）m预应力混凝土连续箱形梁桥

本桥采用单箱单室（如图3）的截面形式及立面图（如图4），因为跨度很大（对连续梁桥），在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律，变截面梁的变化规律采用二次抛物线。

优点：

结构刚度大，变形小，行车平顺舒适，伸缩缝少，抗震能力强，线条明快简洁，施工工艺相对简单，造价低，后期养护成本不高等。

缺点：

桥墩处箱梁根部建筑高度较大，桥梁美观欠佳。

超静定结构，对地基要求高等。

施工方法：

采用悬臂浇筑施工，用单悬臂—连续的施工程序，这种方法是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋，移动机具、模板继续施工。

图4

图3

方案三：

（16×20）m预应力混凝土空心板桥

本桥横断面采用17块中板（如图5、图6）和2块边板（如图7、图8）

优点：

预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。

采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。

缺点：

行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。

施工方法：

采用预置装配（先张法）的施工方法，先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉，并将其临时固定在张拉台座上，然后按照支立模板——钢筋骨架成型——浇筑及振捣混凝土——养护及拆除模板的基本施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。

图5.中板跨中截面图图6、中板支点截面

图7.边板跨中截面图8.边板支点截面

方案比选表

方案

设计方案一

设计方案二

设计方案三

适用性

各梁受力相对独立，避免超静定梁的复杂问题，行车较舒适。

箱形截面抗扭刚度大，可以保证其强度和稳定性，有效的承担正负弯矩，桥梁的结构刚度大，变形小，行车平稳舒适。

空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短。

美观性

构造简单，线条简洁

全桥线条简洁明快，与周

围环境协调好，因此，桥

型美观

全桥线条简洁，但桥孔跨

度多，因此显得有些繁缛

影响桥型美观

施工难易

等跨径布置，细部尺寸相同，可以重复利用模板预制，施工较为方便。

相对简支梁桥的施工要更复杂。

相对于简支T型梁和连

续箱形梁施工较简单。

经济性

等截面形式能大量节约模板，加快建桥进度，简易经济，但不能充分利用截面作用，基础设计量大。

连续梁刚度大，变形小，伸缩缝少，能充分利用高强材料的特性，促使结构轻型化，跨越能力强。

充分发挥了高强材料的

特性，而且提高了混凝

的抗裂性，促使结构轻

型化。

后期养护成本较

高

结论：

通过经济性、适用性、美观性、施工难易等方面的综合比较，我推荐第一个方案。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

1.重点：

1）方案比选，确定最优方案；

2）拟定主要结构尺寸；

3）选取计算简图，进行结构内力计算；

4）配筋设计计算；

5）强度、刚度、稳定性计算；

6）施工图绘制。

2.难点：

1）正确选取计算简图，利用电算进行结构内力计算。

2）配筋设计计算及复核。

3.研究途径：

1）广泛查阅文献资料；

2）充分利用网络资源查阅相关内容；

3）利用桥梁电算程序处理很分析数据；

4）学习诸如桥梁博士等专业软件进行设计计算；

5）请教老师，帮助解决疑难问题。

四、设计（研究）进度计划：

毕业设计工作任务

进度安排

1.熟悉、准备资料,方案比较,拟定推荐方案的结构尺寸,交方案比选（开题）报告和图纸，英文文献翻译

第1——4周

2.推荐方案上部结构设计计算

第3——8周

3.配筋计算及验算，进行中期检查

第9——10周

4.桥面板、横隔板等设计及计算

第11周

5下部结构设计计算、配筋、验算

第13——14周

6.整理资料，汇总成果、绘制施工图

第15周

7.修改文件及图纸，成稿，准备答辩

第16周

8.答辩

第17周

9.提交成果

第17周

五、参考文献：

［1］JTJ01-1997.公路工程技术标准［S］.北京:

人民交通出版社,1997

［2］JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范［S］.北京:

人民交通出版社,2004.

［3］JTGD61-2005.公路圬工桥涵设计规范［S］.北京:

人民交通出版社，2005

［4］JTGD62-2004.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］JTGD60-1985.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］张健仁、朱剑桥编［M］.钢筋混凝土与砖石结构。

［7］邵旭东.桥梁工程（上、下册）［M］.北京:

人民交通出版社,2004.

［8］颜东煌，李学文.桥梁电算［M］.长沙:

湖南大学出版社,1999.

［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］.上海:

同济大学出版社,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,1994.

［14］公路桥梁设计从书.［M］.北京:

人民交通出版社,1994.

［15］陈忠延.土木工程专业毕业设计指南［M］.北京:

中国水力水电出版社,2002.

［16］严国敏.现代悬索桥［M］.北京:

人民交通出版社,2002.

［17］马保林.高墩大跨连续刚构桥［M］.北京:

人民交通出版社,2002.

［18］叶见曙.结构设计原理（第二版）［M］.北京:

人民交通出版社,2005.

［19］138/JOURNALOFBRIDGEENGINEERING?

ASCE/MARCH/APRIL2008

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