华北水利水电大学桥梁工程毕业设计开题报告(20210420214443)

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女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，汽车荷载等级米用 公路-I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

2、生毕业后走上工作岗位，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-1级；(2) 行车道数：双向四车道；(3) 设计宽度：12.0m+2 x 0.5m (防撞护栏)；(4) 设计速度：100km/h ;(5) 桥梁横坡：2%;(6) 环

3、境类别：1类；(7) 安全等级：一级；(8) 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 C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？15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值为?= I860?,?张拉控制应力取 0.7?弹性模量？?= 1.95 X 105MPa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 3

4、362-2018 的规定。3) 普通钢筋：采用HRB400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-n(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

5、计规范( JTG D63-2007(7) 公路桥涵施工技术规范(JTG/T 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

6、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。(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

7、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A_A图2:方案一桥型布置图一横断面（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+2 x 0.5m （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。桥型方案说

8、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+2 X 0.5 （防撞护栏）+2X 0.5m，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7mn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，具体如上图所 示。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1

9、10m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方案对比万案一万案一万案二方案名预应力混凝土连续箱梁独塔双索面混凝土斜下承式钢管混凝土拱称桥拉桥桥安全性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，结构整体刚度 大，混凝土收缩徐变 小。主梁在斜拉索的各点

10、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 要求较咼。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 以降低桥面咼度，有 利于改

11、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。环保性二种方案均为预应力混凝土结构，对环境的影响可控，不过方案一、二施工难度大，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

12、，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，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，

13、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100W LW 1000m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%横坡。桥宽为13m，为保证横桥向桥面板承载能

14、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：J3DOOmo ITT 吕斜图5:跨中断面1俪D咖皿拆00二二三一7 son图6:渐变起始端断面500men rr ooamini图7:渐变末端断面图&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

15、中部厚度不应小于净跨径的1/30, 般取0.20.3m，最终拟定本设计顶板厚度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

16、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 x18cm，下梗腋为 50 x 30cm。3.1.8桥面铺装根据要求，高速公路和一级公路上特大桥、大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装。高速公路和一、二级公

17、路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于 70mm。因此，本桥桥面铺装采用5cm厚C30防水混凝土垫层+10cm厚沥青混凝土。3.2下部结构3.2.1桥墩及桩基础本桥桥墩采用桩柱式桥墩，桥规规定两柱间距不得小于2.5倍的柱径，这里根据地质资料、桥墩直径1.2m，两柱间距为4.5m，满足要求。由于采用两柱式桥墩， 根据要求：柱式桥墩的墩身沿桥横桥向常有14根立柱组成，柱身为 0.61.5m的大直径圆柱或方形等形式，墩身高度大于67m时，可设横系梁加强柱身横向联系。本桥为了提高桥墩的整体性，在桥墩根部设置承台。钻孔灌注桩的直径不宜小于0.8m,钻孔桩中距不应小于桩径的2.5倍，取桩径为1.5m。

18、3.3细节设计3.3.1人孔在渐变初始地方各设置人孔，主要是让检修人员通过，定期对桥梁进行维修。在箱室上设计过人孔，尺寸不宜小于0.8 x1.2m。3.3.2滴水槽在箱梁悬臂板边缘宜设置向上凸出的滴水槽构造。主要是让桥面水不能流到悬臂下部及箱底和墩柱，以防对下部造成污染损坏。3.3.4通风孔通风孔的目的是为了减小箱梁内外侧的大气温差，其形状为圆形，直径10cm，边跨上每间距5.2m并排设置2个，中跨每间距5.5m在箱梁腹板上并排设置 2个。3.3.5泄水孔桥面泄水孔设置在桥面两侧，一般采用预埋铸铁泄水孔或PVC泄水孔。箱底泄水孔设置在箱底较低处，形状为圆形，直径一般为10cm。3.3.7伸缩缝

19、桥梁伸缩装置的主要作用是适应桥梁上部结构在气温变化、因素的影响下变形 的需要，并保证车辆通过桥面时平稳。一般设在两梁端之间以及梁端与桥台背墙之 间。同时注意，在伸缩缝附近的栏杆、人行道结构也应断开，以满足梁体的自由变形。本桥伸缩缝设置为 8cm,采用80型伸缩缝。338搭板高速公路、一级公路、一级公路和二级公路的桥头宜设置搭板，且搭板长度不宜小于5m ；桥台高度不小于5m时，搭板长度不宜小于 8m。搭板厚度不宜小于 0.25m; 长度不小于6m的搭板，其厚度不宜小于 0.30m。本桥设计搭板长 8m,厚度为30cm。4、计算内容1. 截面几何特性（净截面面积、换算截面面积、截面形心、截面惯性矩

20、）2. 荷载效应组合（永久荷载效应、可变荷载效应、附加荷载、承载能力极限状态内 力组合、正常使用极限状态内力组合、长期效应组合）3. 横向分布系数（支点横向分布系数采用杠杆法，跨中横向分布系数采用刚接横梁法）4. 冲击系数的计算5. 预应力筋估算（采用计算机软件进行估算配筋面积，锚固区局部承压计算）6预应力经布置（跨中截面预应力钢筋布置、锚固面钢束布置）7. 普通钢筋计算（预应力损失、预应力损失组合、预应力筋的伸长量）8. 持久正常使用极限状态应力验算（正截面抗弯承载力计算、斜截面抗剪承载力计 算、9. 截面承载能力极限状态计算（持久状况使用阶段的正应力验算，短暂状况下施工阶段的正应力验算）1

21、0. 抗裂性验算（作用短期效应组合作用下的正截面抗裂性验算、长期效应组合混凝土拉应力、作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂性验算11. 主梁变形计算（主梁挠度验算、预拱度设置）12. 支座设计及计算（支座各部件基本尺寸确定，支座偏转验算，局部承压验算）13. 桥梁墩台的计算（盖梁和墩台内力计算、柱身计算、配筋计算）14. 桩基础计算（桩长计算、配筋计算、桩基础整体强度、稳定、变形验算）参考文献：1 公路工程技术标准（JTG B01-2014 ），人民交通出版社，2014主要参考文献2 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015 ），人民交通出版社，20153 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362-2018 ），人民交通出版社，20184789101112公路桥涵地基与基础设计规范（ JTG D63-2007 ），人民交通出版社，2007公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011 ），人民交通出版社，2011王晓谋.基础工程（第四版）M.北京：人民交通出版社.2016邵旭东桥梁工程（第五版）