开题报告高速公路大桥施工图设计.docx

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开题报告高速公路大桥施工图设计

毕业设计（论文）开题报告

题目：

高速公路K16+504田庄大桥施工图设计

（二）

课题类别：

设计

论文　□

学生姓名：

学号：

班级：

专业（全称）：

桥梁工程

指导教师：

一、本课题设计（研究）的目的：

1、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；

2、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；

3.能熟练使用工程绘图软件，能应用计算机对大跨径预应力混凝土变截面箱梁连续刚构桥成桥阶段和施工过程进行计算和分析；

4、通过自行编制的计算程序，完成一项或多项结构辅助设计工作以及熟悉桥梁结构电算的一般方法；

5、培养独立解决实际问题能力。

6、培养严肃认真，一丝不苟的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：

（一）、设计原则：

梁桥以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁。

主梁可以是实腹梁或桁架梁。

实腹梁构造简单，制造、架设和维修均较方便，广泛用于中、小跨度桥梁，但在材料利用上不够经济。

桁架梁的杆件承受轴向力，材料能充分利用，自重较轻，跨越能力大，多用于建造大跨度桥梁。

按照主梁的静力体系，分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。

我国自五十年代中期开始修建预应力混凝土梁桥,至今已有四十多年的历史,比欧洲起步晚,但近二十年来发展迅速,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。

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,桥面伸缩缝一般仅设二道,行车舒适等优点。

加上这种桥型的设计施工较成熟,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我国公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。

（二）、桥型比较:

1、梁式桥：

梁式桥可根据跨径布置分为三跨连续梁和多跨连续梁；可根据外部约束分为：

简支梁、连续梁、固端梁和悬臂梁；可根据内部连接分为：

连续梁、T形

刚构、连续刚构；还可根据刚度分配分为：

等截面梁和变截面梁。

如今在较大跨径中，

选用较多的为连续梁桥和连续刚构桥。

连续梁是一种最古老、最常见的桥型。

到工业革命之后，钢材、混凝土等材料应用技术的成熟以及结构体系研究的深入。

特别是随着交通业的发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的简支T梁结构已不能满足要求，现代的连续梁桥在原始概念的基础上得到了极大的发展。

连续刚构是由T形刚构桥演变而来的，其结构特点是梁体连续、梁墩固结，有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足大跨度桥梁的受力要求。

连续梁桥在20世纪的发展，主要是预应力混凝土连续梁桥的发展。

悬臂施工方

法在施工是发挥出其优势，如德国修建的Bendorf桥采用薄壁墩的带铰连续刚构体

系。

2、拱式桥：

拱式桥是一种弧形承重结构桥，型式多样，构造各异。

按所使用的建筑材料可分为：

圬工（砖、石、砼）拱桥、钢筋砼拱桥、木拱桥及钢拱桥。

按拱上建筑型式可分为实腹式和空腹式拱桥。

前者适合中、小跨径，后者一般适用于大、中跨径。

按主拱轴线的线型可分为圆弧拱、抛物线拱及悬链线拱等。

按桥面位置可分为上承式拱桥、

下承式拱桥和中承式拱桥。

将拱脚用系杆连接或与行车道系组合共同受力，可以形成

系杆拱。

我国工程界习惯于将拱桥按材料和结构型式分为：

石拱桥（包括混凝土拱桥）、

双曲拱桥、钢筋混凝土箱型拱桥、钢筋混凝土肋拱桥、钢筋混凝土桁架拱桥、钢筋混

凝土刚架拱桥、钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥和钢拱桥。

钢管混凝土拱桥近几年在我国发展很快，2000年建成的广州丫髻沙珠江大桥（主跨360m）中承式钢管混凝土拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。

2002年10月合拢的上海卢浦大桥，主跨550m，被誉为世界第一拱，为全焊接钢结构拱桥。

我国在建设大跨径拱桥技术方面居世界领先地位。

（三）、桥梁的设计技术

1、设计理论及规范：

近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和发展。

1857年由圣沃南在前人对拱的理论、静力学和材料力学研究的基础上，提出了较完整的梁理论和扭转理论。

这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。

桥梁桁架分析（如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法）也得到解决。

19世纪70年代后经德国人K.库尔曼、英国人兰金和.麦克斯韦等人的努力，结构力学获得很大的发展，能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。

这些理论的发展，推动了桁架、连续梁和悬臂梁的发展。

19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥发展。

20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁基础的理论研究。

在理论研究的基础上，1978年交通部颁布了我国第一部《公路预应力混凝土桥梁设计规范》,该规范按单一系数极限状态设计理论编制,比以往采用的破坏阶段理论规范前进了一步。

1985年交通部颁布了《公路桥涵设计通用规范》,其中《公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）将单一系数改成多系数,以塑性理论为基础作强度极限计算,以弹塑性或弹性理论为基础作正常使用极限计算。

进入21世纪以来，交通部颁布了交通行业标准《公路工程技术标准》（JTGB01--2003）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60--2004）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62--2004）.与1985年颁布的设计规范相比，无论是在内容上（设计原则，计算方法和构造要求）还是在形式上（术语，符号和计量单位等）都有很大的改变，特别是在钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁的结构设计原则上，由半概率极限状态法改为近似概率极限状态法。

（四）、桥梁结构分析专用软件和CAD技术

1、自七十年代后期以来,我国桥梁结构分析专用软件和CAD技术得到大力开发和应用。

其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序,实现设计、计算、绘图一体化,大大提高了计算精度和速度,特别是用于大量重复计算、局部应力分析、设计方案优化。

大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推广应用,适应了我国桥梁建设高速发展的需要。

2、计算机技术已被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制。

使得成桥后的线型平顺,符合桥梁的纵向设计标高;桥梁结构的受力状态能与设计计算一致。

3、常用的桥梁计算分析软件有桥梁博士，迈达斯，sap2000，金思路，ANSYS。

（五）、施工技术

1、落地支架法

落地支架法现浇施工是早期最常见的混凝土连续梁施工方法之一，此方法的主要优点是桥梁整体性好、施工简便可靠、不需大型起重设备。

其缺点是需要大量施工支架，施工工期长，费用高，需要有较大的施工场地，施工管理复杂。

在桥位处地质条件及空间条件较好且连续梁跨数不多的情况下，可采用此方法施工。

2、移动模架法

移动模架法是利用施工设备在桥位上现浇来进行逐孔施工，周期循环，直到全部完成，多用于桥下通航或者桥下存在的既有交通不能中断的情况下。

此方法可免去大型运输和吊装设备，同时构件可在桥梁预制厂生产，桥梁整体性好，施工占地少，机械化程度高，能提高设备的利用率和生产率。

移动模架施工的缺点是施工跨径受一定限制，只适合修建６０ｍ以内跨径的多跨长桥，同时，移动模架一次性投资较大，且属于专用设备，需要能多次周转使用，方可获得较好的经济效益。

3、悬臂浇筑法

悬臂浇筑法采用移动式挂篮作为主要施工机具，以桥墩为中心，对称向两侧逐段浇筑梁段混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段的施工。

悬臂浇筑法具有结构整体性好、可以不受桥下地形条件限制等优点，大部分大跨预应力混凝土桥梁采用悬臂浇筑法施工。

4、整孔预制拼装法

整孔预制拼装法多用于桥梁跨度变化不大且跨数相对较多的快速施工条件下，适用于简支梁或先简支后连续梁体，岸上多采用架桥机、水中多采用大型浮吊施工。

5、节段预制拼装法

当桥跨较大、工期较紧而无法采用大型浮吊或悬浇施工时，经过经济比较后往往采用节段预制拼装法施工。

在保证质量的前提下节段预制拼装施工可加快进度、节省成本，节段预制方法分为长线预制和短线预制２种。

6、转体施工法

转体施工法是异位现浇施工的延续，也就是在非桥梁设计轴线位置现浇完成后转体到桥轴线位置的一种施工方法，多用于桥下交通繁忙且不能中断的桥梁施工。

7、顶推施工法

顶推施工法是预制拼装施工的延续，也就是在预制场完成节段梁的预制，在桥端设置１个拼装台组拼导梁及梁段，利用液压千斤顶将梁体顶推到设计位置。

该方法适用于水深、桥高的条件下施工以及高架道路施工。

在桥梁主梁为等截面梁等情况下，可省去大量施工脚手架。

采用该方法施工可不中断桥下现有交通，集中管理和指挥，减少高空作业，施工安全可靠，同时可以使用简单的设备建造多跨长桥。

（六）、桥梁设计的发展趋势

随着高强度钢、高强度混凝土、玻璃钢、碳纤维等太空轻质材料的大量启用，桥梁建筑的主要材料也不断在更新。

美国联邦公路署研究中心主任PhillipYen曾说目前的桥梁根据材料分类基本是钢筋混凝土结构和钢结构两大类。

我们希望通过发展新材料的性能，能够把桥梁带进更高性能的层面。

过去已经发展过碳纤维、玻璃纤维等材料，我们现在发展处的高性能的钢筋混凝土可以突破现在的性能极限，由此可以带来设计的变化。

高强度的钢结构可以从以前的36－50KSI达到70－100KSI，它的强度、可焊度、韧度都会加倍，在冷却时还会保持原有的韧度，不会出现脆变。

这是高性能材料发展对桥梁的作用。

21世纪的桥梁主要材料将采用高强度，高韧性钢材和抑振合金材料，以特殊纤维为辅。

日本明石海峡大桥的加劲梁采用780MP焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录达到1990米。

目前,计算机技术的发展为桥梁结构的优化设计创造了条件,使桥梁设计人员可以对即将兴建的桥梁进行仿真分析,使不同材料的性能发挥到极致;结构动力学理论的发展与完善使设计者采用非常轻质的梁型时,不致出现像著名的塔可马吊桥那样有被风吹塌的危险;依靠科技进步可使设计人员打破常规,采取特殊的结构措施,用最少的钱造出轻质、美观而实用的桥梁来。

如跨越地中海的直布罗陀海峡大桥采用了浮桥方案,但不是传统意义上浮在水上的浮桥,而是将桥梁基础放在一个巨大的没于水中的水密舱上,水密舱锚定于海底,其上部结构即为常规桥梁,其反吊桥结构形式首开国际桥式之先河。

再如世纪之交中国推出的大跨转体钢管拱桥北盘江大桥,其桥梁结构形式在国际上也是绝无仅有的。

21世纪还将出现一种水下密封隧道式桥梁。

意大利墨西拿海峡大桥在设计时就有这种比选方案,这种桥下部结构为承台固基,上部结构则是一个沉埋水下管段式密封隧道,这是针对墨西拿海峡大桥常年狂风大浪、恶劣气候而精心选定的桥隧方案。

21世纪方兴未艾的结合梁型的桥梁、斜拉桥、悬索桥也将得到长足发展。

21世纪建成的新型大桥将头脑灵活,感觉敏捷计算机系统和传感器系统将可以感知风力、气温状况,同时可随时得到并反映出大桥的承载情况、交通状况,桥面还将设有路径传感器,客车无人驾驶时不会偏离车道并能顺利通过大桥.自动收费装置将阻截逃票车辆,交费足额才可放行。

桥体内的传感器可测出大桥各部位的危险及潜在故障,并及时发出警报。

严寒冬季桥墩上的自动加热系统将启动吸收地热,将地热传向桥面融化冰雪;超载汽车、列车通过大桥之前,会被装在桥头的传感器感测出来,及时传感到智能装置,桥头放行栅栏将自动关闭,以防桥梁超载发生危险。

21世纪的世界,桥梁将成为造福人类,代表社会进步与高度文明的标志性建筑。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

（一）、桥型方案

1、桥梁设计原则

桥梁工程的设计应符合技术先进、安全可靠、使用耐久、经济合理的要求。

同时应满足没关、环境保护和可持续发展的要求。

2、设计依据

设计荷载：

公路Ⅱ级

桥面净宽：

（防撞栏）+（行车道）+2m（中间带）+（行车道）+（防撞栏）

通航要求：

无通航要求

3、设计方案比选

第一方案：

预应力混凝土变截面连续梁桥（55m+85m+55m）

预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的结构。

它在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合。

预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。

跨径组合为55m+85m+55m，桥梁全长195m，主梁采用单箱单室，支点处梁高为，跨中梁高，顶板厚度40cm，腹板厚度65cm。

主桥桥墩为双柱式墩，基础为钻孔灌注桩。

整体布置图如下所示。

图1预应力混凝土变截面连续梁桥桥型整体布置图

第二方案：

预应力混凝土等截面连续梁桥

跨境组合为5X39m，桥梁全长195m。

梁高为。

主桥采用单箱单室截面，顶板厚度40cm，地板厚度70cm，腹板厚度65cm。

主桥桥墩采用双柱式墩。

基础为钻孔灌注桩。

采用移动模架施工法，使用移动式的脚手架和装配式的模板，在桥上逐孔浇筑施工。

当采用移动模架施工时，连续梁分段时的接头部位应放在玩具最小的补位，若无详细计算资料时。

可以取L/5处。

图2预应力混凝土等截面连续梁桥桥型整体布置图

第三方案：

下承式钢管混凝土拱桥

本桥采用孔径为195m的下承式钢管混凝土拱桥，内部为超静定体系，外部整体简支，属静定体系，矢高24m，矢跨比为1/8，拱肋间距为13m。

拱轴线采用抛物线，采用先拱后梁的施工方法。

下部结构采用双拱式墩，钻孔灌注桩。

主梁采用单箱双室的箱型截面，其尺寸与拱桥整体布置图如下。

图3下承式钢管混凝土拱桥桥型整体布置图桥梁整体布置图

各桥型主要优缺点比较表

方案序

设计方案一

设计方案二

设计方案三

桥型

预应力变截面连续梁桥

预应力等截面连续箱梁桥

下承式钢管混凝土拱桥

孔径布置

55m+85m+55m

5x39m

195m

下部结构形式

钻孔灌注桩

钻孔灌注桩

钻孔灌注桩

外观造型

全桥线条简洁明快，与周围环境协调好，比较美观，符合城市桥梁要求。

桥梁结构形式单一，经济，但不是很美观。

采用下承式梁拱组合结构，户县有没，外形轻盈美观。

施工设备与施工难度

一般。

连续梁悬臂施工存在体系转换

移动支架施工较为简单。

主拱施工复杂，体系转换。

施工工期

短

短

一般

主桥造价概算

造价低

造价低

造价低，先拱后梁施工困难

养护

维修少

维修少，伸缩徐变大

吊杆，钢管防锈

综上所述，根据间接、节约、美观等原则，综合考虑,采用预应力混凝土连续梁桥。

预应力混凝土连续梁具有较高的性价比，因此，推荐具有成功设计和施工经验、结构新颖、经管效果好、工程造价低、施工期间抗风安全性好、是施工简便可靠。

施工工期有保证的方案一，即预应力混凝土连续梁方案。

四、设计（研究）进度计划：

第1-2周桥梁工程实习

第3-4周方案比选，提交开题报告

第7-9周结构计算（成桥阶段计算）

第10周施工方法设计

第11周成桥阶段设计分析

第12-13周荷载组合承载能力分析

第14周绘制图纸

第15周英语翻译，完成设计提交修改

第16周完成修改进行答辩

五、参考文献：

[1]JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].北京:

人民交通出版社,2004.

[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.

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人民交通出版社,2005.

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人民交通出版社,1985.

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[7]黄平明.混凝土斜梁桥[M].北京:

人民交通出版社,1999.

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人民交通出版社,2003.

[11]邵旭东.桥梁设计百问[M].北京:

人民交通出版社,2001.

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[14]徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京:

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[15]徐光辉.桥梁计算示例集---预应力混凝土刚架桥[M].北京:

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[16]程翔云.梁桥理论与计算[M].北京:

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[17]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:

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[18]EricB.Williamson;OguzhanBayrak;CarrieDavis.PerformanceofBridgeColumnsSubjectedtoBlastLoads.I:

ExperimentalProgram[J].JournalofBridgeEngineering,（6）:

703-710.

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