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1、华北水利水电大学本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名学号专业道路桥梁与渡河工程题目名称安河古大桥设计研究或设计概述1、设计内容基本概况某高速公路，路线全长约52.760公里，设计时速100公里/小时，汽车荷载等级采用公路-级，按四车道高速公路标准建设。本毕业设计以此高速公路工程为背景，设计其中一座桥，通过实际需求确定全桥尺寸后，利用桥梁博士软件进行截面优化建模，确定预应力筋的数量和布置，通过建模验算分析，确定满足极限状态，并充分考虑施工和预算，最后形成图纸。2、研究的目的和意义 毕业设计是学生在校期间最后的综合性实践教学环节，是使学生在毕业前得到工程师应有智能的全面训练阶段，对学生毕业后走上
2、工作岗位，适应社会主义现代化建设需要起着十分重要的桥梁作用。通过毕业设计要求学生综合运用已学的理论知识、实践技能来解决本专业工程的实际问题，以培养学生独立工作能力（包括调查研究、检索中外文献资料、制定方案、设计与计算、实验调试、选择测试手段、数据处理、绘制规划图纸、论文撰写、口头表达等方面的能力），完成规划管理的基本训练和从事科学研究能力的初步培养。主要内容1、主要设计参数1.1技术标准：（1）荷载等级：公路-级；（2）行车道数：双向四车道；（3）设计宽度：12.0m+20.5m（防撞护栏）；（4）设计速度：100km/h；（5）桥梁横坡：2%；（6）环境类别：I类；（7）安全等级：一级；（8
3、）设计基准期和设计使用年限：均为100年；（9）每侧防撞护栏重量按10kN/m计，混凝土考虑10年的收缩徐变，整体升温、降温均按20考虑，其它作用根据设计情况拟定；（10）其它根据规范和实际情况取值。1.2主要材料：（1）混凝土：预应力混凝土箱梁采用C50混凝土；立柱，桥头搭板、基桩均采用C30混凝土。（2）预应力钢绞线：预应力钢绞线采用s15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值为fpk=1860MPa，张拉控制应力取0.7fpk，弹性模量Ep=1.95105MPa其力学性能指标应符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018）的规定。（3）普通钢筋：采用HRB40
4、0级热轧带肋钢筋；箍筋采用HPB300级热轧光圆钢筋。（4）钢板：锚垫板等预埋钢板采用低碳钢。（5）预应力管道：采用预埋波纹管和夹片锚具。（6）支座：GCPZ-10000-DX-e100-（7）伸缩缝：GQF-C80伸缩缝1.3设计依据：（1） 安河古大桥桥位地形及地质图（2）公路工程技术标准（JTG B01-2014） （3）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018）（5）城市桥梁设计规范（CJJ 11-2011）（6）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）（7）公路桥涵施工技术规范（JTG/T
5、 F50-2011）（8）公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器（JT/T 329-2010）（9）公路桥梁板式橡胶支座（JT/T 4-2019）（10）公路桥梁盆式支座（JT/T 391-2019）（11）预应力混凝土桥梁用塑料波纹管（JT/T 529-2016）（12）其他相关现行专业规范2、方案比选2.1比选原则（1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能够保证行人的舒适度和安全性。既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。要能够满足交通本身的需要，也要保证在 100 年的设计基准期内正常使用，桥面宽度满足当前以及今后规划年限内的交通流量，利于泄洪，考虑综合利用，方便各种管线的搭载。（
6、2）安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。（3）经济性。在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以最少的投入获得最好的效果。合理的选择造价和养护费用综合最省的桥型，遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则，能促进该地区的经济发展，产生最大的效益。（4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美，要与周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。（5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出了更高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保证顺利工的前提下要尽量避免
7、对环境的破坏以实现经济的可持续发展。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。2.2设计方案方案一：预应力混凝土连续箱梁桥（30m+50m+30m）（推荐方案）图1：方案一桥型布置图立面（单位：mm） 图2：方案一桥型布置图横断面（单位：mm）桥型方案说明：本桥型方案采用一联三跨的等高变截面预应力混凝土连续结构，桥跨布置为30m+50m+30m，桥梁全长110m，桥面净宽12m+20.5m（防撞护栏，无人行道），总宽13m，横截面布置采用单箱双室双悬臂的箱形截面，箱梁顶宽13m，底板宽7.5m，梁高2.8m。桥台采用双肋板桥台，桥墩采用双柱式柱式桥墩，采用满堂支架现浇法施工。具体如上图所示。方案二：
8、独塔双索面混凝土斜拉桥 （110m）图3：方案二桥型布置图立面（单位：mm） 桥型方案说明：本桥型方案采用独塔双索面斜拉桥，桥梁全长110m，桥面净空为12m+20.5 （防撞护栏）+20.5m，总宽14m。斜拉索采用扇形布置，采用平行双索面，钢丝采用直径为7mm的高强镀锌钢丝。外包直径为5cm厚10mm的高密度聚乙烯热挤索套。全部拉索施工完毕后，再用缠包机在黑色聚乙烯外表面缠包一层带色的粘胶保护层，以加强拉索的防护体系。主梁采用预应力混凝土连续箱梁，截面形式为单箱双室，顶板底板厚度均为20cm，中腹板厚30cm，边腹板厚80cm。桥墩采用实心混凝土墩柱，基础采用钢筋混凝土沉入桩基础，具体如上
9、图所示。方案三：下承式钢管混凝土简支系杆拱桥图4：方案三桥型布置图立面（单位：cm）桥型方案说明：主桥型方案采用下承式钢筋混凝土系杆拱，计算跨径110m，矢跨比采用1/5，矢高为22.0m，拱轴线为悬链线。拱肋采用哑铃型钢管砼，截面高2.4m，钢管外径1m，壁厚1.4cm；每片拱设间距为7.8m的吊杆12根，吊杆为柔性吊杆，为可替换式吊杆，方便更换；拱肋横向设置一字型风撑7道。行车道板采用50cm高预制T梁，顶面现浇10cm整体化钢筋砼面层，桥面铺装为5cm沥青砼。具体如上图所示。2.3方案对比方案一方案二方案三方案名称预应力混凝土连续箱梁桥独塔双索面混凝土斜拉桥下承式钢管混凝土拱桥安全性连续
10、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，结构整体刚度大，混凝土收缩徐变小。主梁在斜拉索的各点支承作用下，弯矩值得以大大降低。但连接构造复杂，防护措施有待改进。结合了拱与梁两种结构形式，可节省材料且能降低对地基的要求。力学特征较复杂，动力特性和稳定性问题又尤为突出。 经济型结构相对简单，良好的力学结构可以节省建造材料，施工简单快速，工期短，经济效益高。造价昂贵、施工技术要求高，后期维修工作量大，养护成本高。造价高，建造所需机械要求高，人员水平要求较高。适用性伸缩缝少，行车舒适性高，能够满足高速行车的要求，而且全桥能够有很好的抗震性能。跨越能力大，建筑高度
11、小，既满足桥下净空，有降低引道填土，受力合理。对地基要求底，又可以降低桥面高度，有利于改善桥梁两端引道的纵断面线形。美观性线条明晰、流畅、简洁，构造简单，外型朴素大方，能够很好地与周围环境融合在一起。外形新颖，桥型美观，气势壮观，具有一定的美学价值和艺术价值。 系杆拱桥既保留着拱结构的外观，又可以通过拱截面及吊杆造型来展示变化，有上佳的视觉效果。环保性三种方案均为预应力混凝土结构，对环境的影响可控，不过方案二、三施工难度大，所需材料较多，相对方案一对资源需求较大，环保性稍低。结论：经上述对比，从经济性、适用性、美观等方面进行对比，方案一符合建设先进、安全可靠、使用耐久、经济合理的要求，同时应满
12、足美观、环境保护和可持续发展的要求。方案一与方案二相比工程造价较小，后期的维修养护工作也较少。从力学性能来看斜拉桥受力体系复杂，拉索的设计计算布置调控困难，即使应用现代化的计算机计算也往往要耗费大量时间，并且斜拉桥还需建立风动实验室进行风洞实验。方案三于方案一相比，从力学性能分析拱桥自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，且对地基条件要求高。从施工方面，拱桥施工需要大量缆索吊装设备和临时辅助设施，与梁桥相比建筑高度较高，需进行高空作业。所以方案一优于方案三，所以综上所述，最终选择方案一作为推荐设计方案。3.设计内容3.1上部结构3.1.1桥型布置该桥采用现浇预应力变截面连续箱梁
13、，该桥共3跨为减少边跨正弯矩，将边跨跨径取小于中跨的结构布置，一般边跨与中跨跨长之比为0.60.8.跨径采用30+50+30m组合形式。总跨径为110m；一般100L1000m属于大桥，因此此桥属于大桥一类，按持久状况承载能力极限状态设计时，公路桥涵结构的设计安全等级，应根据结构破坏可能产生的严重程度划分为三个设计等级，本桥设计安全等级为一级。3.1.2梁高的确定该桥型为等截面连续箱梁，根据已建成桥梁的资料分析，高跨比一般为1/151/25；在顶推施工的等截面连续梁桥中梁高H与顶推跨径L0之比一般为1/121/17。最终拟定梁高H=2.8m。3.1.3横断面设置 便于桥面排水，桥面向两侧设置2
14、%横坡。桥宽为13m，为保证横桥向桥面板承载能力，采用单箱双室截面。该桥采用桩柱式桥墩，在1、2号桥墩处箱梁采用全实梁，两端桥台处也采用全实梁。翼缘悬臂端厚度不小于10cm，当需要设置防撞墙或布置横向预应力束时，则不宜小于20cm，所以悬臂端取20cm，悬臂根部取40cm，悬臂长度为2.0m，厚度应满足横向弯矩和纵向预应力筋的布置要求。具体横断面如下图：图5：跨中断面图6：渐变起始端断面图7：渐变末端断面图8：桥墩、桥台支点断面3.1.4顶板厚度拟定 箱梁顶板厚度一般由桥面板横向弯矩控制，同时应考虑布置纵、横向预应力钢筋的要求，顶板中部厚度不应小于净跨径的1/30，一般取0.20.3m，最终拟
15、定本设计顶板厚度25cm。3.1.5底板厚度拟定箱梁底板厚度需要满足纵向抗弯及布置预应力钢筋的要求，底板厚度与主跨之比宜为1/1401/170，跨中区域底板厚度则可按照构造要求设计，一般为0.220.28m，一般墩顶处底板厚度可取梁根部梁高的1/101/12。底板除承受自身荷载外，在施工时候承受施工荷载。设计时候应对这些因素予以考虑，因此，取跨中处底板厚度为28cm，支点渐变末端底板厚度取为80cm。3.1.6腹板箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲剪应力和扭转剪应力所引起的主拉应力，墩顶区域剪力大，因而腹板较厚，跨中区域的腹板较薄，但腹板的最小厚度应考虑钢束管道布置、钢筋布置和混凝土浇筑的要求。一般地，等高度箱梁可采用直腹板或斜腹板。因此跨中腹板厚度为40cm，为了增强墩台支座处抗剪抗扭，在支座处设置实心段，接近支座设置渐变段，两侧腹板厚由30cm变为80cm，中间腹板厚度由40cm渐变为100cm。3.1.7梗腋顶板和腹板接头处设置梗腋可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，加强箱梁的整体性，减小扭转剪应力和畸变应力。此设计取上梗腋的水平距离和竖直距离为：75 x
