阳新某大跨径桥梁结构设计及计算开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.毕业设计的目的及意义

桥梁是人类在生活和生产活动中,为客服天然障碍而建造的建筑物,也是有史以来人类所建造的最古老的、最壮丽的和最美观的建筑工程。

桥梁工程是土木工程中属于结构工程的一个分支学科。桥梁工程可按照其使用的功能区分为:公路桥梁、铁路桥梁、城市桥梁、水渠桥梁、厂内运输桥梁、管线桥梁等。

对于国家的繁荣和发展,桥梁的建设和应用对社会具有不可估量的价值。桥梁不仅是一种功能性的结构物,而且是一座立体的造型艺术工程,更是一处景观,往往具有时代的特征。例如,珠港澳大桥的建设成功,不仅促进了珠江三角洲地区的经济发展,而且也促进了大陆和港澳同胞之间的交流。对于加强全国各族人民的团结,促进文化交流,巩固国防等方面,都起了非常重要的作用。我国不仅地域广阔,而且人口众多,桥梁的建设有助于促进各地之间的交流。

桥梁工程的造价高昂,而且施工技术要求很高,是整个工程的关键。社会在发展,科学技术不断的进步,全民经济、文化水平的提高,人们对桥梁建筑提出了更高的要求。现代高速公路上迂回交叉的各式立交桥,城市内环线建设的各种高架桥,长江黄河等大江大河上的新颖大跨度桥梁以及几十公里长的海湾、海峡特大桥梁频频建成。不断设计和建造新颖、复杂桥梁结构的任务已经落在下一代广大桥梁工程人员的肩上。

通过对阳新某大跨径桥梁结构设计及计算,认真地巩固了桥梁工程和结构力学的学习内容,将基本理论知识和专业知识综合运用于毕业设计过程。了解现行的行业设计规范,掌握一般桥梁的设计原则、方法及计算原理,从而深入了解公路预应力桥梁的一般设计流程,为毕业后从事桥梁技术工作打下基础。提高读图及绘图能力,学会查阅中外文献,使用规范手册,编写技术文件及计算机辅助设计等基本技能。熟练掌握CAD ,Midas,Word等计算机软件的使用方法。了解Midas的建模过程和功能,利用它进行桥梁结构的计算和分析。并能熟练的利用CAD准确绘制工程图。培养严谨认真,实事求是,刻苦钻研,勇于创新的精神,为日后的桥梁建设工作奠定基础。

2 国内外发展概况

2.1桥梁简史

我国文化历史悠久,是世界上文明发达最早的国家之一。就桥梁建筑这一学科领域而言,我们的祖先留下很多光辉灿烂的篇章。我国幅员辽阔,山多河多,古代桥梁不但数量惊人,而且类型也丰富多样,几乎包含了所有近代桥梁中的主要形式。近代的大跨径吊桥和斜拉桥也是由古代的藤、竹吊桥发展而来。全世界都承认我国是最早有吊桥的国家。几千年来修建较多的古代桥梁要以石桥为首。富有民族风格的古代石拱桥技术,以其结构精巧和造型丰富多姿驰名中外。举世闻名的河北省赵县赵州桥,就是我国古代拱桥的杰出代表。随着社会的发展,新材料、新技术和新工艺的不断创造,并结合了国内具体情况通过实践、在创新,取得了空前的成就。已建成了不少结构新颖、技术复杂、规模宏大的大跨径桥梁,进入世界桥梁工程的先进行列。

2.2桥梁的基本组成和分类

人们修建铁路或公路时,遇到江河湖泊、山谷深沟以及其他障碍时,为了使道路通畅,就需要专门修建桥梁,来保障人们正常出行。

(1)桥梁的基本组成

桥梁一般由桥跨结构、桥墩和桥台等几部分组成。

桥跨结构是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构。当跨越幅度越大时,上部结构的构造也就越复杂,施工难度也相应增加。

桥墩和桥台是支承桥跨结构并将恒载和车辆等活载再传至基础的建筑物。通常设置在桥两端的称为桥台,设置在桥中间部分的称为桥墩。桥台除了上述作用外,还与路堤相衔接,并抵御路堤土压力,防止路堤填土的滑坡和坍落。桥墩和桥台中使全部荷载传至地基的底部奠基部分,称为基础。由于基础往往深埋于土层之中,在桥梁施工中是难度较大的一个部分,也是确保桥梁安全的关键之一。

支座是桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置,它不仅要传递很大的荷载,并且要保证桥跨结构能产生一定的变位。

基本附属设施:包括桥面系、伸缩缝、桥梁与路堤衔接处的桥头搭板和锥形护坡等。

(2)桥梁的分类

从受力特点、建桥材料、适用跨度、施工条件等方面来阐明桥梁各种体系的特点。

1)梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力的作用方向与承重结构的轴线接近垂直,故与同样跨径的其他结构体系相比,梁内产生的弯矩最大,通常需用抗弯能力强的材料来建造。这种梁桥的结构简单,施工方便,对地基承载能力的要求也不高,但其常用跨径在25m以下,当跨度较大时,需要采用预应力混凝土简支梁桥,但跨度一般也不超过50m。

2)拱式桥

拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下,桥墩或桥台将承受水平推力。但是水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈或拱肋内的弯矩作用。因此,与同跨径的梁相比,拱的弯矩和变形要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主,通常就可以用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土等来建造。

拱桥的跨越能力很大,外形也较美观,在条件允许的情况下修建拱桥往往是经济合理的。同时应当注意,为了确保拱桥能安全使用,下部结构和地基必须能经受住很大的水平推力的不利作用,此外,拱桥的施工一般比梁桥困难些。

3)刚架桥

刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构,梁和柱的连接处具有很大的刚性。在竖向荷载作用下,梁部主要受弯,而在柱脚处也具有水平反力,其受力状态介于梁桥与拱桥之间。当遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时,采用这种桥型能尽量降低线路高程,以改善纵坡并能减少路堤土方量。

4)悬索桥

现代的悬索桥上,广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆,以充分发挥其优异的抗拉性能,因此与传统的悬索桥相比,结构自重较轻,就能以较小的建筑高度跨越其他任何桥型无与伦比的特大跨度。悬索桥的另一特点是:成卷的钢缆易于运输,结构的组成构件较轻,便于无支架悬吊拼装。但是悬索桥的自重轻,结构的刚度差,在车辆动荷载和风荷载作用下,桥有较大的变形和振动。

5)斜拉桥

斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成,用高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起,并将主梁的恒载和车辆荷载传至塔柱,再通过塔柱基础传至地基。斜拉桥具有广泛的适用性。对于跨度从200m至700m,甚至超过1000m的桥梁,斜拉桥在技术和经济上都具有相当优越的竞争力。但是随着斜拉桥跨度的增大,将会面临塔过高和斜索过长等一系列技术难点,这不仅涉及到高耸塔柱抗震和抗风等动力稳定方面的问题,而且还有主梁受压力过大以及长斜索因自重垂度增大而引起的种种技术问题。

2.3世界各国桥梁建造现状

随着社会生产力的发展、工业水平的提高、施工技术的进步、力学理论的进展、计算能力的提高,世界各国的桥梁建设也取得了很高的成就。

由于钢材的出现,土木工程开始了第一次飞跃。随后又逐渐出现了高强度钢材、钢丝,于是钢结构得到快速发展。结构的跨度也不断扩大,以至能修架几百米到千米以上特大跨度的跨海大桥。

随着生产力的发展,钢筋混凝土得到广泛应用,以及后来开始兴起的预应力混凝土技术,大大提高了混凝土的抗裂性能、刚度和承载能力,使土木工程发生了又一次飞跃。实践证明,预应力混凝土桥梁已经能与200~300m甚至更大跨径的钢桥相抗衡。世界上各国的桥梁工作者始终在寻找结构合理、造价更经济、跨越能力更大的桥梁形式。

从历史中可以看出:德、美、法、英、瑞士、日本和丹麦等国,从20世纪六七十年代以来,对现代桥梁的发展贡献了大部分创新技术。不仅在新材料、新结构和新工艺上有许多创造,而且在桥梁设计理论和方法方面,都做出了突出贡献。

新中国成立后,在建国初期修复并加固了大量旧桥,也修建了不少重要桥梁,取得了迅速发展。20世纪五六十年代,修订了桥梁设计规程,编制了桥梁标准设计图纸和设计计算手册,培养了一支强大的工程队伍。特别是1978年党的十一届三中全会把我国的工作重心转移到社会主义经济建设上来,不断深入贯彻改革开放政策,是我国经济建设获得了突飞猛进的发展。在重点发展能源和交通两大战略目标的推动下,20多年来我国的公路和桥梁建设事业,也不断掀起新的发展高潮。

2.4大跨度连续梁的现状分析

在组合结构桥梁的发展过程中,连续组合箱梁因其抗扭能力强、整体性能好、适合曲线线路以及更能适应大跨与特殊要求等特点,获得了较大的发展,在世界各地的应用非常普遍,尤其在大跨度连续梁桥上更为常见。20世纪80年代以来,欧美等国建造了许多各具特色的连续组合箱梁桥,结构形式与具体的环境、建设条件巧妙结合,并展示了许多特点。

随着国家经济的发展,连续梁桥在我国得到了很快的发展。进入20世纪80年代,用平衡悬臂法施工的大跨度预应力混凝土箱形连续梁桥获得了迅速发展。例如1996年通车的广东南海九江公路大桥,主桥跨径为50m 100m 2×160m 100m 50m,该桥原设计为悬臂浇筑法施工。2001年建成的南京长江二桥,其北汊航道的主桥跨径为90m 3×165m 90m,是目前我国跨径最大的预应力混凝土连续梁桥。

世界最大预应力混凝土梁桥

排序

桥名

主跨(m)

桥址

年份

1

斯托尔马桥(Stolma)

301

挪威

1998

2

拉脱圣德桥(Raftsundet)

298

挪威

1998

3

虎门辅航道桥

270

中国

1997

4

瓦罗德2号桥(Varodd-2)

门道桥(Gateway)

260

挪威

澳大利亚

1994

1986

5

奥波托桥(Oporto)

诺日姆伯兰海峡桥(Northum Berland)

斯克夏桥(Skye)

250

葡萄牙

加拿大

英国

1991

1998

1995


2. 研究的基本内容与方案

研究目的及意义

此次设计主要是借助阳新某大桥的设计实例,通过对桥梁设计的实际操作来完成对本科桥梁工程和结构力学,包括桥梁结构电算分析以及结构设计原理等科目的进一步深入理解和掌握,为以后工作提供一定的经验和帮助。再通过与已完成的设计成果的比较,反映出自己学习短板与不足。

研究内容

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3. 研究计划与安排

序号

周数

完成任务

1

1-2

接受并熟悉资料

2

3

开题报告

3

4-6

熟悉大跨径桥梁施工的主要工作和流程

4

4-10

建立桥梁计算模型

5

11-13

绘制桥梁设计图纸

6

14-15

论文成果总结,编写报告

7

15-16

根据学院安排,参加论文答辩

4. 参考文献(12篇以上)

1专业参考书:

《结构力学》、《结构设计原理》、《桥梁工程》、《桥梁施工及组织管理》等;

2专业期刊:

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