1、桥梁设计单箱双室河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：荆山高架桥 K4+792.195K4+911.195 段桥梁施工图设计专业：土木工程（桥梁方向）学生信息：学号 、姓名 赵超、班级 土木C072指导教师信息：黄海新、副教授报告提交日期：2011-3-30一、毕业设计的工作过程，遇到的问题、解决问题的方法、效果、启示1.工作过程1.1 设计资料荆山高架桥位于济南市东区建设旅游路西段,设计里程K4+792.195K4+911.195为主线左线桥的一部分，该段桥宽 16.75m。环境相对湿度 75%，温度范围为-10+34，计算温度+15+20。温度梯度按通用规范
2、4.3.103 计算，取 10cm 沥青砼铺装时的温度基数。其中主要设计指标有： 1）设计荷载：公路 I 级 2）桥面宽：15.75+20.5 米防撞护栏 3）设计车速：60km/h 4）地震烈度：基本烈度 6 度，按7 度设防 5）桥面横坡：1.5%2.0 6）桥面纵坡：3.0%以内1.2 设计过程1）分析水文地质资料，气象资料等2）初步确定桥梁方案，进行拟定必选3）确定桥梁最终桥型及横断面4）合理确定桥梁的总体布置，桥梁分孔5）初拟桥梁上下部结构造型及尺寸6）上部结构计算（包括恒载和活载等）7）下部结构粗略计算8）结构设计及配筋计算9）使用阶段和施工阶段的强度刚度验算10）绘制施工图，包括
3、总体布置图，主梁钢筋（普通钢筋和预应力筋）布置图，下部结构一般布置图11）编写设计计算说明书1.3 方案比选依据设计资料，全桥长120m，15.75+20.5 = 16.75 m米防撞护栏，设计荷载为公路I 级，可以初步的选定以下三种桥型：1）中承式系杆拱桥图-1中承式系杆拱桥 单位：cm中承式拱桥的行车道位于拱肋的中部，桥面系（行车道，人行道，栏杆等）一部分用吊杆挂在拱肋下，一部分用刚性立柱支承在拱肋上。它的优点是桥型美观，尤其是在城市中是为数不多的城市建筑的亮点，更继承了中国古老的拱桥的各项优点。不仅在受力上保持了上承式拱桥的基本力学特性，也可以充分的发挥拱圈混凝土材料的抗压性能，而且构件
4、简洁明快，具有广泛的适用场合。在不等跨的多孔连续拱桥中，为了平衡左右桥墩的水平推力，将较大跨径一孔的矢跨比加大，做成中承式拱桥，可以减小大跨的水平推力。而且可以减小路线转弯的障碍。但是它对施工的要求较高，而且需要一支专业的施工队伍，对总体道路的工期有一定的影响。2）预应力混凝土简支T梁桥图-2混凝土简支梁桥 单位：cm简支梁桥属于静定结构，构造简单，架设方便，结构内力不受地基变形、温度改变的影响，对基础要求较低。跨径超过20m时，一般选用预应力混凝土梁。我国后张法装配式预应力混凝土简支梁桥的标准设计有25m、30m、35m、40m四种。其梁高分别为1.251.45m，1.651.75m，2.0
5、0m，2.30m。标准设计中高跨比约为1/171/20。因此，设定简支桥梁的跨径组合为：30+30+30+30= 120m。3）预应力混凝土连续箱梁桥图-3混凝土连续梁桥 单位：cm梁桥作为一种简单但实用的桥型，已经得到了充分的发展，连续梁可以做成两跨或是三跨以及多跨一联的。通过计算可知，在恒载的作用下，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，因此相对而言，弯矩分布更加的合理。它的优点是结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形绕曲线平缓，有利于高速行车。此标段处于荆山高架桥上，因此连续梁更有利高速行车，加之其施工难度相对较小，施工技术相对较低。同时，钢筋混凝土连续梁桥不易装配化施工，而花
6、费较高费用现浇却仍然会产生裂缝，仅在城市高架桥，小半径弯桥中有少量使用。而预应力混凝土连续梁桥却应用非常广泛，随着悬臂施工法等技术的发展，预应力的技术优点便于机械化作业，从而提高了施工质量，降低了施工费用。因此综合考虑后选择预应力混凝土连续梁桥。在梁的横截面选择上，主要有空心板，T型梁和箱梁，空心板主要应用于小跨径桥梁上，而且自重大，截面用料不经济。T型梁和箱梁都有受力性能好的特点，但是综合而言，箱梁的顶板和底板面积比较大，能有效的承担正负弯矩，满足配筋的需要。同时由于此桥的设计宽度相对较小，单箱截面因其整体性能好，抗扭性能好，施工方便，材料用料经济，因此结合以上比选，综合考虑确定使用预应力混
7、凝土连续梁桥，采用单箱双室截面。2设计中遇到的问题及解决方法相对于预应力混凝土简支T梁桥和预应力混凝土连续箱梁桥而言，拱桥的设计是个难点。在拱桥上，确定桥梁分孔上，当时考虑了双孔和单孔，考虑到桥梁总长度较短，因此宜采用三孔而且在跨度方案拟定中应该考虑施工的方便和可能性。在桥型选择上，上承式拱桥是我国古代桥梁文化的精髓，考虑到美观问题，因此选择了中承式。在矢跨比的选择上，根据水文地址资料，桥面标高一般由两岸线路的断面设计所控制。对于预应力混凝土简支T梁桥，桥宽在16.75m左右，整体性有点不好。最后在连续梁桥的选择上，确定桥梁分孔时，因总长度较小，考虑了两跨和三跨，在计算弯矩时候，三跨的弯矩分布
8、图显得更为合理，且设计计算相对简单，因此最后确定了三跨等跨的桥型。由于考虑到了箱梁和T梁，箱梁更有优势，因桥宽不太大，考虑了箱梁的抗扭刚度大，所以采用单箱双室。在计算上，确定了桥型之后，首先要进行的是恒载和活载的计算。在计算箱梁的自重上，箱梁的面值采用简化计算显然会对精确计算有很大的影响，因此宜采用软件辅助计算，可以采用CAD ，MIDAS等。就现在来说，我对软件学习方面还有欠缺，会通过网上搜索资料、翻阅图书以及向老师请教不断学习来完善自己，充实自己，不断进步。在计算活载横向分布系数时汽车的布置应考虑最不利荷载引起的效应。在预应力筋和普通钢筋计算时要综合考虑，而且在预应力筋的布置上要按照相关原
9、则进行。3效果和启示此设计来自于实际工程，与一般的课程设计不同，它具有特殊的实际意义。本次毕业设计主要以我自己学习查阅资料为主，指导老师为辅，独立系统地完成一项工程设计或计算，解决了与之相关的部分问题，熟悉相关规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法。尤其锻炼我独立工作能力和培养自觉性，提高桥梁工程设计具体问题所需的综合能力，创新能力，协作能力等等。通过此次初步设计，我发现了自身相关专业知识的不足，也更加的认识到，毕业设计是个综合考察我个人综合能力的一个重要环节。因此，要求我去加强学习，弥补知识的缺陷，独立的思考，学会去查阅资料，提高计算机应用水平。由于此次设计也是我们走向以后工作岗位的重要
10、锻炼，因此我会尽力，系统的，完整的完成，通过不断的学习，来提高自身综合能力。4、毕业设计工作进度完成情况第 4 周第5.5 周 此阶段已完成，并已提交。二文献综述我在进行毕业设计之前，先阅读了各种文献，对桥梁的历史和发展有一个初步的了解，同时也要对桥梁结构的各种形式有系统的了解，以便今后对毕业设计有更好的把握。1桥梁的发展大致经历了以下三次飞跃19世纪钢材的出现，随后又出现高强度钢材，使桥梁工程的发展获得了第一次飞跃，跨度不断加大。20世纪初，钢筋混凝土的应用以及30年代兴起的预应力混凝土技术，使桥梁建设获得了廉价、耐久、且刚度和承载力都很大的建筑材料，从而推动桥梁的发展产生第二次飞跃。20世
11、纪50年代以后，随着计算机技术和有限元技术的迅速发展，使得人们能够方便完成过去不可能完成的大规模结构计算，这使桥梁工程获得了第三次飞跃。2桥梁的分类1）按照受力体系分类，桥梁有梁、拱、索三大基本体系，其中梁桥以受弯为主，拱桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。2） 按使用性分：公路桥、铁路桥，公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥等。 3）按跨径大小和多跨总长分为：特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞。 其中： 特大桥：多孔跨径总长1000米， 单孔跨径150 米 大桥：多孔跨径总长100L1000米，单孔跨径40L150 米 中桥：30米多孔跨径总长100米， 20单孔跨径40 米 小桥：8米多孔跨径总长3
12、0米， 5单孔跨径20米 4） 按行车道位置分为：上承式桥、中承式桥、下承式桥。 5）按材料类型分为：木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥。3桥梁设计的基本原则桥梁设计必须遵照适用、经济、安全和美观的基本原则进行，必须考虑下述各项要求。1）使用上的要求桥梁必须适用。要有足够的承载和泄洪能力，能保证车辆和行人的安全畅通；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求；在通航河道上，应满足航运的要求；靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁还应结合有关方面的要求，考虑综合利用。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维护。2）经济上的要求桥梁设计应体现经济上的合理
13、性。设计必须经过洋细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最小，在使用期间养护维修费用最省，并且经久耐用。另外，桥梁设计还应满足快速施工的要求，缩短工期不仅能降低施丁费用，而且尽早通车在运输上将带来很大的经济效益。3）设计上的要求桥梁设计必须积极采用新结构、新殴备、新材料、新工艺和新的设计思想，认真研究国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成果，把国外的先进技术与我们自己的独创结合起来。保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、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。 4）施工上的要求桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度
14、，保证工程质量和施工安全。 5）美观上的要求在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具有优美的建筑外型，并与周围的景物相协调。在城市和游览地区，应更多地考虑桥梁的建筑艺术，但不可把美观片面地理解为豪华的细部装饰。 4我国高速铁路桥梁的发展 桥梁设计与建造技术已成为现代高速铁路建设中关键技术之一。桥梁建设作为高速铁路土建工程的重要组成部分，主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，以确保运营的安全和旅客乘坐的舒适。以京沪高速铁路为例，它经过的区域是东部经济发达地区，全长为1300多公里，桥梁占1000多公里，为全长的77%。我国的高速铁路建设通过借鉴德国、日本等国高速铁路桥梁先进技术和成功建设经
15、验，在我国高速铁路桥梁建设发展中，逐渐完善技术的同时形成自己的特色。1）铁路桥梁发展现状随着我国铁路客运专线建设的全面推进，中国高速铁路桥梁建设取得了实质性进展。目前，中国在建和即将开工建设的客运专线规模达到9700km，其中桥梁比重近50%。其中桥梁比重最高的广珠城际铁路达到90%以上；已经开通运营的京津城际铁路桥梁比重达到88%；全长1318km的京沪高速铁路桥梁总长达1060km，桥梁比重为80%。近年来，中国铁路通过引进、消化、吸收再创新，探索和积累了符合国情的高速铁路桥梁建设的技术标准、设计技术、建造技术，在高速铁路桥梁设计、施工、科研以及建设管理等方面实现了重大跨越。同时，大吨位桥
16、梁建造技术取得重大突破，国内自主研发客运专线900t架桥机和运梁车，解决了大吨位整孔箱梁架设问题，推动了我国铁路桥梁事业发展。再者，深水大跨桥梁建造技术取得了相当大的进展。例如，武汉天兴洲长江大桥是国内外已建的时速为250km最大跨度公铁两用斜拉桥；南京大胜关长江大桥是目前世界上设计时速为350km最大跨度的高速铁路桥梁。铁路桥梁建造技术发展迅猛，逐步达到世界领先水平。与此同时，为推动高速铁路修建的发展起到了至关重要的作用。2）我国高速铁路桥梁建设特点由于列车速度大幅提高，其对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁。桥梁又是铁路线路中修建中的薄弱和复杂环节，对整条线路运行的性能影响甚大。桥梁出现
17、较大挠度会直接影响桥上轨道平顺性，造成结构物承受很大冲击力，旅客舒适度大幅度下降，甚至危及列车运行安全。这些都对桥梁结构的刚度和整体性提出了极高的要求本文从以下七个方面介绍其建设特点：1大量修建高架桥我国正处于高速铁路建设大发展的时期，在建和待建的高速铁路总里程将达到上万公里。为了充分贯彻节约土地的基本国策，加快铁路建设速度以适应国民经济发展的需要，在高速铁路建设中大量采用了以桥代路。所以高架桥梁在高速铁路中修建中所占的比例较大，主要在平原软土以及人口和建筑密集地区，同时降低了对周边环境和居民生活的影响，提高铁路的安全性能，缩短行程距离。2大跨度桥梁数量较多因受到我国地形特点和道路实际情况的制
18、约，我国客运专线中，跨度达100m及以上的大跨度桥梁很多据统计，在建与拟建客运专线中，100m以上跨度的高速桥梁至少在200座以上。其中，预应力混凝土连续梁桥的最大跨度为128m，预应力混凝土刚构桥的最大跨度为180m，钢桥的最大跨度504m。3主要采用简支箱梁结构形式根据我国高速铁路建设规模工期要求和技术特点，其结构形式整体性好，机械化程度高，便于施工。通过深入的技术比较，确定以32m简支箱梁作为标准跨度，整孔预制架设施工预应力体系有先张法和后张法两种少部分采用12m，16m跨度的T形梁，预制吊装。4桥梁整体性能好为了保证列车高速舒适安全行驶，高速铁路桥梁必须具有足够大的竖向和横向度以及良好
19、的整体性，以防止桥梁出现较大挠度和振幅同时，还必须严格控制由混凝土产生的徐变上拱和不均温差引起的结构变形，以保证轨道的高平顺性。5加强对纵向位移的限制避免桥上无线路出现过大的附加力由于桥梁结构的温度变化列制动桥梁挠曲会使桥梁在纵向产生一定的位移，引起上无缝线路钢轨产生附加应力，过大的附加应力会导致上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，要求桥梁墩具有足够的纵向刚度，以尽量减少钢轨附加应力和梁轨的相对位移6提高耐久性，减少维修工作高速铁路是其重要的交通运输设施，桥梁结构物应尽量做到少维修免维修，因此，设计时需要将改善结构物的耐久性作为计原则，统一考虑合理的结构布局和构造细节，并在施中加以严格控制，保
20、证质量另一方面，高速铁路运营任务繁重，列车速度高，维修时间都放在夜间“天窗”时间进行一般为4h，因此桥梁结构构造应易于检查和维修。7重视抗震设计高速铁路在未来国家发展中所占据的重要位置就对其自身的各方面性能提出了更高的要求，经历了汶川震灾后，结构抗震性能的优劣显得更加至关重要。高速铁路桥梁的抗震性能也就成了高速铁路抗震设计的核心环节。新颁布的铁路抗震规范，提出了三水准两阶段设计的原则，在多遇地震下，桥梁结构按弹性理论设计，不允许结构产生大的损伤和破坏。罕遇地震下，桥梁结构按弹塑性理论设计，引入延性设计方法，允许结构产生可修复的损伤和破坏，但结构物不得倒塌。从而使“小震不坏、中震可修、大震不倒”
21、的设计原则在规范标准体系中得以体现。与旧规范相比，新规范较大幅度地提高了桥梁的抗震设防水准。建设中不断引入减震设计方法，探寻和研究适合高速铁路桥梁减震设计的措施，增强高速铁路桥梁抵御地震灾害的能力。3)结语我国高速铁路桥梁的发展表明，高速铁路桥梁在我国有很大的发展空间和潜力，在高速铁路发展中扮演着重要的角色。我国在充分利用后发优势，实现我国高速铁路桥梁的跨越式发展。所以，在未来的十几年中，我们要大力发展高速铁路桥梁，在技术和管理上有更大的突破，逐步实现引领世界桥梁建设的发展。由此可见，我国需要高速铁路，我国高速铁路建设的特点需要铁路桥梁发展的推动。高速铁路桥梁的前景将会一片光明。5中承式拱桥外
22、倾拱桥典型的结构型式为中承式, 拱脚固结, 拱肋与桥面相交处设置强劲的横撑(横梁) , 桥面以上一般不设风撑, 好似敞开了宽阔的胸怀, 显得生动而大气。外倾拱桥给人的感觉与传统的平行拱或提篮拱的稳重朴实感完全相反,它给人的是一种奇特、变异、新颖的不平衡感, 符合现代的思想和风尚, 同样也给人以美感满意、愉快、欣赏、舒畅、振奋。拱是桥梁最强的具体表现, 它的结构外形能够清晰地表达出它的功能。基于对桥梁美学及结构造型多样化的追求, 促使拱结构的形式在不断变化与翻新, 出现了一些造型奇异的拱结构, 如异型拱和外倾拱。但外倾拱桥在力学合理性方面存在一些问题,如拱肋弯矩偏大, 特别是面外弯矩过大, 稳定
23、系数小, 极限承载力小等等, 限制了它的普遍应用。6预应力混凝土简支T梁桥预应力混凝土简支梁桥的特点：1）简支梁桥属于单孔静定结构，它受力明确，结构简单，施工方便，结构内力系受外力影响，能适应在地质较差的桥位上建桥。2）在多孔简支梁桥中，由于各跨经结构尺寸同意，其结构尺寸易于设计成系列化，标准化。有利于组织大规模的工厂预制生产并用现代化起重设备，进行安装，简化施工管理工作，降低施工费用。3）装配式的施工方法可以节省大量模板，并且上下部结构可用时施工，显著加快建桥速度缩短工期。4）在简支梁桥中，因相邻各单独受力，桥墩上常设置相邻简支梁的支座，相应可以增加墩的宽度。7预应力混凝土连续梁桥预应力混凝
24、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，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，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公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。在连续梁桥设计中，一般可以通过调整各跨的刚度即合理取用相邻跨长的不同比值来调整各截面的内力，以满足设计的要求。对中小跨径的连续梁桥而言，边跨与主跨比一般取用0.50.8，这样可以使中跨跨中不致产生异号弯矩，边墩支点也不会出现负反力。对采用满堂支架施工的连续梁桥，这跨
25、取中跨长度的7080是经济合理的。8结语预应力混凝土连续梁桥在我国的发展与应用虽然只有几十余年历史，但如今在公路、城市道路和铁路建设中广泛采用。目前我国无论在设计、施工、预应力材料和设备上都取得了很大进步和一定成就，然而与国际先进水平仍存在一定差距。今天，我们需要不断地总结经验、吸取教训，在设计理论、设计规范、预应力材料和施工技术上不断完善、不断发展、勇于创新。相信通过大家共同努力，在21世纪一定能将我国预应力混凝土梁桥的设计、施工水平推向更新的高度。参考文献1范立础.桥梁工程.北京：人民交通出版社，2001 2范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京：人民交通出版社，19883 李冬,张哲. 独塔
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