桥梁毕业设计.docx

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桥梁毕业设计

哈尔滨铁道职业技术学院

毕业设计

设计题目延新大桥

学生姓名丁贵军

专业班级混凝土构件工程技术一班

指导教师王旭伟

城市轨道交通学院

2012年5月2日

哈尔滨铁道职业技术学院

毕业设计

开题报告

专业班级混凝土构件工程技术一班

设计方向延新大桥

学生姓名丁贵军

指导教师审查意见：

指导教师签字：

年月日

延新大桥设计

一、选题的背景与意义

毕业设计（论文）是高等工科院校培养计划中最后一个重要教学环节，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。

目的是使学生在学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修和选修专业课程之后，通过毕业设计这一环节，较为集中和专一的培养学生综合运用所学的基础理论，基本知识和基本技能，分析和解决实际问题的能力。

和以往的理论教学不同，毕业设计是要学生在老师的指导下，独立地，系统地完成一个工程设计，以期能掌握一个工程设计的全过程，在巩固已学课程的基础上，学会考虑问题、分析问题和解决问题，并可以继续学习到一些新的专业知识，有所创新。

国内外研究现状：

随着交通事业的进一步发展，桥梁设计的要求越来越高。

跨线桥在设计、建设过程中对桥下净空，桥梁的建筑高度有很多的限制。

这样采用混凝土梁桥、刚构就不能满足这一要求，而斜拉桥确可以满足以上要求。

斜拉桥将主梁，拉索和主塔以不同形式组合形成不同的结构体系以适应不同的地形地质条件。

该桥型有结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型美观、抗震能力强等优点而成为最富有竞争力的主要桥型之一。

现在国内的斜拉桥正向世界一流水平推进，在推进过程中有两个问题需要认真研究：

一是施工过程中，未合龙前结构抗风问题；二是斜拉桥梁和塔的稳定问题。

前者主要通过施工措施加以解决，后者主要通过理论研究得到解决。

国内有许多专家学者正在进行深入的研究。

…

二、毕业设计的主要内容

设计的主要内容：

1、根据设计任务书要求，综合考虑地质地形条件、经济条件、景观条件以及交通条件，结合工期要求进一步对斜拉桥、拱桥和连续钢构等进行了进一步比较，最后确定以斜拉桥为推荐方安。

2．对推荐方案进行结构设计：

桥梁总体布置，合理选择建筑材料，拟订结构与构件的几何尺寸，通过midascivil桥梁计算软件建模。

3．对模型进行索力调整，进行成桥及施工阶段的内力计算，并进行内力组合。

4．通过手算计算并评价桥梁的抗风与抗震性能。

5．绘制上部结构的一般构造图、钢筋构造图及施工示意图。

6.编写设计计算书。

本次设计拟借助计算机、MIDASCIVIL软件、桥梁CAD软件、图板、丁字尺等工具。

三、参考文献

1．公路工程技术标准；

2．公路桥涵设计规范；

3．公路桥涵标准图；

4．公路桥涵设计手册；

四、设计时间安排

（1）确定题目：

2012年5月至2012年5月

（2）现场调研：

2012年4月至2012年4月

（3）查阅文献：

查阅有关组合梁的书籍、期刊等资料，根据《公路桥规》、《钢桥规》、《桥梁工程》和组合梁相关资料等进行总体布置、尺寸拟定。

（4）资料整理分析：

根据所学的知识，利用MIDASCIVIL软件等进行内力计算；根据《结构设计原理》、《工程力学》和《材料力学》等的原理进行手算验算与调整；

（5）编写设计、总结：

2012年5月至2012年5月

（6）打印、提交、送审设计，准备答辩：

2012年6月

哈尔滨铁道职业技术学院

毕业设计任务书

设计题目延新大桥

学生姓名丁贵军

专业班级混凝土构件工程技术一班

指导教师王旭伟

城市轨道交通学院

年月日

题目名称：

延新大桥

任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）

设计的主要内容：

1、根据设计任务书要求，综合考虑地质地形条件、经济条件、景观条件以及交通条件，结合工期要求进一步对斜拉桥、拱桥和连续钢构等进行了进一步比较，最后确定以斜拉桥为推荐方安。

2．对推荐方案进行结构设计：

桥梁总体布置，合理选择建筑材料，拟订结构与构件的几何尺寸，通过midascivil桥梁计算软件建模。

3．对模型进行索力调整，进行成桥及施工阶段的内力计算，并进行内力组合。

4．通过手算计算并评价桥梁的抗风与抗震性能。

5．绘制上部结构的一般构造图、钢筋构造图及施工示意图。

6.编写设计计算书。

本次设计拟借助计算机、MIDASCIVIL软件、桥梁CAD软件、图板、丁字尺等工具。

本设计的难点及解决办法：

难点一：

结构细部几何尺寸拟订

解决办法：

参照已建成的相同桥型，相近跨径、桥宽、荷载标准的桥梁的截面尺寸根据方案的具体情况进行设计。

设计时要考虑受力、构造、施工等方面的因素。

难点二：

结构内力计算

解决办法：

计算恒载内力时，精确模拟各个施工阶段（安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂篮等）的受力，反映在结构约束、荷载列向量和总刚度矩阵等随施工阶段而发生变化。

悬臂施工涉及到非常多的施工工况，且预加力和徐变产生的次内力的计算较复杂，故设计时可借助桥梁电算程序完成。

设计计划用4周的时间来完成，具体安排如下：

第1周，根据地形、交通环境等条件建立比选方案，进行桥型方案比选，确定以斜拉桥为推荐方案；查阅有关组合梁的书籍、期刊等资料，根据《公路桥规》、《钢桥规》、《桥梁工程》和组合梁相关资料等进行总体布置、尺寸拟订；

第2-3周根据所学的《结构设计原理》、《桥梁工程》知识，利用MIDASCIVIL软件等进行内力计算；根据《结构设计原理》、《结构力学》和《材料力学》等的原理进行手算验算与调整；

第4周，进行结构稳定与动力分析；最后完成计算书书写及图纸绘制，准备答辩。

设计完提交的文件和图纸：

1、计算说明书部分：

1.中英文摘要：

摘要要写清设计概况及主要内容。

2．设计说明：

要写清设计背景、技术指标、采用的规范标准、使用的材料、设计要点、施工方法。

3．计算内容：

基本原理、公式、参数取值或来源，以及主桥上部结构施工程序示意图，主要作用效应图、组合包络图、验算结果以及施工阶段包络图、施工预抛高等。

2、图纸部分：

1.桥梁方案比选图（包括纵、横断面）。

2.推荐方案总体布置图（包括立面、平面、横断面）。

3.一般构造图。

4.预应力钢筋布置图。

5.桥梁施工程序示意图。

其中：

参考文献篇数：

篇

图纸张数：

张

说明书字数：

4560字

专业负责人意见：

签名：

年月日

延新大桥设计

摘要

本设计根据设计要求及地理地质情况拟定了2个比选方案：

双塔斜拉桥、四跨连续刚构。

经比较将双塔斜拉桥确定为推荐方案，进行了细部尺寸拟定，并利用桥梁专业软件MidasCivil建立了简化模型。

对全桥在施工阶段和成桥阶段进行受力和变形分析。

此外，对全桥进行了稳定分析。

最后，根据规范对全桥进行了抗风评价。

针对该模型进行了静活载下的内力分析、应力验算及变形验算。

经分析比较证明该桥设计计算正确，内力分布合理，符合设计任务要求。

[关键词]：

双塔斜拉桥；钢桥塔；结构设计；结构分析

Abstract

Accordingtotheassignmentofdesign,geographicandhydraulicconditions,threetypesofbridgesarepresentedwhicharetwo-pyloncable-stayedbridge,PCcontinuousrigidframebridgeandsuspensionbridge.Aftercomparingtheircharacterscomprehensively,thedouble-pylonsteelcable-stayedbridgeischosenasthemaindesignscheme.Throughdrawing-updimensions,afiniteelementmodelwasestibalishedbyMidasCivilsoftware.Theanalyseofstressanddistortionwasconductedbothinthecomplishedstageandtheconstructionstage.Thestabilityperformanceofthepylomandthewholebridgewasalsoenvalued.Moveover,theworkwasdonetoenvaluatetheresistenceofthebridgeagainstwindandearthquake.Aftercalculationandcheckingofthestress,distortionofmodelunderdeadloadandlivingload,theresultshowthatthedesignisuptothedemands.

KeyWords:

two-pyloncable-stayedbridge;steelpylon;structuraldesign;structura

摘要

第一章延新大桥比选方案……………………………………………………………………

1.1概述………………………………………………………………………………………

1.2比选方案简介……………………………………………………………………

1.3方案评价……………………………………………………………………

第二章总体设计…………………………………………….………………

§2.1技术标准…………………………………………….…………………..

§2.2设计规范及标准………………………….………………………..…

§2.3桥梁总体结构形式…………………………….………………….……

§2.4设计荷载及荷载组合………………………………………………..…

§2.5计算模型………………………………………………………………

§2.6计算理论……………………………………………………………..…

第三章斜拉桥分析…………………………………………………….……

§3.1成桥阶段索力确定…………………………………………….….……

§3.2施工阶段分析…………………………………………………………

§3.3成桥阶段分析……………………………………………………….….

§3.4结构验算分析…………………………………………………..………

第四章施工方案简介……………………………………………….….…

致谢…………………………………………………………………..………

参考文献………………………………………………………………………

延新大桥设计

1.1.1方案比选原则

1.认真贯彻国家的各项政策、法规，以及国家和部颁标准、规范、规定和办法；

2.使用安全耐久，保养维护方便，行车舒适；

3.技术先进可靠，施工方便、快捷，便于工厂化，标准化施工，确保施工工期；

4.经济上合理适度，上、下部工程投资适当，节省投资；

5.充分考虑堤防要求，满足江堤防洪和跨线的净空的需要；

6.尽量减少拆迁、改线的工程数量、降低投资；

1.1.2考虑因素

1.地形地貌

桥位位于河流两侧，属斜坡浅丘及河流阶地地貌。

两侧为冲洪积河流阶地，阶面高程189～220m,向西侧延伸为斜坡浅丘。

地形总体南北两侧高，地面坡度较大，坡角约30～55°，中间为较平缓的长江阶地。

2.气象

本区位于亚热带温湿季风气候区，常年平均气温18.4℃，极端最高气温41.3，极端最低气温-2.3，最冷月（一月）平均气温7.5，常年平均降雨量1185mm，多年平均相对湿度79﹪。

3.风况

桥位位于上游，年平均主导风向以北风为主，平均风速1.1m/s，最大风速28.4m/s。

按交通部《公路桥涵设计规范》（JTJ021-89）中全国风压分布图，桥址位于500Pa等压线上，按《公路桥梁抗风设计指南》，桥梁设计风速考虑如下：

桥址区100年一遇10min设计基本风速为V10=24.052m/s，施工期间采用10年一遇基本风速19.79m/s。

4.地层岩性

拟建场地的地层主要为第四系全新统残坡积低液限粘土Q4el+dl、冲洪积低液限粘土、砂土及卵石土Q4al+pl，长江北岸陡坡处第四系崩坡积Q4col的块石土，在两岸斜坡部位有少量基岩出露地表，基岩为侏罗系中统沙溪庙组J2s砂岩、泥岩及泥质粉砂岩、粉沙质泥岩。

5.规划道路

该路为双向六车道，桥梁为直线桥梁，规划路宽33m。

通航净空要求为20m×200m。

§1.2比选方案简介

根据桥位区水文，气象、地质，通航，防洪等建设条件，结合桥梁建设工期，施工条件，桥面宽度，景观要求等实际情况，适宜的桥型为斜拉桥、连续钢构。

在方案设计时，就双塔斜拉桥、连续钢构进行多方案比较。

1.2.1方案一：

双塔斜拉桥

1.桥跨布置

该方案为双塔三跨双索面斜拉桥，主桥跨布置为40+160+370+160+40=770m，边主跨比为0.43，塔高92.5，高跨比1/4，采用半漂浮体系，桥面设双向横坡为2%。

2.主梁

主梁断面采用钢主梁与混凝土板共同受力的结合梁，拉索锚固处高3m,跨中高3.422m,桥面宽35m，顺桥向每隔5m设置一道横隔梁。

3.索塔

索塔包括索塔顶部锚固段、上塔柱、中塔柱、下塔柱和三道横梁。

索塔顶部锚固段、上塔柱和两道上横梁采用Q370钢，中塔柱为钢-混组合结构，中横梁及下塔柱为预应力钢筋混凝土结构。

索塔高92.5m。

4.斜拉索

该方案采用双索面扇形体系，全桥共设136组斜拉索。

拉索最大倾角71°，最小倾角为25°，斜拉索采用φ7mm镀锌高强度低松弛钢丝，匹配相应冷铸镦头锚具。

顺桥向标准索距为10m,对靠近边跨端头附近的尾索进行加密，索距为7.5m,2×3.5m。

5.基础

承台厚6.5m，顺桥向32m，横桥向32m。

采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径2.5m。

6.施工方法

主桥采用悬臂拼装法施工，引桥为预制拼装法。

1.2.2方案二:

四跨连续刚构

1.桥跨布置

主跨跨径：

150+270+270+150=740米，边主跨比：

150/270=0.56。

2.主梁

采用单箱单室箱形截面，桥面采用双幅桥面，单幅桥面宽17米，中央分隔带宽2米。

3.基础

基础采用大直径钻孔灌注桩群桩基础。

桩径2.5m，桩中心距5.75m。

承台为矩形承台，厚为5m，承台尺寸为26.6×16m，采用C40混凝土。

桥墩采用双薄壁空心墩，外部尺寸4×9m,壁厚0.5m。

4.施工要点

1.桥梁上部采用挂篮悬臂浇注施工，施工时要对称浇注，应注意立摸高程的合理设置，准确控制悬浇高程，主梁边中跨合拢高差应控制在１cm以内。

2.施工后的主梁备用预应力束孔处理如下：

顶板束孔灌浆封填，底板束孔留下备用，但不穿预应力束。

3.箱梁悬浇施工时在底板上的施工孔不封堵，作为箱梁的通气孔。

采用悬臂拚装法施工。

§1.3方案评价

根据桥梁设计的原则“适用、经济、安全、美观”及桥型方案应满足结构新颖、受力合理、技术可靠、施工方便的原则对以上三个方案进行评价。

方案一：

双塔斜拉桥是斜拉桥体系中采用最为广泛的形式，索面为双索面倾斜布置，具有很好的抗扭、抗风性能。

索塔顶部拉索锚固区采用钢塔段可以减小基础工程量，提高抗震性。

桥面体系主梁受轴力和弯矩，支撑体系以拉索受拉和索塔受压为主。

拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支撑，从而大大减小了梁内弯矩、使主梁内力分布更加均匀合理，桥梁跨越能力显著增大，。

斜拉桥是超静定结构，使用性能好。

主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好。

方案二：

预应力混凝土连续刚构桥结构线条明快流畅，与周围景观搭配协调。

此桥采用平衡悬臂施工法，由于结构上墩梁固结，为多次超静定，次内力较大。

为减小次内力的敏感性，必须选择抗压刚度较大，抗推刚度较小的单壁或双壁的薄壁墩，使墩适应梁结构的变形。

通过加大梁根部梁高，可以使正弯矩减小，主梁大部分承受负弯矩，施工较简单。

修建时须采用高墩大跨，当墩的高度较矮时将受到限制，对基础要求较严格。

对连续钢构方案进行了详细的分析计算，分析表明：

由于边主墩较矮，在恒载、活载及温降工况组合下，虽然采取了边跨配重措施，边跨主墩仍产生巨大的偏心弯矩，边主墩不能满足受力要求。

若抬高桥面标高加大边主墩高度以改善受力，势必增加引桥长度，经济上无可比性。

第二章总体设计

§2.1技术标准

1）道路等级高速公路

2）桥面宽度215m+2.0m（中央分隔带）+20.5m（防撞栏杆）=33m

3）设计荷载公路I级

4）桥面横坡：

2%

5）设计年限100年

§2.2设计规范及标准

依据的规范有：

1）中华人民共和国行业标准（交通部发布）《公路工程技术标准》（JTJ001-1997）

2）中华人民共和国行业标准（交通部发布）《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）

3）中华人民共和国行业标准（交通部发布）《斜拉索ＰＥ热挤拉索技术标准》（征求意见稿）

4）中华人民共和国行业标准（交通部发布）《公路斜拉桥设计规范》（试行1966-12-01）

§2.3桥梁总体结构形式

2.3.1.结构设计材料参数

1.普通钢筋

采用I级和II级钢筋，其技术标准符合国家GB13013-91和GB1499-91的规定。

2.预应力钢铰线

采用φj15钢铰线,公称直径15.24mm，标准强度1860Mpa，弹性模量为1.95*105MPA,锚具采用OVM15-22型群锚系列及相应钢铰线匹配的成套产品，包括锚垫板、锚头、夹片和螺旋筋等。

4.钢材

钢板梁横梁及防撞护栏立柱采用符合GB.T1591-94要求的低合金钢Q345-D，纵梁采用Q370，防撞护栏横梁采用符合GB/T1591-94要求的低合金钢Q390-D。

高强度螺栓应符合GB3077-88的要求，螺母及垫圈应符合GB699-88的要求。

普通螺栓应符合GB700-88或GB3077-88的要求。

5.焊接材料

焊接材料应结合焊接工艺，通过焊接工艺评定试验进行选择，保证焊缝性能不低于母材，工艺简单，焊接变形小，所选焊条，焊剂，焊丝均应符合相应国家标准的要求。

CO2气体保护焊的气体纯度应大于99.5％。

6斜拉索钢丝及锚具

斜拉索采用直径为7mm的镀锌高强度低松弛钢丝，应符合GB5223-85的要求。

冷铸锚锚杯及螺母采用40Cr，抷件为锻件，符合YB/T036.7要求。

2.3.2.结构形式

根据桥位区水文，气象、地质，通航，防洪等建设条件，结合桥梁建设工期，施工条件，桥面宽度，景观要求等实际情况，跨径布置为40（端锚跨）+160（设辅助墩51+109）+370+160+40＝770m。

方案总体结构形式为采用半飘浮体系。

主跨L1=370m，边跨L2=160m，L2/L1=0.43，且距边跨51m处设一辅助墩，以改善梁的受力性能。

主桥在索塔处设置12.5MN的盆式橡胶支座，上游侧为单向支座，下游侧为双向支座，在横向设置6MN的单向支座作为侧向抗风支座，在辅助墩及过渡墩处设置了抗拉400吨、抗压1300吨拉压盆式橡胶支座。

1.索塔

桥面以上索塔高92.5米，塔顶拉锁锚固区为钢塔段，采用Q370。

上塔段采用钢－混凝土的组合材料。

下塔段采用预应力混凝土，桥面以下承台以上索塔高58米。

索塔共设三个横梁。

钢塔段与普通的混凝土索塔相比，体积小，自重轻，抗震性能好；施工方面，采用工厂化加工，易于保证精度，机械化程度高，工期快。

由于钢截面刚度小，且以受压为主，设计上必须考虑结构局部屈曲和失稳。

虽然钢索塔本身造价较混凝土索塔高，但其与基础相结合的总造价反而较低，这是因为钢索塔自重轻使基础尺寸较小。

为了方便索塔的施工放样、立模、钢筋绑扎，保证索塔线形及拉索的精确定位，在索塔塔柱中应设置劲性骨架，特别对倾斜塔柱更是必不可少。

劲性骨架由等边角钢焊接而成。

斜拉桥的索塔一般较高，一般为主跨的1/2~1/5左右，本斜拉桥索塔高92.5m（桥面以上），为主跨的1/4，桥塔上部采用等截面全钢结构，桥塔下部采用变截面预应力混凝土结构，塔中部采用钢－混凝土组合材料。

上塔柱的截面为矩形空心截面，截面为5000mm×3400mm（纵×横），切角为490×450mm桥塔壁厚纵桥向36mm，横桥向30mm，桥塔顺桥向设两道壁板，如图2-1所示。

2.斜拉索

斜拉桥上部结构的自重和活载通过斜拉索传递到塔柱上。

斜拉索由钢索和锚具组成。

斜拉索主要承担拉力，其技术经济指标为：

强度、刚度、耐疲劳性能、耐腐蚀性能、施工难易及价格。

斜拉索钢丝采用部颁行业标准《斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件》（JT/T6-94）直径为7mm镀低松弛钢丝，其抗拉强度不低于1670MPa。

锚具采用冷铸锚。

全桥共采用了134组拉索。

拉索布置形式为双索面扇形体系。

拉索在索塔上的锚固形式为内侧对称锚固。

塔上拉索间距从上到下依次为2m×13+2.5m×2，3.5m。

顺桥向标准索距为10m,对靠近边跨端头附近的尾索进行加密，索距为7.5m,2×3.5m。

拉索全桥共计104根，成对称形式布置，具体参见全桥布置图。

斜拉索在风力作用下，气流在拉索的背面生成卡门涡流，涡流脱落的频率正好与斜拉索自身的某一阶频率合拍，使斜拉索受激产生震动。

另外，主梁与索塔的震动也会引起斜拉索的震动。

斜拉索的震动使其在根部出现反复绕曲，索中的钢丝产生附加的绕曲应力。

这种绕曲应力的反复作用，将加速钢丝的疲劳。

另外，斜拉索的持续震动会使人们对桥梁结构的可靠性和稳定性产生怀疑。

因此，斜拉索必须进行防震设计。

本方案采用气动控制法。

将斜拉索原来的光滑表面做成带螺纹的非光滑表面。

通过提高斜拉索表面的粗糙度，使气流经过拉索时在表面边界层形成湍流，从而防止涡激共震的产生，防止斜拉索的风振。

拉索表面的条纹还能防止雨振的发生。

3.主梁：

由于桥面宽度较宽，工期较紧，若主梁采用预应力混凝土结构，抗裂性及综合施工质量难以保证，施工中不可预见的因素较多，施工风险性较大；若采用钢箱主梁，则用钢量过大，经济性难以保证。

综上，本方案采用钢主梁与混凝土板共同受力的结合梁形式，同时保证了施工质量和经济性。

主梁断面如图2-2所示。

图2-2主梁断面图

主梁采用钢梁与混凝土板共同受力的结合梁，主梁为Q370，横隔梁是Q345，

图2-2组合梁截面示意图

混凝土板采用C60混凝土。

下部结构基础均为桩基础。

主桥桥面铺装采用0.8cm厚的沥青混凝土铺装

桥梁支座采用盆式橡胶支座。

§2.4设计荷载及荷载组合

2.4.1设计荷载

恒载（永久荷载）：

结构自重,二期恒载。

活载（基本可变荷载）：

公路I级。

温度影响力（其他可变荷载）：

结构整体升温20°C；

结构整体降温20°C。

支座沉降：

设三个支座沉降组，每个支座可能沉降取-0.01m，取沉降组合的最大效应。

2.4.2主要荷载组合

根据结构各部分对强度、刚度、稳定性的验算需要,设计中考虑的主要荷载组合见表2-1。

组合种类

荷载组