華北水利水電大學(xué)橋梁工程畢業(yè)設(shè)計開題報告(20210420214443)

1、華北水利水電大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)道路橋梁與渡河工程題目名稱女河古大橋設(shè)計研究或設(shè)計 概述1、設(shè)計內(nèi)容基本概況某高速公路，路線全長約 52.760公里，設(shè)計時速100公里/小時，汽車荷載等級米用 公路-I級，按四車道高速公路標準建設(shè)。本畢業(yè)設(shè)計以此高速公路工程為背景，設(shè) 計其中一座橋，通過實際需求確定全橋尺寸后，利用橋梁博士軟件進行截面優(yōu)化建 模，確定預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量和布置，通過建模驗算分析， 確定滿足極限狀態(tài)，并充分考慮施工和預(yù)算，最后形成圖紙。2、研究的目的和意義畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校期間最后的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生在畢業(yè)前得到工程師應(yīng)有智能的全面訓(xùn)練階段，對學(xué)

2、生畢業(yè)后走上工作崗位，適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要起著十分重要的橋梁作用。通過畢業(yè)設(shè)計要求學(xué)生綜合運用已學(xué)的理論知識、實踐技能來解決本專業(yè)工程的實際問題，以培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力(包括調(diào)查研究、檢索中外文獻資料、制定方 案、設(shè)計與計算、實驗調(diào)試、選擇測試手段、數(shù)據(jù)處理、繪制規(guī)劃圖紙、論文撰寫、口頭表達等方面的能力)，完成規(guī)劃管理的基本訓(xùn)練和從事科學(xué)研究能力的初步培 養(yǎng)。主要內(nèi)容1、主要設(shè)計參數(shù)1.1技術(shù)標準：(1) 荷載等級：公路-1級；(2) 行車道數(shù)：雙向四車道；(3) 設(shè)計寬度：12.0m+2 x 0.5m (防撞護欄)；(4) 設(shè)計速度：100km/h ;(5) 橋梁橫坡：2%;(6) 環(huán)

3、境類別：1類；(7) 安全等級：一級；(8) 設(shè)計基準期和設(shè)計使用年限：均為100年；(9) 每側(cè)防撞護欄重量按10kN/m計，混凝土考慮 10年的收縮徐變，整體升 溫、降溫均按20 C考慮，其它作用根據(jù)設(shè)計情況擬定；(10) 其它根據(jù)規(guī)范和實際情況取值。1.2主要材料：(1)混凝土：預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用C50混凝土；立柱，橋頭搭板、基樁均采用C30混凝土。2) 預(yù)應(yīng)力鋼絞線：預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用？15.2高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值為?= I860?,?張拉控制應(yīng)力取 0.7?彈性模量？?= 1.95 X 105MPa其力學(xué)性能指標應(yīng)符合公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG 3

4、362-2018 的規(guī)定。3) 普通鋼筋：采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋；箍筋采用HPB300級熱軋光圓鋼 筋。(4) 鋼板：錨墊板等預(yù)埋鋼板采用低碳鋼。(5) 預(yù)應(yīng)力管道：采用預(yù)埋波紋管和夾片錨具。(6) 支座：GCPZ-10000-DX-e100-n(7) 伸縮縫：GQF-C80伸縮縫1.3設(shè)計依據(jù)：(1) 安河古大橋橋位地形及地質(zhì)圖(2) 公路工程技術(shù)標準(JTG B01-2014(3) 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2015)4) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG 3362-2018)(5) 城市橋梁設(shè)計規(guī)范( CJJ 11-2011(6) 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)

5、計規(guī)范( JTG D63-2007(7) 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG/T F50-2011)(8) 公路橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線用錨具、夾具和連接器(JT/T 329-2010)(9) 公路橋梁板式橡膠支座(JT/T 4-2019)(10) 公路橋梁盆式支座(JT/T 391-2019)11)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管(JT/T 529-2016)(12)其他相關(guān)現(xiàn)行專業(yè)規(guī)范2、方案比選2.1比選原則(1) 實用性。橋梁必須實用，要有足夠的承載力。能夠保證行人的舒適度和安全性。既滿足當(dāng)前的需要， 又要考慮今后的發(fā)展。要能夠滿足交通本身的需要，也要保證在100年的設(shè)計基準期內(nèi)正常使用，橋面寬度滿足當(dāng)

6、前以及今后規(guī)劃年限內(nèi)的 交通流量，利于泄洪，考慮綜合利用，方便各種管線的搭載。(2) 安全性。橋梁的設(shè)計要能滿足施工及運營階段的受力需要，能夠保證其耐久性和穩(wěn)定性以及在特定地區(qū)的抗震需求。(3) 經(jīng)濟性。在能夠滿足橋兩個方面需求的情況下要盡量考慮是否經(jīng)濟，是否以最少的投入獲得最好的效果。合理的選擇造價和養(yǎng)護費用綜合最省的橋型，遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原則，能促進該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，產(chǎn)生最大的效益。(4) 美觀性。在橋梁設(shè)計中應(yīng)盡量考慮橋梁的美觀性。橋梁的外形要優(yōu)美，要與周圍環(huán)境相適應(yīng)，合理的輪廓是美觀的主要因素。（5）環(huán)保性。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對環(huán)境保護提出了 更

7、高的要求，在建筑領(lǐng)域，一個工程的建設(shè)不能以犧牲環(huán)境作代價，在保證順利工的前提下要盡量避免對環(huán)境的破壞以實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)根據(jù)上述原則，對橋梁作出綜合評估。2.2設(shè)計方案A_A圖2:方案一橋型布置圖一橫斷面（單位：mm）橋型方案說明：本橋型方案采用一聯(lián)三跨的等高變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋跨布置為 30m+50m+30m，橋梁全長110m，橋面凈寬12m+2 x 0.5m （防撞護欄，無人行道），總寬 13m，橫截面布置采用單箱雙室雙懸臂的箱形截面，箱梁頂寬13m，底板寬7.5m，梁高2.8m。橋臺采用雙肋板橋臺，橋墩采用雙柱式柱式橋墩，采用滿堂支架現(xiàn)澆法施工。具體如上圖所示。橋型方案說

8、明：本橋型方案采用獨塔雙索面斜拉橋，橋梁全長110m，橋面凈空為12m+2 X 0.5 （防撞護欄）+2X 0.5m，總寬14m。斜拉索采用扇形布置，采用 平行雙索面，鋼絲采用直徑為7mn的高強鍍鋅鋼絲。外包直徑為5cm厚10mm的高密度聚乙烯熱擠索套。全部拉索施工完畢后，再用纏包機在黑色聚乙烯外表面纏包 一層帶色的粘膠保護層，以加強拉索的防護體系。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱 梁，截面形式為單箱雙室，頂板底板厚度均為20cm，中腹板厚30cm,邊腹板厚80cm。橋墩采用實心混凝土墩柱，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土沉入樁基礎(chǔ)，具體如上圖所 示。橋型方案說明：主橋型方案采用下承式鋼筋混凝土系桿拱，計算跨徑1

9、10m矢跨比采用1/5，矢高為22.0m,拱軸線為懸鏈線。拱肋采用啞鈴型鋼管砼，截面高2.4m,鋼管外徑1m,壁厚1.4cm;每片拱設(shè)間距為 7.8m的吊桿12根，吊桿為柔性吊桿，為可替換式吊桿，方便更換；拱肋橫向設(shè)置一字型風(fēng)撐7道。行車道板采用50cm高預(yù)制T梁，頂面現(xiàn)澆10cm整體化鋼筋砼面層，橋面鋪裝為5cm瀝青砼。具體如上圖所示。2.3方案對比萬案一萬案一萬案二方案名預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁獨塔雙索面混凝土斜下承式鋼管混凝土拱稱橋拉橋橋安全性連續(xù)梁在恒活載作用下 產(chǎn)生的支點負彎矩對跨 中正彎矩有卸載的作用，使內(nèi)力狀態(tài)比較均 勻合理，結(jié)構(gòu)整體剛度 大，混凝土收縮徐變 小。主梁在斜拉索的各點

10、支承作用下，彎矩值 得以大大降低。但連 接構(gòu)造復(fù)雜，防護措 施有待改進。結(jié)合了拱與梁兩種結(jié) 構(gòu)形式，可節(jié)省材料 且能降低對地基的要 求。力學(xué)特征較復(fù) 雜，動力特性和穩(wěn)定 性問題又尤為突出。經(jīng)濟型結(jié)構(gòu)相對簡單，良好的 力學(xué)結(jié)構(gòu)可以節(jié)省建造 材料，施工簡單快速， 工期短，經(jīng)濟效益高。造價昂貴、施工技術(shù) 要求高，后期維修工 作量大，養(yǎng)護成本 高。造價高，建造所需機 械要求高，人員水平 要求較咼。適用性伸縮縫少，行車舒適性 高，能夠滿足高速行車 的要求，而且全橋能夠 有很好的抗震性能?？缭侥芰Υ螅ㄖ?度小，既滿足橋下凈 空，有降低引道填 土，受力合理。對地基要求底，又可 以降低橋面咼度，有 利于改

11、善橋梁兩端引 道的縱斷面線形。美觀性線條明晰、流暢、簡 潔，構(gòu)造簡單，外型樸 素大方，能夠很好地與 周圍環(huán)境融合在一起。外形新穎，橋型美 觀，氣勢壯觀，具有 一定的美學(xué)價值和藝 術(shù)價值。系桿拱橋既保留著拱 結(jié)構(gòu)的外觀，又可以 通過拱截面及吊桿造 型來展示變化，有上 佳的視覺效果。環(huán)保性二種方案均為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，對環(huán)境的影響可控，不過方案一、二施工難度大，所需材料較多，相對方案一對資源需求較大，環(huán)保性稍低。結(jié)論：經(jīng)上述對比，從經(jīng)濟性、適用性、美觀等方面進行對比，方案一符合建設(shè)先進、安全可靠、使用耐久、經(jīng)濟合理的要求，同時應(yīng)滿足美觀、環(huán)境保護和可持續(xù) 發(fā)展的要求。方案一與方案二相比工程造價較小

12、，后期的維修養(yǎng)護工作也較少。從力學(xué)性能來看斜拉橋受力體系復(fù)雜，拉索的設(shè)計計算布置調(diào)控困難，即使應(yīng)用現(xiàn)代化的計算機計算也往往要耗費大量時間，并且斜拉橋還需建立風(fēng)動實驗室進行風(fēng)洞實驗。方案三于方案一相比，從力學(xué)性能分析拱橋自重較大，相應(yīng)的水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，且對地基條件要求高。 從施工方面，拱橋施工需要大量纜索吊裝設(shè)備和臨時輔助設(shè)施，與梁橋相比建筑高度較高，需進行高空作業(yè)。所以方案一優(yōu) 于方案三，所以綜上所述，最終選擇方案一作為推薦設(shè)計方案。3設(shè)計內(nèi)容3.1上部結(jié)構(gòu)3.1.1橋型布置該橋采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，該橋共3跨為減少邊跨正彎矩， 將邊跨跨徑取小于中跨的結(jié)構(gòu)布置，

13、一般邊跨與中跨跨長之比為0.60.8.跨徑采用30+50+30m組合形式。總跨徑為110m ; 一般100W LW 1000m屬于大橋，因此此橋?qū)儆诖髽蛞活悾闯志脿顩r承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計安全等級，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的嚴重程度劃分為三個設(shè)計等級，本橋設(shè)計安全等級為一級。3.1.2梁高的確定該橋型為等截面連續(xù)箱梁，根據(jù)已建成橋梁的資料分析，高跨比一般為1/151/25 ;在頂推施工的等截面連續(xù)梁橋中梁高H與頂推跨徑 L0之比一般為1/121/17。最終擬定梁高 H=2.8m。3.1.3橫斷面設(shè)置便于橋面排水，橋面向兩側(cè)設(shè)置2%橫坡。橋?qū)挒?3m，為保證橫橋向橋面板承載能

14、力，采用單箱雙室截面。該橋采用樁柱式橋墩，在1、2號橋墩處箱梁采用全實梁，兩端橋臺處也采用全實梁。翼緣懸臂端厚度不小于10cm，當(dāng)需要設(shè)置防撞墻或布置橫向預(yù)應(yīng)力束時，則不宜小于20cm ,所以懸臂端取20cm ,懸臂根部取40cm ,懸臂長度為2.0m，厚度應(yīng)滿足橫向彎矩和縱向預(yù)應(yīng)力筋的布置要求。具體橫斷面如 下圖：J3DOOmo ITT 呂斜圖5:跨中斷面1儷D咖皿拆00二二三一7 son圖6:漸變起始端斷面500men rr ooamini圖7:漸變末端斷面圖&橋墩、橋臺支點斷面3.1.4頂板厚度擬定箱梁頂板厚度一般由橋面板橫向彎矩控制，同時應(yīng)考慮布置縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋的要求，頂板

15、中部厚度不應(yīng)小于凈跨徑的1/30, 般取0.20.3m，最終擬定本設(shè)計頂板厚度25cm。3.1.5底板厚度擬定箱梁底板厚度需要滿足縱向抗彎及布置預(yù)應(yīng)力鋼筋的要求，底板厚度與主跨之 比宜為1/1401/170，跨中區(qū)域底板厚度則可按照構(gòu)造要求設(shè)計，一般為0.220.28m，一般墩頂處底板厚度可取梁根部梁高的1/101/12。底板除承受自身荷載外，在施工時候承受施工荷載。設(shè)計時候應(yīng)對這些因素予以考慮，因此，取跨中處底板厚度為 28cm，支點漸變末端底板厚度取為80cm。3.1.6腹板箱梁腹板的主要功能是承受結(jié)構(gòu)的彎曲剪應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力所引起的主拉應(yīng)力，墩頂區(qū)域剪力大，因而腹板較厚，跨中區(qū)域的腹板較

16、薄，但腹板的最小厚度應(yīng)考慮鋼束管道布置、鋼筋布置和混凝土澆筑的要求。一般地，等高度箱梁可采用直腹板 或斜腹板。因此跨中腹板厚度為40cm，為了增強墩臺支座處抗剪抗扭，在支座處設(shè)置實心段，接近支座設(shè)置漸變段，兩側(cè)腹板厚由30cm變?yōu)?0cm，中間腹板厚度由40cm 漸變?yōu)?100cm。3.1.7梗腋頂板和腹板接頭處設(shè)置梗腋可提高截面的抗扭剛度和抗彎剛度，加強箱梁的整體性，減小扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力和畸變應(yīng)力。此設(shè)計取上梗腋的水平距離和豎直距離為：75 x18cm，下梗腋為 50 x 30cm。3.1.8橋面鋪裝根據(jù)要求，高速公路和一級公路上特大橋、大橋的橋面鋪裝宜采用瀝青混凝土橋面鋪裝。高速公路和一、二級公

17、路上橋梁的瀝青混凝土橋面鋪裝層厚度不宜小于 70mm。因此，本橋橋面鋪裝采用5cm厚C30防水混凝土墊層+10cm厚瀝青混凝土。3.2下部結(jié)構(gòu)3.2.1橋墩及樁基礎(chǔ)本橋橋墩采用樁柱式橋墩，橋規(guī)規(guī)定兩柱間距不得小于2.5倍的柱徑，這里根據(jù)地質(zhì)資料、橋墩直徑1.2m，兩柱間距為4.5m，滿足要求。由于采用兩柱式橋墩， 根據(jù)要求：柱式橋墩的墩身沿橋橫橋向常有14根立柱組成，柱身為 0.61.5m的大直徑圓柱或方形等形式，墩身高度大于67m時，可設(shè)橫系梁加強柱身橫向聯(lián)系。本橋為了提高橋墩的整體性，在橋墩根部設(shè)置承臺。鉆孔灌注樁的直徑不宜小于0.8m,鉆孔樁中距不應(yīng)小于樁徑的2.5倍，取樁徑為1.5m。

18、3.3細節(jié)設(shè)計3.3.1人孔在漸變初始地方各設(shè)置人孔，主要是讓檢修人員通過，定期對橋梁進行維修。在箱室上設(shè)計過人孔，尺寸不宜小于0.8 x1.2m。3.3.2滴水槽在箱梁懸臂板邊緣宜設(shè)置向上凸出的滴水槽構(gòu)造。主要是讓橋面水不能流到懸臂下部及箱底和墩柱，以防對下部造成污染損壞。3.3.4通風(fēng)孔通風(fēng)孔的目的是為了減小箱梁內(nèi)外側(cè)的大氣溫差，其形狀為圓形，直徑10cm，邊跨上每間距5.2m并排設(shè)置2個，中跨每間距5.5m在箱梁腹板上并排設(shè)置 2個。3.3.5泄水孔橋面泄水孔設(shè)置在橋面兩側(cè)，一般采用預(yù)埋鑄鐵泄水孔或PVC泄水孔。箱底泄水孔設(shè)置在箱底較低處，形狀為圓形，直徑一般為10cm。3.3.7伸縮縫

19、橋梁伸縮裝置的主要作用是適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)在氣溫變化、因素的影響下變形 的需要，并保證車輛通過橋面時平穩(wěn)。一般設(shè)在兩梁端之間以及梁端與橋臺背墻之 間。同時注意，在伸縮縫附近的欄桿、人行道結(jié)構(gòu)也應(yīng)斷開，以滿足梁體的自由變形。本橋伸縮縫設(shè)置為 8cm,采用80型伸縮縫。338搭板高速公路、一級公路、一級公路和二級公路的橋頭宜設(shè)置搭板，且搭板長度不宜小于5m ；橋臺高度不小于5m時，搭板長度不宜小于 8m。搭板厚度不宜小于 0.25m; 長度不小于6m的搭板，其厚度不宜小于 0.30m。本橋設(shè)計搭板長 8m,厚度為30cm。4、計算內(nèi)容1. 截面幾何特性（凈截面面積、換算截面面積、截面形心、截面慣性矩

20、）2. 荷載效應(yīng)組合（永久荷載效應(yīng)、可變荷載效應(yīng)、附加荷載、承載能力極限狀態(tài)內(nèi) 力組合、正常使用極限狀態(tài)內(nèi)力組合、長期效應(yīng)組合）3. 橫向分布系數(shù)（支點橫向分布系數(shù)采用杠桿法，跨中橫向分布系數(shù)采用剛接橫梁法）4. 沖擊系數(shù)的計算5. 預(yù)應(yīng)力筋估算（采用計算機軟件進行估算配筋面積，錨固區(qū)局部承壓計算）6預(yù)應(yīng)力經(jīng)布置（跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋布置、錨固面鋼束布置）7. 普通鋼筋計算（預(yù)應(yīng)力損失、預(yù)應(yīng)力損失組合、預(yù)應(yīng)力筋的伸長量）8. 持久正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗算（正截面抗彎承載力計算、斜截面抗剪承載力計 算、9. 截面承載能力極限狀態(tài)計算（持久狀況使用階段的正應(yīng)力驗算，短暫狀況下施工階段的正應(yīng)力驗算）1

21、0. 抗裂性驗算（作用短期效應(yīng)組合作用下的正截面抗裂性驗算、長期效應(yīng)組合混凝土拉應(yīng)力、作用短期效應(yīng)組合作用下的斜截面抗裂性驗算11. 主梁變形計算（主梁撓度驗算、預(yù)拱度設(shè)置）12. 支座設(shè)計及計算（支座各部件基本尺寸確定，支座偏轉(zhuǎn)驗算，局部承壓驗算）13. 橋梁墩臺的計算（蓋梁和墩臺內(nèi)力計算、柱身計算、配筋計算）14. 樁基礎(chǔ)計算（樁長計算、配筋計算、樁基礎(chǔ)整體強度、穩(wěn)定、變形驗算）參考文獻：1 公路工程技術(shù)標準（JTG B01-2014 ），人民交通出版社，2014主要參考文獻2 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2015 ），人民交通出版社，20153 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG 3362-2018 ），人民交通出版社，20184789101112公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（ JTG D63-2007 ），人民交通出版社，2007公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG/TF50-2011 ），人民交通出版社，2011王曉謀.基礎(chǔ)工程（第四版）M.北京：人民交通出版社.2016邵旭東橋梁工程（第五版）