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1、 大桥施工图设计一、本课题设计研究的目的: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;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;通过毕业设计,不断提高查阅文献、计算、绘图、使用桥梁规范和设计手册,编写技术文件,运用电脑等基本技能,树立正确的设计思想,逐步掌握设计原则、设计方法和设计步骤;准守纪律,遵守校规、校纪,严谨负责,实事求是,刻苦钻研,相互协作,勇于创新。二、设计研究现状和发展趋势文献综述:一桥梁的现状和发展趋势20世纪各种大跨径桥梁均在国内外的桥梁工程中得以建设和高速发展。无论是结构型式、施工方
2、法,还是新型材料的应用均在不断地完善和进步。从世界上的典型工程实例中可见,大跨径桥梁在世界各地工程建设中有着重要的地位,必将有新的发展前景和开拓方向。按照桥梁主要承重结构的受力体系可以将桥梁分为斜拉桥、梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥,以下分别介绍这五种桥梁及其发展现状。1、 斜拉桥斜拉挢或称斜张挢,是指一种由一条或多主塔与钢缆组成来支撑桥面的桥梁。受力状态及特点:受拉斜拉索将主梁多点吊起,并将主梁恒载和车辆等其它荷载传至塔柱,再通过塔柱基础传至地基。塔柱基本上以受压为主。主梁就象多点弹性支承的连续梁,主梁内的弯矩大大减小。跨径:斜拉桥跨径一般是200M以上,最大跨径现为苏通大桥主跨1088M。
3、类型:斜拉桥主要桥型结构有双塔三跨式(图1),独塔双跨式(图2)和多塔多跨式(图3)。优点:由于受到斜拉索的弹性支承,弯矩较小,使得主梁尺寸大大减小,结构自重显著减轻,大幅度提高了斜拉桥的跨越能力,此外,由于塔柱,主梁和拉索形成稳定的三角形,斜拉桥的结构刚度较大,抗风能力较悬索桥要好得多缺点:当斜拉桥跨度较大时,悬臂施工的斜拉桥应悬臂长度过长,承受压力过大,而风险较大,塔高也过高,外锁过长,索垂度的影响使得索刚度大幅下降。需要进行防锈,此外,斜拉锁的老化和PE套的老化也是目前存在的难题。 图1:双塔三跨式 图2:独塔双跨式 图3:多塔多跨式 适用情况:一般说,斜拉桥跨径3001000m是合适的
4、,在这一跨径范围,斜拉桥与悬索桥相比,斜拉桥有较明显优势。德国著名桥梁专家F.leonhardt认为,即使跨径14O0m的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一,其造价低30左右。一般斜拉桥的主跨要跨越河水较深,地质情况较复杂的通航河道。施工工艺及描述:悬臂拼装法:主要用在钢主梁的斜拉桥上,钢主梁在工厂加工制作,再运至桥位吊装就位。钢梁预制节段长度应从起吊能力和方便施工考虑,一般以1-2根斜拉索和2-4根横梁为宜,节段与节段之间的连接分为全断面焊接和全断面高强螺栓连接两种,连接之后必须按照设计精度进行校正。悬臂浇筑法:主要应用在预应力混凝土斜拉桥上,一般采用移动式挂篮作为主要施工设备,
5、以桥墩为中心,对称向两岸利用挂篮浇筑梁节段的混凝土,待混凝土达到要求强度后,便张拉预应力束,然后移动挂篮,进行下一节段的施工。斜拉桥的发展和展望:早期的斜拉桥主要是钢斜拉桥,直到60年代才开始出现少数的预应力混凝土PC斜拉桥。 进入70年代后,PC斜拉桥大量兴起。斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有3O余座,仅次于德国、日本,而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。现代斜拉桥的发展趋势是:桥跨向特大跨度即1000m以上发展;结构形式更为美观,表现为桥塔独特异形,桥面加劲梁更为轻巧。 斜拉桥列表:序号桥名国家主跨m建成年份1苏通大桥中国108
6、820082香港昂船洲大桥中国101820083多多罗大桥日本89019994诺曼底大桥法国85619955南京长江三桥南汊桥中国64820056南京长江二桥南汊桥中国62820017武汉白沙洲长江大桥中国62020088福州青洲闽江大桥中国61820009上海杨浦大桥中国605200110上海徐浦大桥中国60219932、 梁式桥梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。受力状态及特点:梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力恒载和活载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比,梁内产生的弯矩最大,通常需要抗弯能力强的材料钢、木、钢筋混凝土等来建造。
7、从受力特点梁桥可以分为简支梁桥,连续梁桥和悬臂梁桥。简支梁桥(图4)是以简支梁作为上部结构主要承重构件的梁桥。属于静定结构。优点:其构造简单,架设方便,结构内力不受地基变形,温度改变的影响。缺点: 简支梁桥各孔不连续,车辆在通过断缝时将产生跳跃,影响车速的提高。简支梁桥随着跨径增大,主梁内力将急剧增大,用料便相应增多,大跨径桥一般不用简支梁。适用情况:简支梁桥是中小跨度应用最广的桥型。施工方法:简支梁施工主要有两种方法,即就地浇筑法和预制安装法。就地浇筑法:直接在桥跨下面搭设支架,作为工作平台,然后在其上面立模浇筑梁体结构。预制拼装法:将桥跨结构用纵向竖缝划分为若干个独立的构件,在桥位附近专门
8、的预制场地或者工厂进行成批制作,然后将这些构件适时的运到桥孔处进行安装就位。 图4:简支梁桥 图5:连续梁桥连续梁桥(图5)是两跨或两跨以上连续的梁桥,属于超静定体系。优点:连续梁在恒活载作用下,产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用,使内力状态比较均匀合理,因而梁高可以减小,由此可以增大桥下净空,节省材料,且刚度大,整体性好,超载能力大,安全度大,桥面伸缩缝少,并且因为跨中截面的弯矩减小,使得桥跨可以增大。缺点:连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩,构造比较复杂。此外,连续梁桥的主梁是超静定结构,墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。适用情况:连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。
9、 图6: 悬臂梁桥 悬臂梁桥(图6)是以悬臂梁作为上部结构主要承重构件的梁桥。优点:恒活载下跨中弯矩比简支梁小,恒载弯矩图总面积比简支梁小,属于静定结构,无附加内力。缺点:悬臂端的挠度也较大,行车条件并不比简支梁桥有所改善。悬臂梁一片主梁的长度较同跨简支梁为长,施工安装上相应要困难些。适用情况:L=40 50m时,比简支梁经济合理。悬臂体系与连续体系的施工方法:逐孔法施工:有落地支架施工和移动模架施工两种。节段法施工:将每一跨结构划分为若干个节段,采用悬臂拼装或者悬臂浇筑两种方法逐段接长,然后进行体系转换。顶推法施工:在桥的一案或者两岸开辟预制场地,分节段的预制梁身,并用纵向预应力筋将各节段连
10、成整体,然后用水平液压千斤顶施力,将梁端向对岸顶推。梁桥的发展与展望: 简支T型梁桥我国公路上修建最多,早在50、60年代,我国就建造了许多T型梁桥,这种桥型对改善我国公路交通起到了重要作用。其发展趋势为:采用高强、低松弛钢绞线群锚:混凝土标号4060号;T形梁的翼缘板加宽,25m是合适的;吊装重量增加;为了减少接缝,改善行车,采用工型梁,现浇梁端横梁湿接头和桥面,在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束,形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。70年代我国公路上开始修建连续箱梁桥,到目前为止我国已建成了多座连续箱梁桥。由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点,近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发
11、展趋势为:减轻结构自重,采用高标号混凝土4060号;随着建筑材料和预应力技术发展,其跨径增大,葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥,超过这一跨径,也不是太经济的。我国公路系统从80年中期开始设计、建造连续刚构桥,至今方兴未艾。梁桥列表:序号桥名主跨跨径建成时间所在地1石板坡长江大桥330m2006年中国重庆2斯道玛大桥301m1998年挪威3拉大森德大桥298m1998年挪威4虎门大桥辅航道桥270m1997年中国广东5巴拉圭河桥270m1979年巴拉圭6苏通长江大桥专用航道桥268m2008年中国江苏7红河大桥265m2003年中国云南8门道桥260m1985年澳大利亚9瓦洛德二号桥260m19
12、94年挪威10泸州长江大桥252m2000年中国四川3、 拱式桥拱桥是指以拱作为主要承重结构的桥梁。按照拱上建筑的形式可以分为:实腹式拱桥及空腹式拱桥、组合体系式拱桥。按照拱轴线的型式可分为:圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥。按照桥面的位置可分为:上承式拱桥、下承式拱桥、中承式拱桥。按照有无水平推力可分为:有推力拱桥、无推力拱桥。按照建筑材料的不同可分为:石拱桥、混凝土拱桥、钢拱桥。按照铰的多少可分为:两铰、三铰、无铰。实腹式拱桥(图7)是指拱上建筑作成实体结构,拱圈和主梁之间用石料或砌块填充的拱桥形式。优点:刚度比较大,构造简单,施工方便。缺点:随着桥梁跨径的增大,拱桥的自重迅速加大,无法作
13、成较大跨径的拱桥。适用情况:一般用在跨径较小的拱桥中,常用跨径为2030m。 图7:实腹式拱桥空腹式拱桥(图8):是指拱圈和主梁之间用立柱支撑。优点:较实腹式拱桥轻巧,节省材料,外形美观,还有助于泄洪。缺点:施工比较麻烦,受力较复杂。适用情况:一般用在大跨径的桥梁中。 图8:空腹式拱桥组合体系式拱桥(图9):由拱和梁组成主要承重结构的拱桥。通常用钢筋混凝土或钢结构建造。特点:兼有实腹式拱桥和空腹式拱桥的优点,跨越能力较大。适用情况:一般用在大、中跨度的桥梁中。 图9:组合体系式拱桥上承式拱桥(图10) :桥面系设置在拱圈之上的拱桥。 优点:桥面系构造简单,拱圈与墩台的宽度较小,桥上视野开阔,施工方便。缺点:桥梁的建筑高度大,纵坡大和引桥长。适用情况:一般用在跨度较大的桥梁。 图10:上承式拱桥下承式拱桥(图11):桥面系设置在拱圈之下的拱桥。优点:桥梁建筑高度很小,纵坡小,可节省引道长度。缺点:构造复杂,拱肋施工麻烦。适用情况:一般用于地基差的桥位上。 图11:下承式拱桥 中承式拱桥(图12):桥面系设置在拱肋中部的拱桥。优点:建筑高度较小,引道较短。缺点:桥梁宽度大,构造较复杂,施工也较麻烦。 图12:中承式拱桥 三铰拱(图13):在拱冠与拱端处均设铰的拱桥,属于静定结构。优点:对混凝土收缩、徐变、温度变化,以及墩台位移不受影响,适用于地质