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开题报告

附件1毕业设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目：

武佐河大桥施工图设计

——公路Ⅰ级

课题类别：

设计

论文　□

学生姓名：

于长亮

学号：

200618030105

班级：

桥土0601班

专业（全称）：

桥梁工程

指导教师：

涂光亚

2010年3月

一、本课题设计（研究）的目的：

1.通过设计，使学生能综合运用所学课程，系统地巩固基本理论和专业知识；

2.培养分析问题和解决问题的独立工作能力；

3.提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写技术及计算机辅助设计计算等基本技能，使学生了解生产设计的主要内容和要求；

4.掌握大、中型桥梁的设计原则、设计方法和步骤；

5.树立正确性设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风，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）：

1.概述

1.1基本情况

乌江洪家渡水电站库区复建工程武佐河大桥位于贵州省纳雍县老凹坝乡新街村和织金县以那镇三合村交界武佐河老桥下游约200m处，为保证水库蓄水后的库区交通能正常通行而重建。

原武佐河公路大桥为单跨（L=43m）石拱桥，全长52m，双车道，桥面宽7.5m，桥面高程1104.5m，洪家渡水电站建成蓄水至正常蓄水位1140m后，桥将被淹没35.5m。

1.2设计原始依据及基本设计要求：

1）桥址断面图等。

2）汽车荷载：

公路—I级，

3）桥面净宽：

2m（人行道）+6×3.75m（六车道）+2m（人行道）

4）桥上纵坡为双向2%；

1.3地质情况

土质厚度（米）

1）人工堆积层（为公路开挖堆积物）1.0-4.0

2）残、坡积层（土灰、黄褐色粘土夹少量白云岩碎块石）3.0-5.0

3）冲积层（由砂卵砾石组成，在河床分布）3.0-8.0

4）砂质泥岩------

5）灰岩------

6）泥页岩------

7）灰岩------

1.4桥位特点分析

新建武佐河大桥为水库内桥梁，可以不考虑通航要求而且水库内地质条件良好，地面8m以下为冲积层，桩基础可以做成深8m左右的嵌岩桩；洪家渡水电站建成蓄水至正常蓄水位1140m后，考虑桥面最小净空及经济适用等因素，新建武佐河为150m～180m以内的中小型桥梁，而且蓄水至正常水位后，水面比原来升高57m，如果在水库内做多跨桥梁，桥墩可能较高；新建武佐河大桥桥面净空为2m（人行道）+6×3.75m（六车道）+2m（人行道），桥面较宽。

根据新建武佐河大桥的地质、水文条件可以考虑在此处修建预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土简支梁桥

2.文献综述

2.1梁桥的发展概况

梁桥构造简单、施工方便、工期短、造价低、且维修容易，除特大跨度桥梁外，是设计中优先考虑的结构体系，应用甚广。

1949年前由国人设计监造的梁桥，以总长1453m，最大跨度67m的杭州钱塘江公路铁路两用桥（1937年建成）为一里程碑，1949年后这种梁桥已有长足的发展。

钢筋混凝土梁桥是一种常用的中小跨度桥梁，以广西壮族自治区的南宁邕江桥（1964年）为代表，主跨最大55m，系中国最早按闭口薄壁构件设计的一座箱形悬臂梁桥。

预应力混凝土梁桥在本世纪50年代中国即已开始研制，1956年初首先在陇海线新沂河铁路桥上建成了跨度23.9m的简支梁。

跨度20m的京周公路桥也于同期建成。

这种桥型的最大跨度为浙江省瑞安飞云江桥（跨度为62m，1988年）；1989年建成的开封黄河大桥总长4475.09m，其中有77孔50m简支梁采用连续长度达450m，并按部分预应力混凝土结构设计。

预应力混凝土T型刚构桥以其最适宜采用平衡悬臂拼装或浇筑法施工，在中国60年代首先受到重视和发展。

悬臂拼装T型刚构桥以河南五陵卫河桥（1964年）为首创；悬臂浇筑T型刚构桥则以广西柳州柳江大桥（1967年）为先导。

重庆长江大桥（1980年）是这种体系目前的最大者，主跨达174m.

在预应力混凝土T型刚构桥的设计与施工经验的基础上，有发展了跨度更大、运营条件更好的多联预应力混凝土连续梁桥和连续-刚构桥，其中广东省广州洛溪大桥（1988年）跨度达到180m；正在施工中的湖北省黄石长江大桥，跨度已增至245m。

铁路预应力混凝土连续梁桥中的杭州钱塘江二桥（1991年），跨度联长（主跨80m，联长18孔），且在罕有的施工涌潮高度1.96m和潮压强度32kPa下建成。

连续梁桥的广泛采用，又促进了顶推法（在直桥与弯桥上）、大吨位（500t浮吊安装和移动式，模架逐孔浇筑等施工方法的发展。

V型墩或Y型墩预应力混凝土连续梁桥或悬臂梁桥，可以优化造型，削减支点弯矩，降低桥梁建筑高度。

台湾忠孝桥（1981年）、桂林雉山漓江桥（1987年）都是其中的佼佼者。

钢桥在中国主要用于铁路桥或公路铁路两用桥。

公路钢桥以山东省北镇黄河公路桥（1972年）为最大，最大跨度112m，是一座铆接连续钢桁梁，基础采用φ1.5m钻孔灌注桩，最长入土深度达107m，为目前国内之最。

1980年建成的广东省马房北江公路桥，已采用先进的栓焊箱梁和正交异性钢桥面板设计。

公路铁路两用的武汉长江大桥（1957年）采用主跨128m的钢连续桁架梁，3号钢铆接连接，首创了新型的直径φ1.55m管柱基础（以后在江西省南昌赣江南桥中发展到φ5.8m,1962年），是中国桥梁建设的又一里程碑。

南京长江大桥（1968年）采用了较好的16Mnq钢材，主跨增大为160m的铆接连续钢桁架梁，从材料、设计到施工均依靠本国力量建成，并且发展了深水基础，其中重型混凝土沉井，穿越深度达54.87m；首次采用了φ3.6m先张法预应力混凝土管柱；并且创造了新颖的复合基础；清基潜水作业水深达65m。

九江长江大桥（1992年）采用了更好的国产15MnVNq钢材，最大钣厚达56mm；栓焊连接，主跨达216m，系以柔拱加劲的连续钢桁架梁；并进一步地发展了施工较为简便的双壁钢围堰钻孔基础。

在钢梁安装方法上，也从单层吊索架发展为双层吊索架安装。

2.2简支梁桥发展概况

简支梁桥是梁式桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。

简支梁桥是静定结构；结构内力不受地基变形等的影响，因而适宜在地基较差的桥位上建桥。

钢筋混凝土简支梁桥经济合理的常用跨径在20m以下。

大于20m时，一般采用预应力混凝土结构。

我国预应力混凝土简支梁桥的标准跨径在40m以内，已建成的最大跨径达到62m。

世界上预应力混凝土简支梁桥最大跨径达76m。

一般来说，跨径超过50m后就不太经济了。

工程实例：

开封黄河大桥

开封黄河大桥位于河南省开封市西北，为一跨越黄河的特大公路桥。

桥全长4475.09m，共108孔，其中77孔为跨径50m预应力混凝土简支T型梁，其余31孔跨径为20m。

桥宽18.5m：

机动车道12.3m，非机动车道人行道两侧各3.1m。

下部结构为单排双柱式墩，φ220cm大直径钻孔灌注桩基础。

该桥是继洛阳、郑州黄河大桥建成后的又一座同类型的梁桥，在吸取这些桥梁的设计、施工经验的基础上，进一步优化设计，降低造价并缩短工期。

该桥主要技术特征：

上部T梁采用部分预应力A类构件设计，中墩盖梁改为预应力混凝土结构，桥面连续长度增至450m等。

于1989年建成。

瑞安飞云江桥

飞云江桥位于浙江省瑞安县，跨飞云江。

是中国最大跨度的预应力混凝土简支梁桥。

桥全长1721m，分跨为18×51+5×62+14×35（m），最大跨度62m，梁高2.85,高跨比1/21.75；混凝土标号R60；桥面宽13m，由5片主梁构成，翼缘宽2.5m，安装后下翼缘间设置12cm厚底板，形成4横箱截面。

每片梁重2200kN，用3000kN架桥机安装，日架两片；并采用预应力混凝土打入桩，施工速度甚快，全桥施工时间仅2.5年。

于1988年10月建成通车。

2.3预应力混凝土连续梁桥的发展概况：

随着交通运输业特别是高等级公路的迅速发展,对行车平顺舒适提出了更高的要求.而多伸缩缝的悬臂梁和T型刚构桥均难以满足这个要求,超静定结构连续梁桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到了迅速的发展.普通钢筋混凝土连续梁桥的适用跨径在15-30米之间,当跨径进一步增大时，结构自重产生的弯矩迅速增大，混凝土开裂难以避免，于是预应力混凝土连续梁桥得到广泛的应用。

近几十年来，连续梁结构体系已成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一，在40～200m的范围内，与其他结构体系比较，常成为最佳桥型方案。

国外，这种桥型的桥梁在整个预应力混凝土桥梁修建总数中，已从1948念的10%左右上升到目前的40%～50%左右，可见它的强大生命力。

国内，从70年代开始才采用这种桥型，起步虽较迟，但近年来开始迎头赶上，跨径已从开始的40～70m发展到300m以上。

工程实例：

厦门海峡大桥

厦门海峡大桥位于福建省厦门岛北端，为跨越高崎集美海峡的公路桥，主桥长2070m。

上部结构为多孔45m等跨等截面预应力混凝土连续梁桥，共5联，分跨为8x45+8x45+12x45+10x45+8x45（m），横截面为两个独立的单室箱，梁高2.68m，桥宽23.5m。

预应力力筋采用钢绞线，QM及VSL锚具，纵向主索采用连接器全桥贯通。

下部结构为钢筋混凝土矩形薄壁双柱墩、钻孔灌注桩或打入预制方桩。

该桥为国内首次采用移动式模架逐孔现浇施工，共用两套模架，标准段长45m，施工周期14～15天，于1991年建成通车。

滦河公路桥

滦河公路桥位于河北省滦县城关东郊。

是国内第一座按10度高烈度设防的预应力混凝土连续梁公路桥。

桥全长979.51m，上部结构由6联24孔连续梁组成，每联为4×40mT型梁。

每孔设4片主梁，桥宽9m。

下部结构基础为钻孔灌注桩高桩承台；U型桥台；边墩为钢筋混凝土空心墩，中墩为实体墩。

按规范9度适当增大水平地震系数进行抗震设计，并考虑纵横向与竖向综合设防。

全桥分为6个独立“单元”设计，以避免一孔破坏而株连全桥。

主梁支承采用滑动盆式支座以形成“漂浮体系”；梁端与桥台间设有D型橡胶护弦，用以减震消能。

于1978年7月1日正式通车。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

1．设计的重点与难点

重点：

（1）成桥状态下的结构分析；

（2）截面的钢筋配置；

（3）施工过程结构内力和位移的计算。

难点：

（1）结构尺寸的合理拟定；

（2）施工工艺的选择

（3）施工过程结构受力状态的正确模拟。

2、拟采用的途径

设计手段:

（1）正确使用桥梁计算软件（Brcad、Midas、桥梁博士等）；

（2）收集参考图（标准图、设计图）；

（3）正确使用规范和手册。

技术路线：

（1）合理选择桥型，正确拟定结构尺寸；

（2）根据桥型特点和施工条件，设计合理的施工方案；

（3）用桥梁设计软件准确计算整个施工过程及成桥状态的受力；

（4）在施工的每一个阶段，充分考虑混凝土的收缩徐变、临时荷载等因素对成桥的影响；

（5）计算活载和荷载组合，合理配置钢筋；

（6）通过适当的手算来检验电算结果的正确性。

3、方案比选：

本次设计拟定了三种方案，分别是预应力混凝土简支梁桥、等截面预应力混凝土连续梁桥、变截面预应力混凝土连续梁桥。

设计依据

（1）设计跨径：

自行拟定；

（2）设计荷载：

公路—I级

（3）桥面净宽：

全桥双向六车道，分为上、下行两座互相独立的桥梁，只就左幅桥进行设计。

（4）桥面设置基本要求：

行车道净宽为11.25m，设2m宽人行道。

（5）通航等级：

无

（6）不考虑地震及漂流物撞击作用。

经参阅各种文献资料，从多方面考虑，可以考虑在此处修建预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土简支梁桥，准备拟定3个方案，分别是38m+40m+40m+38m四跨预应力混凝土简支T梁、3×52m三跨等截面预应力混凝土连续箱梁、43m+70m+43m三跨变截面预应力混泥土连续箱梁。

分别综述如下：

方案一：

预应力混凝土简支梁桥

此方案为38m+40m+40m+38m四跨预应力混凝土简支T梁，采用桥面连续的方式，桥墩设置横向挡块，总体桥面较宽，布置为左右两幅，左右幅之间留有20cm间隙，单幅桥面宽14m，桥面布置为0.25m（人行道护栏）+2（人行道）m+3×3.75（单幅三车道）+0.5（防撞墙），桥面设置2%横坡，为预制方便，四跨之间用相同截面形式的T梁，主梁高度通常为跨径的1/14～1/25，跨径40m，选定主梁高度为2.5m，此时H/L=16，主梁肋宽度一般为，0.18～0.20m，选定梁肋宽度为0.20m，当吊装起重量允许时，主梁间距采用1.8～2.2m为宜，这里主梁间距取2m，预制全宽1.4m两片主梁之间留有60cm现浇缝，上翼板根部厚21cm，边缘厚15cm，马蹄全高42cm，全宽40cm共设置9道横隔板；桥面顺车道方向右侧有60cm悬挑出去，四跨布置，每幅桥面包括7片主梁，每跨内7片主梁尺寸相同，可以一套模板重复使用，主梁预制场后张法预制、龙门架起吊运输、梁式架桥机架设、桥墩横桥向横移的施工方案；下部采用双柱式桥墩带悬臂盖梁的结构，桥墩直径2m两并排桥墩中设置两道横隔梁，横隔梁高2m，两幅桥面主墩盖梁边缘间距20cm，采用直径1.8m的钻孔灌注桩。

（见附图一）

方案二：

等截面预应力混凝土连续梁桥

主桥采用跨径组合为：

3×52m，三跨等截面预应力混凝土连续梁桥，布置为左右两幅，单幅桥面宽14.5m，左右幅之间留有20cm间隙，单幅桥面布置为0.25m（人行道栏杆）+2m（人行道）+0.5m（防撞墙）+3×3.75m（单幅桥面）+0.6m（防撞墙），桥面设置2%横坡。

主梁为矩形箱梁，根据经验公式，梁高一般为跨径的1/12到1/17，取梁高为3.5m；两侧悬臂长度与两腹板间距之比为1：

（2.5～3.0）时横向受力状态较好，取悬臂长度为3m，两腹板外边缘间距8.5m（悬臂与腹板长度比为1：

2.83）；悬臂端部设置防撞墙，端部厚度不小于20cm，悬臂端部厚取25cm，悬臂根部厚60cm；当腹板间距为3.0～10.0m时，顶板厚度可取175mm～300mm，顶板厚取28cm；支点处底板厚度一般为主跨的1/140～1/170，主跨为52m所以底板的取值范围为30.59cm～37.14cm，底板厚度取35cm，跨中处底板厚度可按布置预应力筋的构造要求确定，一般为22cm～28cm，跨中底厚度取25cm，墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚，以满足剪力增加的要求。

其厚度可达30cm～60cm甚至100cm。

主跨为52m，跨径相对较大，距支点处4m腹板要加厚，腹板厚度为60cm，腹板内有预应力束筋管道布置时，最小厚度为25cm～30cm，跨中腹板厚度取30cm；两幅桥面主梁悬臂端间距20cm；采用盆式橡胶支座；下部采用双柱式桥墩，桥墩直径2m，两桥墩之间设置两道横系梁；桩基础采用直径为1.8m的钻孔灌注桩；主梁采用顶推法施工，现浇C50混凝土（先底板、后腹板和桥面板），预应力钢筋采用后张法超张拉工艺。

（见附图二）

方案三：

变截面预应力混凝土连续梁桥（推荐方案）

主桥跨径组合为：

43m+70m+43m三跨预应力混凝土连续梁桥，边中跨比为0.614平面布置为左右两幅，单幅桥面宽14.5m，左右幅之间留有20cm间隙，单幅桥面布置为0.25m（人行道栏杆）+2m（人行道）+0.5m（防撞墙）+3×3.75m（单幅桥面）+0.6m（防撞墙），桥面设置2%横坡，主梁为矩形箱梁；箱梁根部截面的高跨比一般为1/16～1/20，最大跨径为70m，根部主梁高度取值范围为3.5m～4.375m，支点处梁高取4m，跨中处截面梁高通常为支点处截面梁高的1/1.5～1/2.5，跨中截面主梁高度取值范围为1.6m～2.667m，跨中截面梁高取2m，梁高从跨中的2m渐变至根部的4m，变化轨迹为二次抛物线；箱梁两侧悬臂板长3m，悬臂端部设置防撞墙，端部厚度不小于20cm，悬臂端部厚取25cm，悬臂根部厚60cm；顶板宽14.5m，当腹板间距为3.0～10.0m时，顶板厚度可取175mm～300mm，顶板厚取28cm；底板宽8.5m，支点处底板厚度一般为主跨的1/120～1/170，主跨为70m所以底板的取值范围为41.2cm～58.3cm，底板厚度取50cm，跨中处底板厚度可按布置预应力筋的构造要求确定，一般为22cm～28cm，跨中底板厚度取25cm，底板厚度由跨中的25cm渐变到跨中的50cm，腹板厚度由40cm变至60cm，主梁采用挂篮悬臂浇筑法施工。

箱梁纵向、横向配有预应力筋，下部采用双柱式桥墩，桥墩直径2m，两桥墩之间设置两道横系梁；桩基础采用直径为1.8m的钻孔灌注桩，桩深9m，打至冲积层以下。

（具体桥型布置图见附图三）

方案比选

方案序号

设计方案一

设计方案二

设计方案三

桥型

简支梁桥

等截面连续梁桥

变截面连续梁桥

实用性

设计、施工技术成熟；变形小，跨径较小，施工方便，采用预制方案，工期较短，结构构造简单，利于养护。

整体性能好，结构刚度大，变形小，结构不发生体系转换，预应力筋可一次布置，集中张拉等优点，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。

跨越能力大，悬臂施工，施工技术成熟，行车平顺舒；抗震能力强。

高度变化基本上与内力变化相适应，降低了跨中的设计弯矩。

安全性

整体性较差，结构刚度小，抗风抗震能力相对较弱；桥墩对地基要求较低，对地形的适应性很强。

连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理且施工较为简单。

但墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化

采用悬臂施工，施工阶段主梁的刚度大且内力与运营阶段主梁内力基本一致。

对常年温差、基础变形、日照温均较敏感；对基础要求较高。

美观性

跨径一般，线条明晰，但比较单调。

全桥线条明快，周围环境协调能力好，桥型简洁实用。

桥梁的线型美观，富有动感，景观效果较好。

分析结论:

通过分析方案，在经济上（工程费用，维修养护，运营费大小）的比较，以及以桥梁结构的经济性、实用性、安全性、美观性和施工的难易程度为考虑因素，综合个设计方案的优缺点，最终选定一个最优方案：

方案三变截面预应力混凝土连续梁桥。

四、设计（研究）进度计划：

（1）文献翻译，方案比选，推荐最优方案。

（第三~四周）

（2）拟定结构尺寸，选取计算简图。

（第五周）

（3）上部结构设计计算。

（第六~八周）

（4）配筋计算。

（第九~十周）

（5）强度验算，刚度验算，稳定性验算。

（第十~十一周）

（6）下部结构设计计算。

（第十二~十三周）

（7）绘制施工图。

（第十三~十五周）

（8）编写设计说明书，英文摘要。

（第十六周）

（9）整理，修改及交稿。

（第十七周）

（10）准备答辩，毕业答辩。

（第十七周）

五、参考文献：

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人民交通出版社，2004.

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人民交通出版社，2004.

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人民交通出版社，2004.

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人民交通出版社，2004.

[5]叶见曙.结构设计原理[M].北京：

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[6]易建国.桥梁计算示例丛书—混凝土简支梁（板）桥[M].北京：

人民交通出版社,2006.

[7]周念先.桥梁方案比选[M].上海：

同济大学出版社,1997.

[8]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：

人民交通出版社，1996.

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人民交通出版社，2006

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[13]HINESE.andBILLINGTOND.,„CaseStudyOfBridgeDesignCompetition“,ASCEJournalofBridgeEngineering,August1998,pp.93-102.

[14]SCHLAICHJ.,SCHLAICHM.,andWERWIGKM.,„DieneueGlacisbrückeIngolstadt“,Beton-undStahlbetonbau,Vol.94,No.11,1999,pp.466-475.（inGerman）

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