桥梁开题报告-- 大桥引桥施工图设计 11页

大桥引桥施工图设计一、本课题设计（研究）的目的：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；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；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；遵守纪律，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。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：（一）桥梁的现状和发展趋势20世纪各种大跨径桥梁均在国内外的桥梁工程中得以建设和高速发展。无论是结构型式、施工方法，还是新型材料的应用均在不断地完善和进步。从世界上的典型工程实例中可见，大跨径桥梁在世界各地工程建设中有着重要的地位，必将有新的发展前景和开拓方向。1.预应力混凝土连续梁桥自60年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成Bendorf桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。第11页 大桥引桥施工图设计预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。目前我国已建成的有代表性的大跨径公路和城市预应力混凝土连续梁桥如表1所示。2.连续刚构我国大跨度连续刚构桥在过去的一段时间内取得了迅速发展，先后修建了洛溪大桥（主跨180m）、黄石长江公路大桥（主跨245m）、虎门大桥辅航道桥（主跨270m）、南昆铁路清水河大桥（单线，主跨128m）等大跨度连续刚构桥；主跨200m的铁路连续刚构桥也在设计研究之中。第11页 大桥引桥施工图设计大跨度连续刚构桥，具有整体性良好、抗震能力强、抗扭潜力大，桥体简洁明快、便于悬臂施工、维护方便等优点，但是，由于墩梁固结，对温度变化与混凝土收缩、徐变等比较敏感。大跨度连续刚构桥的发展趋势是：1)采用长悬臂单箱单室截面2)采用三向预应力体系，减薄顶板和腹板3)纵向预应力采用大吨位群锚，使顶底板尺寸完全由受力特性控制4)纵向不设或少设腹板束和通长束5)采用平竖弯相结合，将顶板束锚固与顶板承托内，将底板束锚固在底板与腹板相交区附近的锯齿块上6)采用计算机程序计算，计算模型考虑桩侧土的弹性抗力作用，将梁-墩基础作为一个整体，建立有限元计算模型。（二）设计方案比选1、技术标准：（1）设计荷载：公路—I级;（2）桥梁全长：270m；（3）桥面宽度：24.5m，横向布置为0.5m(防撞栏)+10.75m(行车道)+2m(中央分隔带)+10.75m(行车道)+0.5m(防撞栏)；2、方案比选的原则：（1）、技术先进（2）、安全可靠（3）、适久耐用（4）、经济（5）、美观（6）、环境保护和可持续发展3、方案比选（1）方案一：（75+120+75）m预应力混凝土连续梁桥第11页 大桥引桥施工图设计梁桥作为一种简单但实用的桥型，已经得到了充分的发展，连续梁可以做成两跨或是三跨以及多跨一联的。通过计算可知，在恒载的作用下，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，因此相对而言，弯矩分布更加的合理。它的优点是结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形绕曲线平缓，有利于高速行车。加之其施工难度相对较小，施工技术相对较低。同时，钢筋混凝土连续梁桥不易装配化施工，而花费较高费用现浇却仍然会产生裂缝，仅在城市高架桥，小半径弯桥中有少量使用。而预应力混凝土连续梁桥却应用非常广泛，随着悬臂施工法等技术的发展，预应力的技术优点便于机械化作业，从而提高了施工质量，降低了施工费用。因此综合考虑后选择预应力混凝土连续梁桥。在梁的横截面选择上，主要有空心板，T型梁和箱梁，空心板主要应用于小跨径桥梁上，而且自重大，截面用料不经济。T型梁和箱梁都有受力性能好的特点，但是综合而言，箱梁的顶板和底板面积比较大，能有效的承担正负弯矩，满足配筋的需要。同时由于此桥的设计宽度相对较大，箱形截面因其整体性能好，抗扭性能好，施工方便，材料用料经济，因此结合以上比选，综合考虑确定使用预应力混凝土连续梁桥，采用单箱双室截面。对于多于两跨的变截面连续梁，其边跨一般为中跨的0.6~0.8倍左右，当采用箱形截面的三跨连续梁时，边孔跨径甚至可以减少至中孔的0.5~0.7倍。根据已建成桥梁的资料分析，支点截面的梁高约为（1/16~1/18）l(l为中间跨跨长)，一般不小于l/20,跨中梁高H中约为（1/1.5~1/2.5）H中。单箱双室的顶板宽度约为25m左右，故天兴洲长江大桥引桥横截面布置采用C50双悬臂矩形单箱双室的箱形截面。孔跨布置为75m+120m+75m，全长270m，桥宽24.5m，从一号块到跨中按二次抛物线变化，桥面设2%的横坡，-2.37817%的单向纵坡。上部结构采用变截面箱梁，顶板厚度一般为25~30cm，底板厚度与主跨之比以为1/140~1/170，跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为22~28cm，箱梁腹板厚度可按经验公式计算得到。天兴洲长江大桥引桥设计为顶板厚度30cm，底板宽18.5米，悬臂板长度为3m，支点截面梁高7m，腹板厚度为80cm，底板厚度60cm。跨中截面梁高3m，腹板厚度40cm，底板厚度25cm。下部结构全桥均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩采用双柱式桥墩。全桥采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台使用整体现浇法。第11页 大桥引桥施工图设计连续梁横截面各尺寸（单位：cm）75m+120m+75m预应力混凝土连续梁桥（2）方案二：（72+126+72）m连续刚构国内已建成的连续刚构桥，边跨和主跨的跨径比值在0.5~0.692之间，大部分比值在0.55~0.58之间，这说明变截面连续刚构桥的边跨比值比变截面连续梁桥的比值范围0.6~0.8要小。其原因在于墩梁固结，边跨的长短对中跨和恒载弯矩调整的影响很小，而边、主跨跨径之比在0.54~0.56时，不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩，而且由于边跨合拢段长度小，可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上，进行边跨合拢，从而取消落地支架，施工也十分方便和经济。大跨度连续刚构桥主梁一般采用箱形截面，箱梁底部截面的高跨比一般为1/16~1/20，其中大部分为1/18左右，也有少数达到或低于1/20。跨中截面梁高通常为支点截面梁高的1/2.5~第11页 大桥引桥施工图设计1/3.5，略小于连续梁的跨中梁高，这是由于连续刚构桥墩梁固结，活载作用于中跨时，与相同跨径的连续梁相比，连续刚构跨中正弯矩较小的缘故。本方案孔跨布置为72m+126m+72m，上部结构采用变截面箱梁，箱梁顶板厚度为30cm，悬臂板长度为3m，支点截面梁高为7m，底板厚度为80cm，腹板厚为75cm，跨中截面梁高为2.5m，底板厚度为25cm，腹板厚为45cm，顶板和腹板接头处设置梗腋30*90。下部构造全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩采用双肢薄壁桥墩。全桥采用悬臂节段浇筑施工法。连续刚构横截面各尺寸（单位：cm）72m+126m+72m连续刚构（3）方案三：（75m+120m+75m）带挂梁的T形刚构75m+120m（挂梁长为30m）+75mT型刚构:根拟定边中跨之比为0.625。支点梁高为L/17-L/21，取6.5m，跨中梁高为支点梁高的1/5-1/2，选取2.5m。梁底截面选用二次抛物线形式。挂梁选用30m长。桥面宽为24.5m，横截面选用的是单箱双室截面。箱梁的细部尺寸为：箱梁顶宽为24.5m，底宽为18m悬臂端长为3m。顶板厚度25，悬臂端厚度为20cm，底板厚度由跨中到支点由20cm变厚到60cm，腹板厚度从跨中到支点为60cm第11页 大桥引桥施工图设计等厚，顶板与腹板连接处的承托选用1:3的比例,底板与腹板的连接处的承托选用1:3的比例。T形刚构横截面各尺寸（单位：cm）75m+120m+75m带挂梁的T形刚构（4）方案比选表桥型75m+120m+75m预应力混凝土连续梁桥72m+126m+72m预应力混凝土连续刚构桥75m+120m+75m预应力混凝土T型刚构桥适用性全桥伸缩缝只有两道，行车舒适；标高较低的一段，两桥墩均可避免高墩，跨径布置合理全桥伸缩缝只有两道，行车舒适；两桥墩均可避免高墩形式，跨径布置合理全桥的伸缩缝为桥孔数的偶数倍，较多，行车舒适性差，跨径不受通航要求，两桥墩均可避免高墩形式，布置合理在跨中容易产生较大的收缩徐变挠度，主墩无支座第11页 大桥引桥施工图设计安全性墩顶设置有滑动支座时，温度变化、混凝土收缩对上下部结构产生的超静定内力较小，有较好的抗震能力主墩无支座，施工时无体系的转化，结构为超静定，由于温度变化、混凝土收缩徐变对上下结构产生较大的内力，该结构对基础地基要求较高，在施工时无体系的转化，全桥为静定结构，不产生此内力美观性全桥梁高为二次抛物线，线性简洁明快、流畅，与周围环境协调好，桥型美观全桥梁高为1.65次抛物线，线性流畅，墩梁固结，气势宏伟，与周围环境协调好，桥型美观全桥梁高采用的是二次抛物线形式，与周围环境协调良好，但是由于挂梁的存在，使得接缝较多。经济型三种方案材料均为预应力混凝土，桥长相同，下部结构的施工方法均可采用爬模或者翻模施工，上部结构均可采用悬臂施工与支架现浇的方法相结合。横截面均采用的是箱型截面。两桥墩的高度相差不大。因此在总体上的经济性相差不大。经济上主要是由于各种桥梁的细节部分的处理引起的差异，例如连续梁桥要进行体系的转化、连续刚构对下部地基处理要严格、T构桥型在最终合龙时大多数情况下都要进行强迫合龙。（5）结论通过以上方案的比选，推荐使用方案一，即预应力连续梁桥。第11页 大桥引桥施工图设计三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：（一）设计重点①成桥状态下的结构分析②预应力钢筋的配置③连续梁桥恒载状态下内力、位移的计算④结构设计验算（包含正常使用极限状态和承载能力极限状态）（二）设计难点①施工过程的正确模拟②每阶段预应力筋的张拉及施工过程中预应力损失③混凝土的收缩徐变④对悬臂施工方法的认识⑤计算及其原理（三）研究途径①用桥梁计算软件Midas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在施工的每一个阶段，充分考虑混凝土的收缩徐变、预应力的损失、温度应立即支座的沉降等各方面的因素对成桥的影响第11页 大桥引桥施工图设计四、设计（研究）进度计划：²1~4周结合毕业实习熟悉、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²4~8周专业文献翻译、推荐方案上部结构设计计算，电算²8、9周配筋计算²9、10周强度、刚度、稳定性验算,进行中期检查²10~13周绘制上部结构施工图²14、15周下部结构计算，并绘制下部结构施工图²15周专题小结（部分同学完成）²16周整理、修改资料，汇总成果，准备答辩²17周答辩²17周提交成果五、参考文献：1．JTJ001-97，公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，1997．2．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．JTJ024-85，公路桥涵地基与基础设计规范[S]．北京：人民交通出版社，1985．5．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．第11页 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