土木工程毕业设计论文桥梁设计.docx
《土木工程毕业设计论文桥梁设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程毕业设计论文桥梁设计.docx（78页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
土木工程毕业设计论文桥梁设计
土木工程毕业设计（论文）-桥梁设计
第六章施工方案简介45
一施工流程45
二施工细节47
致谢49
参考文献50
英文翻译51
第一章方案比选
一、概述
1.工程地质
云河二号桥位于某省下关与巍山两地的交界处，横跨云河。
大桥工程区段里程桩号为K19+135.000～K19+385.000。
桥址区地面标高介于1929.49～1969.93m之间，相对高差为40.44m。
桥位区段表层为亚砂土，厚度为2.8～8.4m。
由上至下依次为：
残坡积亚粘土：
褐、褐红色，稍湿，硬塑状，含碎石15%-25%，允许承载力σ。
=200-250KPa。
冲洪积圆砾（卵石）土：
褐色，饱和，稍密-中密，含2-20mm砾石35-40%，20-200卵石30-35%，成份为砂岩，亚圆形，充填物为砾砂，允许承载力σ。
=250-350KPa。
强风化泥岩、泥灰岩：
紫红色、灰绿色，黄褐色，风化呈碎石及粘土状，允许承载力σ。
=250-350KPa。
弱风化泥岩、泥灰岩：
紫红色，灰绿色，岩石破碎，呈碎块状、短柱状。
RQD=12-15%，允许承载力σ。
=800-1000Kpa。
其桥位勘测结果如下：
勘探孔编号：
QZK72
里程桩号：
K19+135.00孔口高程：
1969.93m初见水位深度：
m稳定水位深度：
m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻力（kpa）
容许承载力（kpa）
①2
Q4e1+d1
1962.33
7.60
7.60
亚粘土
50
180
③1
J3b
1948.93
21.00
13.40
强风化泥岩
80
250
③2
J3b
1947.73
22.20
1.20
弱风化泥岩
1200
勘探孔编号：
QZK30
里程桩号：
K19+160.00孔口高程：
1963.73m初见水位深度：
m稳定水位深度：
4.00m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻力（kpa）
容许承载力（kpa）
①2
Q4e1+d1
1955.13
8.60
8.60
亚粘土
50
180
③1
J3b
1942.23
21.50
12.90
强风化砂岩
80
250
③2
J3b
1941.63
22.10
0.60
强风化泥岩
1200
勘探孔编号：
QGK54
里程桩号：
K19+186.00孔口高程：
1950.71m初见水位深度：
m稳定水位深度：
m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻（kpa）
容许承载（kpa）
①2
Q4e1+d1
1945.51
5.20
5.20
亚粘土
50
200
③1
J3b
1930.41
20.30
15.10
全风化泥灰岩
70
210
勘探孔编号：
QGK55
里程桩号：
K19+214.00孔口高程：
1939.00m初见水位深度：
m稳定水位深度：
6.80m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚（m）
岩土名称
极限摩阻（kpa）
容许承载（kpa）
②1
Q4e1+d1
1931.60
7.40
7.40
亚粘土
50
210
③1
J3b
1922.80
16.20
8.80
强风化泥灰岩
80
250
③2
J3b
1918.80
20.20
4.00
弱风化泥灰岩
1200
勘探孔编号：
QZK31
里程桩号：
K19+240.00孔口高程：
1929.49m初见水位深度：
m稳定水位深度：
m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻（kpa）
容许承载（kpa）
②5
Q4e1+d1
1926.69
2.80
2.80
卵石土
120
250
③1
J3b
1914.99
14.50
11.70
强风化泥岩
80
250
③2
J3b
1907.49
22.00
7.50
弱风化泥岩
1200
勘探孔编号：
QZK73
里程桩号：
K19+256.00孔口高程：
1929.80m初见水位深度：
m稳定水位深度：
1.10m
地层编号
成因时代
层底标高
（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻（kpa）
容许承载（kpa）
②5
Q4e1+d1
1924.80
5.00
5.00
卵石土
120
280
③1
J3b
191380
16.00
11.00
强风化泥灰岩
80
210
③1
J3b
1909.50
20.30
4.30
强风化泥岩
80
250
③2
J3b
1907.60
22.20
1.90
弱风化泥岩
1200
勘探孔编号：
QGK56
里程桩号：
K19+300.00孔口高程：
1935.41m初见水位深度：
m稳定水位深度：
3.90m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻力（kpa）
容许承载力（kpa）
①2
Q4e1+d1
1928.11
7.30
7.30
亚粘土
50
200
③1
J2b
1914.91
20.50
13.20
强风化泥岩
80
250
③2
J2b
1905.01
30.40
9.90
弱风化泥岩
1200
勘探孔编号：
QZK32
里程桩号：
K19+320.00孔口高程：
1945.33m初见水位深度：
m稳定水位深度：
12.00m
地层编号
成因时代
层底标高（m）
层底深度（m）
层厚
（m）
岩土名称
极限摩阻力（kpa）
容许承载力（kpa）
①2
Q4e1+d1
1938.33
7.00
7.00
亚粘土
50
180
③1
J2b
1926.83
18.50
11.50
强风化泥岩
80
210
③2
J2b
1923.33
22.00
3.50
弱风化泥岩
1000
2.水文条件
1．地表水
桥址区地表水主要为云河，常年流水，河床较宽，水流不急，流量随季节而变化，枯水季节流量小，雨季流量大，遇山洪暴发，可起到排水泻洪的作用。
2．地下水
根据地下水的赋存条件及水理性质，地下水可分为松散岩类孔隙潜水及基岩裂隙水，其特点如下：
松散岩类孔隙潜水，赋水地层为第四纪河床相砂、砾、漂卵石，主要分布于河流两岸及滩地，地下水埋深较浅，主要补给为大气降水及河水下渗。
其水质对混凝土无侵蚀性。
基岩裂隙水，桥址区基岩为花岗岩，受构造影响，裂隙较发育，裂隙水。
多以泉水形式排出。
据临近工点水质分析报告可知，地表水及地下水对混凝土不具腐蚀性。
3.地震状况
地震震动峰值加速度0.25g。
二、设计技术标准与规范
1.设计技术标准
⑴道路等级：
高速公路
⑵路基宽度：
净11.0+2×0.5（护栏）
⑶设计荷载：
公路Ⅰ级
⑷最大纵坡：
2.0%
⑸桥面横坡：
2%
⑹结构设计基准期：
100年
⑺冲刷深度：
一般冲刷线低于河床1.0m，最大冲刷线低于河床1.5m
2.主要设计规范
⑴《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
⑵《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
⑶《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
⑷《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
⑸《公路桥梁抗风设计指南》（1996）
⑹《公路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTGD62-2004）
三、比选方案
方案一：
预应力混凝土连续梁
1.桥跨布置：
全桥为三跨单幅预应力混凝土变截面连续箱梁。
里程桩号为K19+135.000～K19+375.000。
桥孔布置为65+110+65＝240m。
梁底为二次抛物线，桥面设单向2％的横坡。
图1-1连续梁桥全桥布置图
2.主梁：
⑴截面形式：
本桥箱梁为单箱单室截面，箱底宽6m，两侧翼缘宽3.0m，箱梁顶面全宽为12m。
⑵截面尺寸：
箱梁在各墩支点处的截面高度为6.8m（L/17.6），在跨中及桥端支点处的高度为2.8m（L/40），箱梁顶板厚30cm，腹板厚45cm（跨中）～70（支点）cm，底板厚30cm（跨中）～100cm（支点）。
⑶。
图1-2箱梁截面形式示意图（
跨中截面，
支点截面）
3.基础：
采用钻孔灌注桩群桩基础。
4.施工：
主梁采用悬臂现浇施工，墩采用爬模法施工。
方案二：
中承式钢管混凝土拱桥
1.桥跨布置：
主跨布置为45+150+45＝240m
边跨与主跨跨度比为1/3.33
图1-3钢管混凝土桥布置图
2.主拱拱肋：
采用中承式双肋悬链线无铰拱，计算跨度240m，矢高26.5m，矢跨比1/4.5。
主跨拱肋的构造分为三种：
桥面以上为钢管混凝土；从桥面至拱脚这段拱肋做成钢管混凝土实腹结构，即上下弦管间以钢腹板连接，腹板间灌注混凝土形成实腹段；在拱脚段有投影长度10m的实心段。
边跨，主跨拱脚均固结于拱座，边跨曲梁与边墩之间设置轴向活动盆式橡胶支座，在两边跨端部之间设置钢绞线系杆，通过张拉系杆由边拱拱肋平衡主拱拱肋所产生的水平推力，是座系杆带悬臂半孔的自锚式拱桥。
两片拱肋之间在桥面上、下分别设置一定数量的风撑连接，以增加拱肋的横向刚度。
图1-4拱肋截面形式示意图
3.吊杆、系杆：
吊杆采用镀锌高强低松弛91
7钢丝束，
，OVM-LZM型冷铸镦头锚。
采用OVMXG15-37钢铰线拉索体系，
，系杆外包双层PE热挤塑护套。
4.基础：
采用钻孔灌注桩基础，桩径2.0m。
桥台为双柱式轻型桥台。
5.施工：
缆索吊装施工
方案三：
预应力混凝土连续刚构桥
1.桥跨布置：
全桥为三跨单幅预应力混凝土变截面连续箱梁。
里程桩号为K19+135.000～K19+375.000。
桥孔布置为65+110+65＝240m。
梁底为二次抛物线，桥面设单向2％的横坡。
图1-5连续刚构全桥布置图
2.主梁：
⑴截面形式：
本桥箱梁为单箱单室截面，箱底宽6m，两侧翼缘宽3.0m，箱梁顶面全宽为12m。
⑵截面尺寸：
箱梁在各墩支点处的截面高度为5.7m（L/19.3），在跨中及桥端支点处的高度为2.5m（L/40.7），箱梁顶板厚30cm，腹板厚45cm（跨中）～65（支点）cm，底板厚30cm（跨中）～80cm（支点）。
⑶。
图1-6箱梁截面形式示意图（
跨中截面，
支点截面）
3.基础
基础为钻孔灌注桩基础
4.施工
主梁采用悬臂现浇法，墩采用爬模法施工
四、方案对比、点评
1、从该桥桥址的实际地理位置地形环境，结合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的设计原则，综合考虑本桥的结构形式选取连续梁。
从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。
（1）适用性
桥上应保证车辆安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。
桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。
建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。
（2）舒适与安全性
现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。
整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。
（3）经济性
设计的经济性一般应占首位。
经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。
（4）先进性
桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。
应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。
（5）美观
一座桥梁，尤其是作为一个城市或地区的标志性建筑的大跨径桥梁更应具有优美的外形，同时应与周围的景致相协调一致。
合理优美的结构布局和轮廓是美观的主要因素，而非豪华的装饰。
应根据上述原则，对拟定的桥梁比选方案作出综合评估，选出最优的桥梁方案。
2、从结构的外形看，可以分成连续梁桥（方案一）、拱桥（方案二）、连续刚构桥（方案三）、三个不同的样式。
方案一是古老的梁式体系，是最常建造的实用、简洁、朴素的桥型。
其形态特征是水平方向单维突出，坦平箭直，充分显示了刚性，具有强的沿水平方向左右延伸的力动感与穿越感。
同时主梁底面设置为二次抛物线与直线段相结合的线型，远看有些拱桥的外观造型，梁高”中低边高”给人以动态的美感。
随着造桥技术的发展，连续梁桥跨径日益增大，施工技术已经十分成熟，可以较好的保证桥梁的施工质量。
方案二是中承式钢管混凝土拱桥。
钢管混凝土拱桥近十年来在我国发展迅速，随着数量的增多，跨径与规模也不断增大，分布区域也越来越广，钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点。
主拱曲线本身孕育着强烈的美感，柔美的拱轴线与直线型的梁柱、杆结合，具有刚柔并济、韵律优美的丰姿。
但这种桥型需基础承受很大的推力，该桥位处地质条件无法满足，同时由于施工场地地理位置限制，无法采用该种桥形常用的施工方法，施工难度大。
方案三和方案一一样同属梁式体系，连续刚构体系桥梁近几年一直朝着大跨径的方向发展，我国已经建造了许多这种桥梁，但由于连续刚构桥墩梁固结，在体系温度变化时，混凝土收缩等会在墩顶产生较大的水平位移。
连续刚构在对柔性墩设计时必须考虑上部梁体的变形。
以下为各比选方案的性能对比表：
方案
内容
第一方案
预应力混凝土连续梁桥
第二方案
中承式钢管混凝土拱桥
第三方案
预应力混凝土连续刚构桥
技术适用性
1、该桥式设计成熟、可靠，技术难度不大，
2、预应力混凝土连续梁桥的优点是结构总体刚度大，变形小，动力性能好主梁变形挠曲线平缓，有利于高行车。
1、该桥跨径设置合理，设计方案技术先进。
但技术难度较大，构造复杂。
1、该桥式设计成熟、可靠，技术难度大。
2、预应力混凝土连续刚构桥适于修建在桥墩较高的情况下，在本桥桥墩不太高的情况下增加了设计难度。
施工难度
施工机械化程度高，技术先进，方法简便工艺要求较严格。
所需设机具较少，无需大型设备。
两个墩可以同时进行施工，施工进度快，占用施工场地少。
支座用量小，节省大型支座费用。
施工体系转换较多，施工线形及合拢技术要求较高.
施工机械化程度高，技术先进，方法简便工艺要求较严格。
所需设机具较少，无需大型设备。
两个墩可以同时进行施工，施工进度快，占用施工场地少。
无须支座，节省大型支座费用。
施工线形及合拢技术要求较高，地基要求高.
缆索吊装法施工：
是我国修建大跨度拱桥的主要方法。
采用钢绞线斜拉扣挂悬拼技术，工作条件好，材料节省，操作方面，由于采用千斤顶作为施力工具，较传统的卷扬机施力准确。
精度高，施工控制方便。
经济性
造价最低
造价较低
造价较高
设计、施工
周期
设计施工难度不大,周期短,约需9个月
设计、施工较复杂,周期较长,约10个～12个月
设计、施工复杂,周期长,约需9个～10个月
安全性
有保证
有保证，有难度
有保证
实用性
最好
较好
较好
观赏性
一般
较好
一般
3、通过对各设计方案在技术适用性，施工难度，经济性，设计、施工周期，安全性，实用性，观赏性7个方面的综合对比分析，结合云河二号桥总体布置的需要，连续梁桥方案优势明显，被确定为最终设计方案。
第二章设计基本资料
一结构概况
本桥位于下关与巍山两地的交界处，横跨云河。
桥梁上部结构为65m+110m+65m的预应力混凝土变截面连续箱梁，采用单箱单室截面。
单箱底宽6.0米，翼缘悬臂长3.0米，单箱桥面宽为12.0米。
箱梁顶板设置双向2%横坡，通过箱梁顶部的C40混凝土调平层调节。
中支点处箱梁中心梁高6.8米，跨中箱梁中心梁高2.8米，梁高以二次抛物线变化。
顶板厚0.3米，悬臂板端部厚0.2米，根部厚0.6米，腹板厚0.45～0.7米，底板厚0.３～1.0米。
横隔板分别设置在中支点、边支点处，其中中支点处设两个厚0.75米横隔板，边支点处设一厚1.5米的横隔板。
桥梁桥面铺装层为10cm厚沥青混凝土铺装层。
全桥面设2道钢筋混凝土防撞护栏。
桥梁采用薄壁空心墩，墩外尺寸为400×600cm，承台厚度为300cm，基础采用6Φ200cm摩擦桩。
桥梁上部施工采用挂蓝悬臂浇筑施工。
在托架上现浇总长13.0米的0号、1号、1’号块，两侧各12个悬臂浇筑施工阶段，节段长为5×3.5+5×4.0+3×4.5米。
二设计要求
2.1设计标准
云河二号桥主要技术指标如下：
⑴道路等级：
高速公路
⑵桥梁宽度：
净11＋2×0.5m（护栏）
⑶设计荷载：
公路I级
⑷最大纵坡：
2%
⑸桥面横坡：
2%
⑹结构设计基准期：
100年
⑺设计地震加速度值：
0.25g
⑻冲刷深度：
一般冲刷线低于河床1m，最大冲刷线低于河床1.5m。
⑼气温：
年最高月平均温度15℃，最低温度-10℃。
2.2设计规范
⑴《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
⑵《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
⑶《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
⑷《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
⑸《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
⑹《公路桥梁抗风设计指南》（1996）
《公路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTGD62-2004）
三设计参数
3.1结构设计参数
本设计经方案比选后，桥跨布置为65+110+65米预应力混凝土变截面连续梁桥结构，计算跨径240米，全长254米。
3.2桥型布置
1、主跨径的拟定
主跨径定为110m，两边跨分别为65、65m。
计算跨径为65+110+65m。
2．顺桥向梁的尺寸拟定
墩顶处梁高：
根据规范，梁高为1/16～1/20L，取L/16.2,即6.8m。
跨中梁高：
根据规范，梁高为1/30～1/50L，取L/39,即2.8m。
梁底曲线：
选用二次抛物线。
以跨中梁底为原点，桥轴线方向为X轴，竖向垂直方向为Y轴，得梁底曲线方程：
Y=-X2。
3、尺寸的拟定
全桥宽12m，其中行车道为11m，两侧均设0.5米的防撞护栏。
参考相关资料，拟定该桥采用单箱单室截面。
本桥箱底宽6.0米，翼缘悬臂长3.0米，箱梁顶板设置双向2%横坡，通过箱梁顶部的C40混凝土调平层调节。
中支点处箱梁中心梁高6.8米，跨中箱梁中心梁高2.8米，梁高以二次抛物线变化。
顶板厚0.3米，悬臂板端部厚0.2米，根部厚0.6米，腹板厚0.45～0.7米，底板厚0.3～1.0米。
横隔板分别设置在中支点、边支点处，其中中支点处设两个厚0.75米横隔板，边支点处设一厚1.5米的横隔板。
全桥两侧设0.5m钢筋混凝土防撞护栏。
桥墩采用空心墩，墩外尺寸为400×600cm，承台厚度为300cm，基础采用6Φ200cm摩擦桩。
4.桥面铺装
桥面铺装：
采用10cm厚沥青混凝土+6cm（平均厚度）C40混凝土。
桥面横坡：
根据规范规定为1.5%～3.0%,取2.0%,该坡度由C40混凝土调平层厚度控制。
3.3主要材料
1、混凝土
上部构造：
现浇箱梁采用C55，预制箱梁、现浇接头和湿接缝等采用C50混凝土;护栏采用C30混凝土，调平层采用C40混凝土。
2、下部构造
主墩采用C40混凝土，主墩承台、系梁及桥头搭板采用C30混凝土；基桩采用C25混凝土。
3、钢材
纵向预应力钢束：
采用美国标准ASTM416－2002a270级高强低松弛钢绞线，单根钢绞线直径为15.2mm，每股面积为140mm2,标准强度fpk=1860MPa,最小破断荷载260.7KN，张拉控制应力为σcon=0.75fpk；主桥竖向预应力采用JL32高强精扎螺纹粗钢筋，标准强度fck=785MPa,锚具采用扎丝锚。
4、普通钢筋
普通钢筋带肋钢筋应符合GB1499－1998《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》的规定，光圆钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB13013－1991的规定。
5、型钢、钢板
结构用钢板均采用Q235C钢，材质应符合现行国标GB700—88、GB8162-87、YB（T）10-81的规定。
6、锚具
主桥纵向预应力锚具采用9和12丝钢绞线群锚及其配套设备。
7、预应力管道
预应力管道均采用钢波纹管成形。
8、其它材料
桥面伸缩缝：
采用D240型毛勒伸缩缝。
桥梁支座：
支座均采用盆式橡胶支座。
桥面防水层：
三涂FYT-1改进型防水层。
8、毛截面几何特性
表2-1计算模型截面特征及单元特征信息列表
单元号
节点号
截面抗弯惯距
截面面积
截面高度
中性轴高
1
1
9.33083
8.52
1.75
2.8
5
5
9.33083
8.52
1.75
2.8
12
12
23.679
10.842
2.2
3.84
20
20
115.945
17.34
3.35
6.8
28
28
23.679
10.842
2.2
3.84
34
34
9.34366
8.5297
1.75
2.8
（为使输入表格简洁，在此只输出控制截面的信息，以后的表格均是如此，以后不在进行重复说明。
）
第三章内力计算
一模型简介
上部结构分别采用桥梁博士桥梁综合程序进行了成桥状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、支座强迫位移、温度变化、等作用的计算。
支座沉降按2cm考虑。
施工阶段共分44个受力阶段，阶段划分根据施工进度和施工顺序安排，采用桥
图3-1上部结构离散图
梁综合程序计算。
桥梁横向分别按框架和简支板考虑固端影响两种模式进行计算，按其最不利的内力控制截面设计。
对主桥施工过程中单“T”进行了下述几种工况的验算，并以此控制临时固结所需的预应力钢筋临时支承以及墩的配筋。
主桥合扰在夜间温度较低时进行，合扰顺序为先边跨再中跨。
主桥下部按最不利荷载组合进行设计。
全桥按平面杆系结构进行分析，按照杆系程序分析的原理，遵循结构离散化的原则，在适当位置划分节点：
1）杆件的转折点和截面的变化点；2）施工分界点、边界处及支座处；3）需验算或求位移的截面处；4）当出现位移不连续的情况时，例如，相邻两单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式。
本设计的单元划分，每一个施工阶段自然划分为一个单元。
这样便于模拟施工过程，而且这些截面正是需要验算的截面。
另外，在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元。
这样整个主桥划分成68个单元，69个节点，如图3-1所示。
二计算参数取值
1、混
升级会员 