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西江大桥设计毕业设计论文

毕业设计（论文）任务书

课题名称西江大桥设计

学院（部）公路学院

专业桥梁工程

班级

学生姓名

学号

4月28日至6月12日共6周

指导教师（签字）

教学院长（签字）

一、设计内容（论文阐述的问题）

1、方案比选。

2、推荐方案的桥型布置、一般构造、预应力体系、施工方案。

3、施工阶段、使用阶段各种作用效应计算。

4、承载能力极限状态组合、正常使用极限状态组合、弹性阶段截面应力组合。

5、持久状况、短暂状况、偶然状况验算。

6、绘制上部结构的一般构造图、钢结构构造图及施工示意图。

7、编写设计计算书。

二、设计原始资料（实验、研究方案）

（一）设计条件：

1、桥梁跨径布置：

自行确定。

2、设计荷载：

公路一级。

3、桥面宽度：

（双幅）净—2×15m+2.0m+2×0.5m（防撞拦）

4、桥面横坡：

2%。

5、通航要求：

20.0m×200m。

6、桥梁为直线桥，竖曲线自行确定。

7、材料：

钢材采用Q345，Q370；混凝土：

50号；预应力钢筋：

φj15钢绞线，极限强度1860MPa;非预应力钢筋：

直径≥12mm的用Ⅱ级螺纹钢筋，直径<12mm的用Ⅰ级光圆钢筋；锚具：

HVM锚或OVM锚。

三、设计完成后提交的文件和图表（论文完成后提交的文件）

（一）计算说明书部分：

设计计算书一套。

由中、英文摘要、设计说明、计算内容三部分组成。

摘要要写清设计概况及主要内容，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。

计算内容的基本原理、公式、参数取值或来源，以及内附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。

（二）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、主梁一般构造图。

4、主塔一般构造图。

5、桥梁施工程序示意图。

四、毕业设计（论文）进程安排

序号设计（论文）各阶段名称日期（教学周）

1方案比选9

2桥型布置、主梁尺寸拟定10

3结构建模11

4结构内力计算12~13

5验算、调整14~15

6结构稳定与动力分析16

7绘制图纸17

8设计说明书、英文翻译18

9准备答辩19

五、主要参考资料

1、叶见曙.结构设计原理[M].北京：

人民交通出版社,1997.

2、范立础.桥梁工程[M].北京：

人民交通出版社,2000.

3、周远棣徐君兰.钢桥[M].北京：

人民交通出版社.

4、小西一郎.钢桥[M].北京：

中国铁道出版社,1982.

5、林元培.斜拉桥[M].北京：

人民交通出版社,2004.

6、公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）[S].北京：

人民交通出版社,2004.

7、吉姆辛.缆索承重桥梁[M].北京：

人民交通出版社,2002.

8、戴永宁.南京长江第三大桥钢索塔技术[M].北京：

人民交通出版社,2005.

9、北京迈达斯技术有限公司.MIDAS使用手册[R]，2004.

长安大学毕业设计（论文）开题报告表

课题名称

西江大桥设计

课题来源

自选项目

课题类型

工程设计

指导教师

王春生

学生姓名

王晓平

学号

2102040102

专业

桥梁工程

毕业设计（论文）是高等工科院校本科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。

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。

设计计划用八周的时间来完成，具体安排如下：

第9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；

第10周，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11—13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；

第14—15周根据《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16周，进行结构稳定与动力分析；

第17—18周，最后完成计算书书写及图纸绘制。

第19周，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。

指导教师意见及建议：

指导教师签名：

年月日

注：

1、课题来源分为：

国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目；课题类型分为：

工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。

2、此表WS由学生填写，交指导教师签署意见后方可开题。

毕业设计（论文）设计说明书

课题名称西江大桥设计

学院（部）公路学院

专业桥梁工程

班级21020401

学生姓名王晓平

学号2102010102

4月28日至6月12日共6周

指导教师（签字）

教学院长（签字）

2008年6月12日

摘要

本设计根据设计要求及地理地质情况拟定了三个比选方案：

双塔斜拉桥、四跨连续刚构、地锚式悬索桥。

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;structuralanalysis

第一章西江大桥方案比选……………………………………………………3

§1.1概述………………………………………………………………………3

§1.2比选方案简介……………………………………………………………4

§1.3方案评价…………………………………………………………………6

第二章总体设计…………………………………………….………………7

§2.1技术标准…………………………………………….…………………..7

§2.2设计规范及标准………………………….………………………..…7

§2.3桥梁总体结构形式…………………………….………………….……7

§2.4设计荷载及荷载组合………………………………………………..…10

§2.5计算模型………………………………………………………………11

§2.6计算理论……………………………………………………………..…14

第三章斜拉桥分析…………………………………………………….……16

§3.1成桥阶段索力确定…………………………………………….….……16

§3.2施工阶段分析…………………………………………………………19

§3.3成桥阶段分析……………………………………………………….….23

§3.4结构验算分析…………………………………………………..………32

第四章施工方案简介……………………………………………….….…35

致谢…………………………………………………………………..………37

参考文献………………………………………………………….………37

第一章方案比选

§1.1概述

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

桥位位于长江两侧，属斜坡浅丘及河流阶地地貌。

长江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

桥位位于长江上游，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、连续钢构或悬索桥。

在方案设计时，就双塔斜拉桥、连续钢构及悬索桥进行多方案比较。

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

采用悬臂拚装法施工。

1.2.3方案三:

地锚式悬索桥

1.桥跨布置

跨径布置为：

200+600+200=1000m；

边跨与主跨跨度比为200/600=0.33，垂跨比f/L=60/600=1/10。

2.主塔

主塔采用门式型混凝土桥塔,桥面以上塔高66.25m,桥面下设一道横梁。

塔柱为变截面矩形混凝土塔，外形轮廓尺寸为4.8～6.4m（顺桥向）×5m。

3.加劲梁:

主梁断面采用扁平钢箱梁的形式，桥面净宽33m，钢横梁桥中线处高2.80m,顺桥向每隔5m设置一道。

4.吊杆:

全桥共设长短吊杆81根，吊杆间距12m,由镀锌高强低松弛钢丝束构成。

5.锚碇：

采用重力式锚碇。

6.基础:

采用钻孔灌桩基础,承台厚6.00m,矩形为24m×24m，有16根桩，桩径2.5m。

.

7.施工：

采用满堂支架施工，先架设主梁，再搭设主缆，悬挂吊杆，成桥。

§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。

方案三：

地锚式悬索桥跨越能力大，轻型美观，抗震性能好，但该桥位处受地质条件限制需要巨大的重力式锚碇，占用桥端空间多，而且对施工要求高，满堂支架架设主梁时，影响通航，另外，需建造较高的桥塔，施工难度较大，否则桥塔的景观性差。

近年来，我国在斜拉桥建设方面取得了突出的成绩，积累了丰富的设计和施工建设经验。

我国已建和在建的斜拉桥多以混凝土材料为主，钢材选用较少，桥塔材料除南京三桥外基本上也都为混凝土塔，从长远来看，由于混凝土材料拆除后不可再用，对环境污染大，且混凝土材料的延性差，抗震性能指标较差。

综上所述，根据目前的社会经济水平和技术水平，考虑桥梁是技艺结合的产物，与周围环境景观协调的要求，故最终决定采用双塔斜拉桥方案。

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