桥梁设计选题报告.doc

北京科技大学天津学院本科生毕业设计(论文)选题报告目 录1文献综述21.1国外桥梁发展情况21.1.1国外桥梁发展史21.1.2国外桥梁研究进展31.2国内桥梁发展情况41.1.2国内桥梁发展史41.2.2国内桥梁研究发展52课题背景及开展研究的意义72.1课题背景72.2开展研究的意义73研究方法、内容 及预期目的83.1研究方法83.2研究内容83.3预期目的93.4技术路线104 进度安排11参 考 文 献12指导教师意见131文献综述1.1国外桥梁发展情况1.1.1国外桥梁发展史世界桥梁的发展与社会生产力的发展，工业水平的提高，施工技术的进步，力学理论的进展，计算能力的提高等方面有着密切的关系，其中建筑材料的革新能力尤为重要1。17世纪以前，建筑材料基本只限于土、石、砖、木等，采的结构也较简单。17世纪 70年代开始使用生铁，19世纪开始使用熟铁建造桥梁，由于这些材料自身的缺陷，使桥梁的发展仍然受到限制。19世纪中期，钢材的出现开始了土木工程的第一次飞跃。随后又产生了高强度钢材，钢丝于是钢结构得到蓬勃发展2。结构的跨度也不断扩大，能够修建几百米直至千米以上特大跨度的跨海大桥。20世纪初，钢筋混凝土的广泛应用以及30年代开始兴起的预应力混凝土技术，大大提高了混凝土结构的抗裂性能和刚度，实现了土木工程的第二次飞跃3。1883年建成的纽约布鲁克林悬索桥，跨径达到48.3m，开创了现代悬索桥的先河1937年建成的旧金山大桥，主跨达1280m，保持了27年的世界纪录，至今美国的金门大桥仍是举世闻名的桥梁经典之作1998年 4月竣工的日本明石海峡大桥主跨为1991m，跨径居当前世界同类桥梁之首4。世界上第一座现代化斜拉桥是1955年瑞典建成的斯特罗姆海峡大桥，其主跨182.6m，此后该桥型发展迅速，2004年建成的法国米洛大桥，全长2.4km，索塔高 343m，是世界上最高的斜拉桥5。1946年在瑞典建成的绥依纳松特桥，是一座混凝土圬工拱桥，跨度达155m由于石料开采和加工砌筑费工巨大，国外已很少修建大跨度石拱桥钢筋混凝土拱桥从20世纪初开始得到了发展，1979年前南斯拉夫用无支架悬臂施工法建成了跨度达390m的克尔克大桥，该桥保持了18年的世界纪录。1977年建成的奥地利; 的阿尔姆桥，主跨为76m，是世界上最大的预应力混凝土简支梁桥。加拿大的魁北克桥是世界跨度最大的悬臂桁架梁桥，主跨为548.6m，桥梁全长853.6m6。1.1.2国外桥梁研究进展从 50 年代开始，法国 Freyssinet公司开发了一整套预应力材料，锚固、防腐、施工张拉设备等体系，为预应力混凝土结构的发展奠定了基础。1953年，德国工程师 Finsterwald在建造跨越莱茵河的 Worms 桥时，首创的预应力混凝土悬臂梁桥挂篮悬浇的节段施工新技术，使预应力混凝土梁式桥突破了100m跨度。在60年代除了预应力桥梁得到飞速发展外，另一个重大创新是英国式流线形箱梁桥面悬索桥的问世。这种流线形扁平钢箱桥面具有很好的气动性能，同时其自重轻，不仅节省造价，又便于施工安装，加上用钢筋混凝土桥塔替代原来的钢塔，也就诞生了新一代的英国式悬索桥，并且成为以后悬索桥结构形式的主流。70年代可以说是预应力技术发展的成熟期。与此同时，斜拉桥已开始由德国向欧洲各国以及加、美、日等国推广，特别是在法国，斜拉桥和预应力技术的结合出现了采用预应力混凝土桥塔和桥面的P.C.斜拉桥7。其中最著名的是法国J. Mller设计的 Brottone桥（1977年），主跨为320m，其最大的拉索达到一千吨级的索力，并创造了另一种刚梁柔塔的法国风格P.C.斜拉桥。在此期间瑞士著名工程师Christian Menn教授还创造了拉桥（矮塔斜拉桥）和连续刚架桥。80年代中，由于预应力索在水泥灌浆防腐的管道内发生严重锈蚀，引起了国际桥梁界的关注。一种原用于加固桥梁的体外预应力索新技术得到了发展，并逐渐代替了体内预应力配索。与此同时，沿用水泥灌浆防腐工艺的斜拉桥拉索也出现了管内的水泥保护层因收缩和后期活载作用发生断裂，使防腐失效的问题8。为解决这一问题，日本80 年代初开发了一种采用防老化的高密度聚乙烯材料的热挤防腐索套的平行钢丝索，这一新型斜拉索是完全在工厂中制成的成品索，不仅得到了施工单位的欢迎，同时也为推动斜拉桥向大跨度发展做出了贡献。20世纪90年代国外桥梁在新材料和新工艺上取得了一些技术创新，如法国诺曼底桥的平行钢绞线拉索和施工控制技术；丹麦大海带桥的塔墩防撞技术；日本明石海峡大桥的1800MP高强度钢丝、塔墩深水基础和钢桥塔减振技术；日本多多罗桥的长拉索防雨震措施；挪威Stolmasundet连续刚架桥的预应力悬臂施工技术以及大桥的健康监测和震动控制技术9。桥梁工程在20世纪中取得了显著的成就。由于设计理论的进步和各种新材料、新工艺的出现，尤其是电子计算机的出现和应用，使桥梁的结构形式和跨度有了飞跃的发展。人们在桥梁工程方面发现的规律和取得的宝贵经验为21世纪的桥梁发展奠定了基础10。综观大跨径桥梁的发展趋势，可以看到世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。1.2国内桥梁发展情况1.1.2国内桥梁发展史中国是一个拥有5000年文明历史的伟大国家。长江、黄河和珠江流域孕育了中华民族，创造了灿烂的华夏文化。在人类文明的发展史中，桥梁占有重要的一页。中国古代桥梁的辉煌成就曾在世界桥梁发展史中占有重要的地位，为世人所公认。早在商、周时代，中国已经建造出了石梁桥、石拱桥和浮桥等桥型，3000年前出现了索桥，此后建桥技术得到不断发展。中国隋朝工匠李春于公元610年前后修建的河北赵州桥是中国古代桥梁的代表之作。该桥拱肩两侧砌有两个小拱形成空腹的拱桥，既轻且利于排洪。这种中国首创的“敞肩圆弧拱”到14世纪才出现在欧洲。中国的古代桥梁有许多方面领先于西方国家。自13世纪的意大利人马可波罗到17世纪俄皇彼得大帝的来华使团，400年间的许多西方使者都对中国桥梁发出了赞叹马可波罗行记中，描绘了许多美丽壮观的中国桥梁，并对中国桥梁给予了极高的评价，在西方广为传播。18世纪的工业革命造就了现代科学技术，19世纪又发明了现代炼钢法和混凝土，使西方国家随即进入了现代桥梁的新时代。而中国长达2400年的封建社会却造成了科学技术的停滞和中国桥梁建设的衰落。1840年鸦片战争以后，西方的现代桥梁技术开始引入中国，同时修建了一些现代铁路桥梁。1935年开工修建的杭州钱塘江大桥是第一座由中国工程师主持设计并建造的现代钢桥，是中国桥梁史的一座丰碑11。新中国成立后，中国在苏联专家帮助下建成了武汉长江大桥，为桥梁深水基础的发展奠定了基础。随后建成的南京长江大桥是中国工程师独立主持设计和施工的一座长江大桥，也是中国完全自主建设长江大桥的重要里程碑。1961年建成的云南长虹石拱桥突破了100m跨度，1964年建成的主跨50m的预应力混凝桥梁，1968年建成的主跨150m的双曲拱桥，1973年建成的主跨100m的四川宜宾岷江大桥无不表明中国桥梁人在自然灾害和政治运动的影响下仍在不懈努力12。改革开放后，中国桥梁建设迎来了黄金时代。在建设上海南浦大桥时!上海市政府曾邀请日本公司参与前期方案设计的工作。同济大学李国豪教授、项海帆教授积极呼吁南浦大桥应该自主建设，使中国桥梁人取得了大跨径桥梁自主建设、通过实践取得科技进步的机会。中国桥梁成功实现了从建造200多米跨度的斜拉桥向建造主跨423m的组合梁斜拉桥的突破，1993年，上海又自行设计、施工建成了时为世界最大跨度的斜拉桥杨浦大桥，主跨达到602m。两座斜拉桥的成功兴建增强了中国桥梁人自主建设大跨度桥梁的信心，为后来大规模建设积累了经验和技术储备，提高了国际竞争力。此后，中国桥梁人开始酝酿建造现代悬索桥。1994年建成的主跨452m的汕头海湾大桥是第一次尝试。接着，在李国豪教授的呼吁下,地处鸦片战争国耻地的广东虎门大桥也争得了建设的自主权，并于1997年建成。1999年中国第一座超千米的悬索桥江阴长江大桥建成通车。这一切都标志着中国正以令世人惊叹的规模和速度迈向世界桥梁强国之列13。1.2.2国内桥梁研究发展为了适应我国快速发展的节奏，我国的桥梁建设也需得到更大的发展。目前在中国，国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程以及杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程、琼州海峡工程等。其中难度最大的有渤海湾跨海工程，海峡宽57公里，建成后将成为世界上最长的桥梁；琼州海峡跨海工程，海峡宽20公里，水深40 m，海床以下 130 m深未见基岩，常年受到台风、海浪频繁袭击。此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程14。在我国今后的桥梁的发展中，除了在现有的技术基础上修建桥梁外，更主要的是要不断地进行技术创新和突破，目前国外就在桥梁的跨度上不断突破，如2006年始建，预计 2012年建成的墨西拿海峡大桥，该桥主跨达 3300m，将于2012年建成于迪拜的Sheikh Rashid bin Saeed大桥，长一英里，高673英尺，建成后将成为世界上跨度最长和最高的拱桥。除了在跨度方面要不断取得创新和突破外，同时在桥型上也要注重美学与经济、适用的结合。中国作为文明古国之一，曾经有过辉煌的桥梁历史。但由于中国近代科技的滞后，近代桥梁发展几近停滞不前。另一方面，西方国家却在桥梁的技术领域方面取得了许多创新。改革开放后三十多年，中国桥梁建造获得巨大的进展。经过“学习追赶”和“跟踪提高”两个时代，最终中国步入了桥梁大国的行列，为了在21世纪取得更大的成绩，我们需要不断地进行技术改进和创新15。2课题背景及开展研究的意义2.1课题背景在当代桥梁迅猛发展的时期，混凝土桥梁在设计方面已取得了显著的进步。近来二十年来，混凝土已成为国内外土建工程最主要的一种结构材料，而且混凝土桥梁有强大的竞争能力，主要的因素有一下几方面： 混凝土充分发挥了高强材料的特性，具有可靠的强度，刚度及抗裂性能，结构在车辆运行中噪音小，维修工作量少。 混凝土桥梁的施工方法已达到很先进的水平，现代化技术的应用已使它的施工周期大大缩短，显示出巨大经济效益。 混凝土桥梁适用于各种结构体系，而且还在不断创新出体现预应力技术特点的新型结构体系，因而它的适用范围大，竞争力强。 混凝土桥梁可充分利用材料可塑的特点，在建筑上有丰富、多采的表现潜力。2.2开展研究的意义混凝土桥梁在我国交通基础设施中占有相当大的比例，这些工程密切关系着国计民生，现代桥梁工程的价值源于创新精神，材料的创新可以推动桥梁结构形式的发展，施工设备的升级换代关系到施工水平和技术，我们要克服因循守旧，不思进取的风气，敢于质疑传统，在结构形式、施工方法、设计理念和设计方法上创新，把寻找更好、更新、更经济和更合理的方案作为自己的目标。伟大的桥梁充满挑战性，建造优美的桥梁是展现最新科技的最佳场所，也充满了与自然环境斗争及与人类自己斗争的艰辛，这就需要我们一代又一代的桥梁工作者前仆后继，不懈努力。桥梁是既有利于当代又惠及后人的造福工程，我们要加强安全、适用、经济、美观、节约的设计理念，成为自然环境的保护者和节约资源和能源的倡导者，为祖国的桥梁事业向着更加良性的趋势发展贡献自己的智慧和力量。而且对于提高我国钢筋混凝土结构的设计水平和工程建设有着极其重要的学术意义；既有服务于现役结构的现实意义，又有指导结构设计的理论意义。 3研究方法、内容 及预期目的3.1研究方法a.纵横断面设计根据给定的基本设计资料，参考标准图、技术规范与经验公式，正确拟定桥梁纵断面和横断面的布置，选取恰当的桥面铺装层，初步确定T型主梁、横隔梁、桥面铺装层等的细部尺寸。绘制桥梁横断面布置图、纵断面布置图，T型梁细部尺寸图。b.行车道板计算确定行车道板类型，进行行车道板恒载内力计算、活载内力计算、作用效应组合，获得行车道板最大设计内力值。c.主梁内力计算选取控制截面分别进行主梁恒载内力计算、活载内力计算，以及作用效应的组合计算（含承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态的作用效应组合）。其中进行主梁活载内力计算时，荷载横向分布系数的计算，要求根据主梁空间位置及主梁间连接刚度的不同，对各片主梁可采用杠杆原理法、偏心压力法、修正的偏心压力法、铰接板法、G-M法等来计算荷载横向分布系数，并进行主梁内力作用效应的组合计算（含跨中最大弯矩值、跨中最大剪力值和支座截面的最大剪力值），形成各片主梁的内力计算汇总表。根据内力计算汇总表，确定主梁各截面的最不利内力值作为设计值。d.配置钢筋及验算根据主梁跨中最大弯矩设计值，进行主梁纵向受拉钢筋的配置；根据主梁跨中最大剪力设计值和支座截面的最大剪力设计值，进行弯起钢筋和箍筋的配置。根据以上钢筋配置进行主梁正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯，和变形、裂缝的验算，设置预拱度，保证主梁有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。绘制跨中截面钢筋布置图，弯起钢筋和箍筋布置图。3.2研究内容依据公路桥涵设计通用规范，对楚雄州元双桥上部结构进行设计，主要对钢筋混凝土行车道板、T型梁、横隔梁等结构部位进行设计计算。对桥梁不同结构部位的内应力进行计算并进行荷载组合，得到设计内力，再根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范进行截面设计和验算，最后绘制施工图，并进行墩台设计。3.3预期目的大学期间的桥梁专业使我们必须掌握的，在我们拥有了一定的理论知识后，就需要通过自己做一个串联的结构体系将所学知识熟练运用，通过做桥梁工程设计来做最初的基本训练，同时也是对于自我能力的一种检测，熟悉掌握桥梁工程所必须的设计方法，计算能力。综合应用所学建筑材料、结构力学、结构设计原理、桥梁工程等课程知识，贯彻理论联系实际的原则，按时按量独立完成所设计工作。通过本课程设计，可掌握钢筋混凝土简支梁上部结构的内力计算及构造设计，熟悉桥梁设计规范，能进行计算机辅助制图操作。独立思考，独立完成设计内容；内容条理清晰，学会使用CAD软件等相关软件的应用，完成毕业设计，对大学四年的学习交一份完整的答卷。3.4技术路线 问题分析 搜集素材 对比研究 结构计算 检验不合格 检验合格 墩台设计 行车道板计算 确定方案 整体内容整理 配筋计算绘制图纸 内容校核 完成毕业设计 题目选定和选题完成 整体内容构思图3.1技术路线图4 进度安排第一学期：第10周第11周：毕业设计动员会，编写任务书；第12周第16周：编写开题报告，完成桥面构造布置设计。第二学期：第2 周第6周：完成行车道板、主梁和横隔梁设计，完成中期检查；第7周第11周：毕业设计计算书及图纸终稿确定，论文送审；第12周第16周：完成系、院级答辩，毕业典礼。参 考 文 献1 项贻强,吴强强. 基于性能的混凝土桥梁全寿命养护策略方法研究J.重庆交通大学学报(自然科学版).2013(05).2 黄成造. 钢箱梁桥面铺装力学行为与结构优化研究D.长安大学.2010 .3 中华人民共和国住房和城乡建设部,混凝土结构设计规范（GB50010-2010）北京：中国建筑工业出版社.2010.4 黎剑峰. 桥梁与国内外预应力混凝土桥施工新技术.中国建设信息.2009.5 中华人民共和国住房和城乡建设部建筑制图标准（GB/T50104-2010）北京：中国建筑工业出版社.2010.6 汪莲. 土木工程专业毕业设计指导-桥梁工程分册.合肥工业大学出版社.2009. 7 赵会涛. 大跨度拱桥的结构选型D.西南交通大学.2009.8 刘金军. 大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥抗震