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金港大道至扬中快速通道夹江四桥设计-第五联开题报告

 2020-06-04 08:06  

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

文 献 综 述

1 连续梁桥发展历史

1.1 国外连续梁桥发展历史

连续梁桥在发展历程中一直存在着两个发展方向:一个就是不断加大跨径,其中南斯拉夫主跨为210m的Danube River桥和瑞士主跨为192m的Mosel桥比较具有代表性;另一个就是不断加长连续长度,其中英国全连续长度1288m的Orwell桥比较具有代表性。

20世纪40年代后期,预应力混凝土预制分段拼装施工技术开始兴起。1945年-1948年,E.Freyssinet利用这项技术在Marne河上建造了Luzancy桥。1952年德国工程师U.Finsterwalder利用预应力混凝土现浇平衡悬臂施工技术在莱茵河上建成了跨径超过100m的Worms桥。从此之后,平衡悬臂施工体系很快在世界上得到了广泛的应用。20世纪60年代至70年代,预应力混凝土连续梁桥在跨径100m至200m范围内的一般桥梁中成为首选的建桥方案。

1976年日本建成了当时世界上跨径最大的连续刚构桥#8212;#8212;滨名大桥,其主桥跨径为(55 140 240 140 55)m。不久过后,巴拉圭于1979年建造了一座主跨为270m多跨预应力混凝土T构桥#8212;#8212;Asuncion桥。紧接着在1980年建成的菲律宾以东美国太平洋托管区的弗罗斯岛的科巴贝尔赛浦桥主跨也达到240.8m。

1980年到2002年其他国家修建的连续梁桥的跨径大部分都在200m以下,最近十多年以来,跨径200m以上的预应力混凝土连续梁桥已成为新的发展常态。

1.2 国内连续梁桥发展历史

我国因为近代落后的原因,连续梁桥的历史相对较短,我国第一次采用平衡悬臂施工方法建造的预应力混凝土T型钢构桥是于1965年完工的位于河南汤阴的五陵卫河桥,跨径为25m 50m 25m。20世纪80年代中期,计算机技术得到快速发展并参与到桥梁设计当中,此时T型刚构桥逐渐失去市场,而连续梁桥逐渐成为混凝土桥梁的主流。1984年建成位于湖北沙洋的主跨为111m、全长为790.8m的汉江大桥是我国首座跨径超百米的预应力混凝土连续梁桥。目前我国跨径最长的预应力混凝土连续梁桥是2001年建成位于南京的长江第二大桥北汉桥,全长为2212m,跨径布置为90 3#215;165m 90m。

随着预应力混凝土连续梁桥跨径的不断增大,桥梁结构的支点反力也呈大幅度增长,这给支座的设计制造和后期养护造成了十分棘手的困扰。而T型刚构桥墩梁固结的结构特点正好可以解决连续梁桥的支座问题。结合连续梁桥上部变形连续、使用性能好和T型刚构桥不设支座的优点,连续刚构桥便应运而生。

据不完全统计,目前我国已建和在建的跨径范围在100-200m的混凝土桥梁已有100多座,跨径超过200m的连续刚构桥已有20多座,由此可见大跨径预应力混凝土连续梁桥在我国占据着十分重要的地位。

2 桥梁设计的发展趋势

2.1 跨径不断增大

目前,钢梁、钢拱的最大跨径已超过500m,钢斜拉桥 为890m,而钢悬索桥达1990m。随着跨江跨海的需要, 钢斜拉桥的跨径将突破1000m,钢悬索桥将超过3000m。 至于混凝土桥,梁桥的最大跨径为270m,拱桥已达 420m,斜拉桥为530m。

2.2 桥型不断丰富

20世纪50~60年代,桥梁技术经历了一次飞跃:混凝土梁桥悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的 出现,极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力;斜拉桥的涌 现和崛起,展示了丰富多彩的内容和极大的生命力;悬索 桥采用钢箱加劲梁,技术上出现新的突破。所有这一切, 使桥梁技术得到空前的发展。

2.3 结构不断轻型化

悬索桥采用钢箱加劲梁,斜拉桥在密索体系的基础 上采用开口截面甚至是板,使梁的高跨比大大减少,非常 轻颖;拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系;梁桥采用长悬 臂、板件减薄等,这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。

3 连续梁桥构造特点

3.1 桥跨

根据连续梁桥受力特点,大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置,当总跨

数超过3跨时,其中间跨一般采用等跨布置。采用三跨或多跨的连续梁桥,为使边跨与中跨的最大弯矩相近,边跨跨径宜取中跨的0.8倍。当综合考虑施工和其他因素时,边跨一般取中跨的0.5至0.8倍为宜。预应力混凝土连续梁桥边跨宜取偏小值,这样可以增加边跨刚度,减小活载弯矩的变化幅度,减少预应力筋的数量。但是当边跨过小时,边跨支座会产生拉力,此时需在桥台上设置拉力或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通航净空及地质条件等因素的限制并且总桥长受到制约时,应采用多孔小边跨与较大的中间跨相配合的布置形式,并使跨径从中间向外递减,让各跨内力峰值相差不大。

桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥以及选用顶推法施工或者先简支后连续法施工的桥梁,多采用等跨布置,这样做结构简单、模式统一。等跨布置的跨径大小主要取决于施工的设备和经济条件。

3.2 梁高

3.2.1 等截面

连续梁桥采用等截面布置具有构造简单、预制定型、施工方便等优点,随着施工方法的发展,等截面布置越来越受到工程师的重视。对于中等跨径40-60m的连续梁桥,若采用预制装配施工和就地浇筑施工,为便于预制安装和模板周转使用,宜选用等截面布置;若采用顶推法施工,为便于布置顶推和滑移设备,也会选择采用等截面梁;若采用逐跨架设施工和移动模架法施工以及整孔架设,为了能最小程度使用施工设备完成全桥施工,按等截面布置最为有效。

等截面连续梁桥的梁高,在拟定时可参考有关资料,按梁高与最大跨径的关系H=(1/15-1/30)m选用。当桥梁跨径较大,采用顶推法施工时,梁高的选择不仅取决于桥梁跨径,还要考虑顶推施工对梁高的要求。为了避免顶推法施工时最大悬臂的不利受力状态,通常可设置临时墩;不设置临时墩时,梁高与顶推跨径之比选在1/12-1/15为宜。

3.2.2 变截面

连续梁桥采用变截面布置具有很多优点,比如支点截面负弯矩比跨中正弯矩大,采用变截面形式刚好符合连续梁受力特点;变截面梁一般采用悬臂法施工,变高度梁与施工阶段内力相应;从美学观点看,变高度梁具有一种曲线美、变化美,给人一种天然的美感。变截面梁的梁底线形可采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。其中二次抛物线与连续梁的弯矩变化最相似,因此常被采用。根据已建桥梁的资料进行分析统计,主梁采用变截面布置时,支点梁高约为最大跨径的1/15-1/20,跨中梁高约为支点梁高的1/1.6-1/2.5。

3.3 截面形式

预应力混凝土连续梁桥可采用的截面形式很多,一般可根据桥梁的跨径、宽度、梁高要求、支承条件、桥梁的总体布置和施工方法等因素确定。合理选择主梁的截面形式对减轻梁的重量、节约材料、简化施工和改善截面受力性能都具有十分大的作用。

4 连续梁桥内力计算

4.1 结构自重作用下的内力计算

结构自重内力与施工方法有很大关系。在施工中应按是否有体系转换情况分别介绍结构自重内力的计算方法。

4.2 结构活载内力计算

主梁活载内力是由可变作用中车道荷载、人群荷载等产生的。很显然,不管采用何种施工方法,这时结构已成为最终体系#8212;#8212;连续梁桥。因此力学计算图式已十分明确。

4.3 超静定结构的次内力分析

预应力混凝土连续梁存在的次内力是一个十分重要的力学特点,在设计中必须加以考虑。应该分别对预加力作用下的次内力和混凝土徐变产生的次内力的计算原理和方法进行介绍。

5 连续梁桥的施工

连续体系梁桥的最大特点是桥跨结构上除了有承受正弯矩的截面以外,还有能承受负弯矩的支点截面,这也是它与简支梁桥体系的最大差别。因此连续梁桥的施工方法与简支梁桥也有很大差别,目前它所用的施工方法大致可分为三类:

(1)逐孔施工法。它又可分为落地支架施工和移动模架施工两种方法。

(2)节段施工法。它是将每一跨结构划分成若干个节段,采用悬臂浇筑或者悬臂拼装(预制节段)两种方法逐段接长,然后进行体系转换。

(3)顶推施工法。它是在桥的一岸或两岸开辟预制场地,分节段的预制梁身,并用纵向预应力筋将各节段连成整体,然后应用水平液压千斤顶施力,将梁段向对岸推进。顶推施工的方法又分为单点顶推施工和多点顶推两种。

6 连续梁桥常出现的问题

按裂缝的性质及其对结构的危害程度,裂缝可分为结构性裂缝和非结构性裂缝两大类。结构性裂缝由于涉及到结构的安全性,必须予以充分的重视。非结构性裂缝虽不直接影响结构的安全度,但会影响结构的正常使用,使人们产生不安全感,也会影响到结构的耐久性,所以应加以适当控制。如从结构受力的角度看,还是允许普通钢筋混凝土结构,包括特定荷载作用下的B类预应力混凝土在一定条件下是可以带裂缝工作的,在混凝土的浇筑、养护和使过程中还会出现一些表面的温度裂缝、收缩裂缝,因此,想完全避免裂缝是很难的。混凝土连续梁式结构出现跨中持续下挠现象与配筋混凝土结构的变形预测模型(混凝土应力应变本构关系)和计算方法的准确度有关,也与结构各跨的跨长比、结构截面尺寸等与结构刚度有关的指标,以及合理施工方法和施工进度等有关。持续的变形会影响行车的舒适性,更会增加人们对结构真正安全度的忧患意识,国际上有因为结构变形过大而发生桥梁垮塌的先例。

7 加固的补强方法

常用的预应力混凝土梁式桥梁的加固补强方法主要有:增大截面法、粘贴纤维复合材料法、粘坝占钢板法、增设体内或体外预应力法、改变结构体系法等,也可以针对结构的不同部位和不同的病害同时采用多种加固措施。

8 方案设计比选与方案确定

本次方案比选拟采用以下两种方案:预应力混凝土变截面连续箱梁桥和预应力混凝土T型钢构桥

8.1预应力混凝土变截面连续箱梁桥

8.1.1 桥跨布置

大、中跨预应力混凝土连续梁桥为了减小边跨跨中正弯矩,宜采用不等跨布置,故本设计采用不等跨布置,并采用对称悬臂施工。边中跨比的选用与施工方法有关:悬臂施工变高度连续梁桥一般边中跨比为0.5-0.6,故本设计拟采用75 125 75m的桥跨布置。

8.1.2 梁高的选择

连续梁桥的支点处设计负弯矩值一般比跨中设计正弯矩值大,且本设计主跨跨径大于125m,故采用变高度连续梁桥。梁底曲线采用2次抛物线形式。主跨支点处梁高Hs取最大跨径Lm的1/15-1/20,最常用的是1/18Lm,悬臂施工取得大一些(悬臂施工引起更大的负弯矩),本设计拟取Hs=7.0m。跨中处梁高Hc一般为1.5-4.5m,也可取最大跨径Lm的1/30-1/50,本设计拟取Hc=3.5m。拟取边跨支点梁高Hd=4.2m

8.1.3 截面的选择及尺寸的拟定

本设计的连续梁的跨径超过60m,主梁拟采用单箱单室箱形截面。跨中拟取定梁高3.5m,室宽为8.25m,翼板悬出长度4.25m,底板厚度32cm,腹板厚度80cm,顶板厚度25cm,翼板近腹板处厚度为45cm,翼缘厚度为18cm;支点处拟取定梁高7.0m,室宽为8.25m,翼板悬出长度4.25m,底板厚度取梁高的1/10-1/12,故拟取70cm,腹板厚度124cm,顶板厚度25cm,翼板近腹板处厚度为45cm,翼缘厚度为18cm。截面细部尺寸图如下:

图1.支座处主梁截面图

图2.跨中主梁截面图

8.1.4 墩柱的选择及尺寸

本设计拟采用实体重力式桥墩。拟取定:顺桥向墩帽度50cm,墩底150cm。侧坡拟采用20:1;顺桥向墩帽度100墩底20m。侧坡拟采用20:1。

8.1.5 优缺点

结构受力性能好,外形和谐,构造简单,施工方便,经济效益高;但是工期较长费用较高,所需材料较多。

8.2 预应力混凝土T型刚构桥

8.2.1 桥跨布置

本设计拟采用75 125 75m的桥跨布置。

8.2.2 梁高的选择

连续梁桥的支点处设计负弯矩值一般比跨中设计正弯矩值大,且本设计主跨跨径大于70m,故采用T型钢构桥。支点处梁高Hs,本设计拟取Hs=9.0m。悬臂处梁高Hc,本设计拟取Hs=3.6m。挂篮的长度拟取25m。

8.2.3 截面的选择及尺寸的拟定

本设计的连续梁主梁拟采用T形截面。悬臂端拟取定梁高3.6m,室宽为8.25m,翼板4.25m,底板厚度 35cm,腹板厚度46cm,顶板厚度30cm;支点处拟取定梁高9.0m,室宽为8.25m,翼板悬出长度4.25m,底板厚度60cm,腹板厚度46cm,顶板厚30cm.截面细部尺寸图如下:

图3.支座处主梁截面图

图4.支座处主梁截面图

8.2.4 墩柱的选择及尺寸

本设计拟采用实体重力式桥墩。拟取定:顺桥向墩帽度50cm,墩底150cm。侧坡拟采用20:1;顺桥向墩帽度100墩底20m。侧坡拟采用20:1。

8.2.5 优缺点

外形美观,构造简单,施工方便,经济效益高;材料易受损,养护费用较高。

方案

方案一

方案二

主梁形式

预应力混凝土变截面连续箱梁桥

预应力混凝土T型刚构桥

方案特点

结构受力性能好,外形和谐,构造简单;施工方便,经济效益高较高,养护方便,但所需材料较多。

结构受力性能较好,施工比较简单,工期较短,但是跨度普遍较小,易出现桥梁病害,养护费用较高,费用花费较大

通过以上对比分析,本方案拟取定方案一:预应力混凝土变截面连续箱梁桥

9 参考文献

[1] 范立础.桥梁工程[M].人民交通出版社,2001.

[2] 王晓谋.基础工程[M].人民交通出版社,2006.

[3] 张树仁等.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理[M].人民交通出版社,2004.

[4] 盛洪飞.桥梁墩台与基础工程[M].人民交通出版社,2006.

[5] 周水兴,向中富.桥梁工程[M].人民交通出版社,2002.

[6] 邵旭东.桥梁工程[M].人民交通出版社,2004.

[7] 叶见曙.结构设计原理[M].人民交通出版社,2005.

[8] 赵明华.桥梁地基与基础[M].人民交通出版社,2004.

[9] 高冬光.桥涵水文[M].人民交通出版社,2003.

[10]陈斌.城市道路与防洪 第6期.上海市第二市政工程有限公司,2011.

[11]劳远昌.桥梁建设 第1期.西南交通大学,1984.

[12]李文鑫.北方交通 第9期.辽宁省交通勘测设计院,2008;

[13]刘涛,王清湘.城市道路与防洪 第6期.上海市第二市政工程设计研究总院,大连理工大学.2008;

[14]高承,李青,程玉平.武汉工程职业技术学院学报 第25卷第2期.湖北武汉建筑质量监督站,2013.

[15]李志鹏.黑龙江交通科技 第34卷第3期.黑龙江省公路工程造价管理总站.2011;

[16]《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015);

[17]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004);

[18]《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007);

[19]《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F05-2011);

[20]《内河通航标准》(GB 50139-2004)。


2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):

报告主要内容

主要包括以下几个内容:桥梁设计的目的和意义,设计主要内容,设计时需解决的问题,设计的重点与难点,拟采用的途径,毕业设计时间安排,参考文献等。

1 桥梁设计的目的和意义

本次设计通过对连续梁桥的设计来熟悉桥梁设计的整个过程,加强对规范手册的了解和应用;掌握桥梁的基本概念,增强综合运用各种所学知识的能力;同时提高桥梁结构分析能力和运用电算能力,使用软件或其他计算程序;提高利用计算机辅助设计(CAD)水平;更重要的是培养独立解决实际问题的能力。

2 设计主要内容

本次设计的内容主要有桥梁上、下部结构尺寸的设计;桥梁上部结构内力计算(包括桥面板);桥梁上部结构次内力计算(温度、基础沉降、收缩和 徐变)桥梁上部结构配筋计算及结构验算;桥墩和桥台设计;桥梁上部结构配筋计算及结构验算;桩长设计;

以及施工方案设计。本设计所采用的施工方法为上部采用预制装配式钢筋混凝土箱梁,下部结构采用桩基础施工方法。尽量采用上下部同时施工的方案,避免混凝土冬季施工。

3 施工图绘制

  施工图主要包括以下内容:

3.1 桥位平面图;

3.2桥型总体布置图;

3.3主桥箱梁一般构造图;

3.4主桥箱梁预应力钢束构造图;

3.5桥墩一般构造图;

3.6桥台一般构造图;

3.7墩柱、盖梁、承台、桩基等钢筋构造图。

4 拟解决的问题

本设计主要解决超静定结构内力计算问题;梁单元划分问题和梁的扭矩计算问题;

5 设计的重点、难点

本设计主要有设计手段和技术路线两方面的重点与难点:

5.1 设计手段

正确使用桥梁计算软件(桥博、Midas等);收集参考图(标准图、设计图);正确使用规范和手册。

5.2 技术路线

合理选择桥型,正确拟定结构尺寸;根据桥型特点和施工条件,设计合理的施工方案;使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;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;计算活载和荷载组合,合理配置钢筋;通过适当的手算来检验电算结果的正确性。

6 毕业设计时间安排

起讫日期

设计(论文)各阶段工作内容

备 注

第1-2周(2.20-3.5)

方案比选;确定初步设计方案;

2.0周

第3周(3.6-3.12)

恒载、活载计算

1.0周

第4-5周(3.13-3.26)

内力及温度、支座等次内力计算

2.0周

第6周(3.27-4.2)

内力组合

1.0周

第7-8周(4.3-4.16)

预应力筋的计算及预应力损失分析

2.0周

第9-10周(4.17-4.30)

(期中检查)

各种荷载状况下的相关结构验算

2.0周

第11-12周(5.1-5.14)

墩台基础的初步设计

2.0周

第13-15周(5.15-6.4)

计算书撰写、施工图绘制

3.0周

第16周(6.5-6.14)

评阅、答辩,评定成绩

1.0周

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