某高速公路廊坊段K2+300桥梁施工图设计_前期报告

1、河北工业大学土木学院本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：廊沧高速公路廊坊段K2+300桥梁施工图设计 适用专业：土木工程（道路桥梁方向） 学生信息：学号：086841 姓名：黄从海 班级：C081指导教师信息：宋娃丽教授 教师号：84029报告提交日期： 2012年 4月 6 日一、主要内容（一）主要内容1.分析和整理基本设计资料，如：桥涵水文、地质、气象、施工条件等资料；2.完成结构设计计算；3.完成主要施工图的设计；4.适当提出施工方法建议。（二）设计指标和设计数据一）设计指标廊坊至沧州高速公路廊坊段K2+300桥梁，位于霸州市和文安县境内，大桥北靠中亭堤，南界大清河，桥梁分

2、左右两幅，全宽34.5米，桥梁全长240米。1设计荷载：公路I级；2地震烈度：基本烈度6度，按7度设防；3桥面横坡：1.5%2.0；4桥面纵坡：0%。二）设计数据1水文经水文计算,确定桥面设计标高为7.00m2气象资料桥址处全年平均气温l2.8，一月份平均气温-3.1。七月份平均气温267历年极端最低气温-21.8，极端最高气温42.3，最大冰冻深度53cm，最大积雪厚度30cm。年平均风速2.4 ms。最大风速18 ms3地质地质资料见图1图1 桥位地质断面图4其它设计数据按现行规范有关规定取值。（三）技术标准与规范1公路桥涵设计通用规范（JTG D60一2004）.北京：人民交通出版社，2

3、004 2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62一2004）.北京：人民交通出版社，2004 3公路圬工桥涵设计规范（JTG D612005）；4公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008） 5公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007） 6公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000） 7公路工程水文勘测设计规范（JTGC30-2002）8公路桥涵设计手册 梁桥（上），徐广辉，人民交通出版社，2000年 9公路桥涵设计手册 梁桥（下），刘效尧，人民交通出版社，2000年 10公路桥涵设计手册 墩台与基础，江祖铭，人民交通出版社，2000年 11邵旭东

4、主编桥梁工程 12范立础主编预应力混凝土连续梁桥，人民交通出版社出版1985。 13范立础主编桥梁工程，人民交通出版社出版，2003 14凌治平.基础工程，人民交通出版社，2000年 15叶见曙，结构设计原理（第二版），北京：人民交通出版社，2006年 16贺拴海主编桥梁设计计算理论 17胡肇兹主编桥跨结构简化分析荷载横向分布 18易建国编混凝土简支梁（板）桥，人民交通出版社，2001. 二、实施计划： 第4周 对桥梁设计文献资料的深入了解，系统的初步认识。并搜集资料。第5周写前期报告及文献综述，修改完成并提交。第67周 提交中期报告第813周廊沧高速公路廊坊段桥梁方案设计和结构设计第14周整

5、理论文资料第15周 指导教师、评阅教师评审论文，准备答辩第16周毕业答辩、按照答辩意见对论文进行最后修改并提交。3、 遇到的问题、解决问题的方法、效果及启示1、毕业设计中可能遇到的问题1） 在课堂上学到的知识都是零零散散的，没有综合性的去考虑过分析桥梁，这次毕业设计就是锻炼综合运用几年专业知识的，所以在设计中会出现考虑的问题不周全、分析问题不够透彻、计算出错等问题。2） 在设计中会用到一些设计软件，由于有些软件根本就没接触过，如桥博，而有些软件学过却不是很娴熟，如CAD制图软件。加上整个桥梁设计中工作量大，计算繁杂，难免会工作效率底。3） 结构力学，材料力学及桥梁工程等专业课程学完一段时间很多

6、知识点已经淡忘，在设计中很多计算起来就比较棘手。4） 由于设计的经验不足，在设计中会出现设计不规范。2、 解决问题的方法1） 首先熟悉这次毕设的内容及过程，知道自己要干什么，怎么去做，把那些以前学过的课程提前复习下，在图书馆找跟设计相关的规范。可以在网上或资料室找别人做的设计范文，并看看别人是如何做的。2） 碰到一些不懂的，不明白的，首先自己要通过图书馆查阅相关书籍或在网上搜索来解决这些问题，再不会可以和同学共同探讨，最后才请教于老师。3） 那些与设计相关的软件必须提前学学。以保证设计能按照时间安排上完成。4） 自己要勤于学习，勤于思考，勤于查阅书籍。3、 效果及启示毕业设计是对学生综合能力的

7、锻炼，一方面要求学生用这四年来所学知识综合性的去考虑、分析这次设计。另一方面是要求学生要有自学能力，自我时间安排计划，独立思考，积极主动，克服苦难，磨练意志。通过设计能将我们所学的专业知识综合运用起来，能够更好的去掌握所学专业知识以及设计软件，以便更好的使我们去适应以后的工作，碰到实际工程问题能够用所学知识去解决。4、 结构设计的内容，方法和步骤1、结构设计内容结构设计包括上部结构设计和下部结构设计。上部结构设计主要内容有：截面尺寸的拟定，内力计算，配筋计算，施工阶段和使用阶段的应力验算，最终承载力极限状态验算，刚度验算。下部结构设计包括：桥墩，桥台及基础的设计计算。在此主要介绍上部结构计算。

8、截面尺寸拟定在方案阶段只是初步选定了截面的形式和轮廓尺寸，其余的细部尺寸可参考已建成的相同桥型，相近跨径，桥宽。荷载标准的桥梁的截面尺寸，可根据方案的具体情况进行分析。内力计算1钢筋混凝土或预应力混凝土桥梁的恒载，占全部设计荷载的很大部分，而且梁的跨径越大，恒载所占的比重也越大。因此，要准确地计算作用于连续梁桥上的恒载。连续梁桥的恒载内力，主要是结构自重引起的内力。结构自重可由结构的体积剩以材料的容重求出。2当活载的荷载横向分布系数确定以后，作用在主梁上的荷载数值就可以求出，利用熟知的结构力学方法就可以计算活载作用下，主梁的截面内力。截面内力的计算方法就可以计算活载作用下，主梁的截面内力。3构

9、次内力的计算,在超静定结构中,温度变化,混凝土收缩,徐变,预应力张拉,墩台的不均匀沉降都会产生次内力,这些次内力虽然都可以用计算机进行计算,但我们在运用这些程序时应掌握这些计算的基本概念以及注意参数的应用,能定性的判断计算结果的正确性。4配筋设计，预应力力钢筋面积的估算及布置，面积应分别按强度要求与施工和使用阶段的应力要求进行估算，在满足要求的同时要尽量经济。钢束布置要按规范满足构造要求，锚于梁端时，为减小支点和锚固面上预加力的偏心距和避免过大的局部集中力，将钢束尽量布置的分散和均匀些。钢筋布置完后要对梁截面强度进行验算，如不符合要求则应对截面尺寸和钢筋的布置进行调整直到合格。5应力验算，应力

10、验算主要指正常使用阶段的应力验算。对于钢筋混凝土结构主要进行变形和裂缝宽度的验算。预应力混凝土结构主要验算在使用荷载和预加力作用下，混凝土和预应力钢筋的应力，变形及B类构件裂缝宽度。2、设计方法及步骤1桥梁结构的总体布置和初步方案拟定桥梁孔径的拟定主要根据泄洪的要求。在公路工程技术标准中规定了不同等级公路的设计洪水频率。在求得总的孔径后，还需要进一步进行分孔布置即确定桥墩的位置。横截面布置主要包括桥面布置和上部承重结构的横截面设计。桥梁体系及下部结构形式的选定需要根据地质情况，水文情况等综合选定。2桥梁结构设计方案比选初步方案完成后，通过初步分析，将其中明显竞争性不大的体系删去，提出2-3个具

11、有特色的体系作进一步分析评比，这2-3个比选方案力求合理，施工可行。最后选出推荐方案。方案比选的标准主要依据安全，功能，经济与美观。其中以安全与经济为重。至于桥梁美观要视经济与环境条件而定。3结构设计的内容，方法和步骤1）行车道板的设计计算2）主梁内力的荷载计算3）横向分布系数计算4）横隔梁内力计算5）箱梁预应力配筋计算6）桥梁挠度，预拱度，裂缝的计算7）桥面铺装设计8）桥台设计9）推算桥墩的桩长10）计算桥墩的配筋；11）桥墩的内力及位移的验算4.桥梁结构施工方法的选用 桥梁结构的施工方法与设计有着十分密切的关系，不同结构形式的桥梁结构可采用不同的施工方法，同种结构形式也可采用不同的施工方法

12、，结构运营阶段的受力状况取决于所选用的施工方法。设计必须考虑施工的因素，设计与施工相互配合，相互约束。五、桥梁结构施工方法的选用 桥梁结构的施工方法与设计有着十分密切的关系，不同结构形式的桥梁结构可采用不同的施工方法，同种结构形式也可采用不同的施工方法，结构运营阶段的受力状况取决于所选用的施工方法。设计必须考虑施工的因素，设计与施工相互配合，相互约束。 钢- 混组合梁的研究 -文献综述 摘要本文介绍了钢- 混凝土组合梁的现状的研究，并论述了钢- 混组合梁的分类及其特点。分析了钢-混组合梁设计的关键技术,并提出了一些钢混组合梁的研究方法。关键词钢- 混组合梁; 现状研究；分类及特点；研究方法前言

13、组合梁桥采用剪力连接件将钢板梁、钢箱梁、钢桁梁等结构构件与钢筋混凝土桥面板结合成整体，钢筋混凝土桥面板不仅直接承受车轮荷载起到桥面板的作用，而且作为主梁的上翼板与钢梁形成组合截面，参与主梁共同作用。1、钢- 混组合梁研究现状钢- 混凝土组合梁结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构,其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列,已经扩展成为第五大结构(组合结构) 。它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的受弯构件。在荷载作用下,混凝土板受压而钢梁受拉,充分发挥钢材与混凝土的材料特性。近年来,国内外的一些学者主要研究了钢- 混凝土预应力组合梁的受力性能。重点讨论

14、了预应力钢筋类型、布筋方式、预应力钢筋含量及预应力大小等对结构静力行为的影响;不同连接方式对组合梁工作性能的影响;低周期反复荷载下的组合梁工作性能;钢筋混凝土梁的徐变效应对组合梁工作性能的影响;地震作用下组合梁工作性能;体外预应力组合梁非线性行为;考虑体外预应力摩阻损失对钢混组合梁性能的影响;小半径钢- 混组合连续梁工作性能的研究等。2、组合梁的分类及其特点2.1外包混凝土组合梁外包混凝土的组合梁又称劲性混凝土梁或钢骨混凝土梁,其按类型又可分为: Z型外包钢- 混组合梁; U型外包钢- 混组合梁; L型外包钢- 混组合梁等。外包钢混凝土组合梁具有较优越的工作性能,其抗弯承载能力高;延性好;适用

15、于跨度较大的结构;填充混凝土对防止钢梁发生局部失稳起到了良好的作用;梁截面应变符合平截面假定。在完全剪切连接情况下,抗弯承载力可以根据弹塑性理论计算,并可忽略滑移的影响。但外包钢- 混凝土组合梁在受力过程中存在两个受力薄弱面:一是钢与填充混凝土的交界面;二是翼缘板与梁的接触面,这两处的滑移过大,容易导致梁发生粘结滑移破坏和纵向剪切滑移破坏。2.2型钢外露混凝土组合梁2.2.1型钢外露组合梁又称T形组合梁(1)现浇混凝土翼板组合梁。优点:混凝土翼板整体性好;缺点:需要现场支模,湿作业量大,施工速度慢。(2)预制混凝土翼板组合梁。优点:混凝土板翼板预制,现场仅需要在预留槽处浇筑混凝土,可以减小现场

16、湿作业,施工速度快;缺点:作为大规模推广应用的结构形式,实现预制混凝土翼板组合梁的精确施工并确保质量有一定困难。(3)叠合板翼板组合梁。优点:构造简单、施工方便、受力性能好,这种形式的组合梁可以用传统的简单施工工艺获得优良的结构性能,适合我国基本建设的国情,是对传统组合梁的重要发展。(4)压型钢板混凝土翼板组合梁。优点:压型钢板在施工阶段可以代替模板,在使用阶段又可承担荷载,施工方便,受力性能好。(5)混凝土翼板还有带板托和无板托之分。带板托的组合梁增大了截面惯性矩,可以获得更大的刚度和承载力,但板托部分的施工和构造较复杂。目前,带板托的组合梁应用较少,而无板托组合梁应用日益广泛。2.2.2型

17、钢外露的组合梁(1)箱形钢梁- 混组合梁中,箱形钢梁可分为开口截面和闭口截面两类。开口箱梁的优点:节省钢材;缺点:在施工阶段抗扭刚度小。闭口钢梁的优点:在施工阶段整体性好,抗扭刚度大;缺点:在正弯矩作用下钢梁上翼缘发挥的作用较小相对开口梁的用钢量略有增加。(2)钢桁架组合梁在结构跨度较大时具有一定的优越性,在施工阶段桁架梁的刚度较大,可以分段运输和现场拼装, 适用于桥梁结构和建筑中的大跨连体和连廊结构。(3)蜂窝形钢梁通常由轧制工字型钢或H型钢先沿腹板纵向切割成锯齿后再错位焊接相连而成,有时也可直接在钢梁腹板挖空而形成,其缺点:钢梁的加工制作工艺比一般钢梁要复杂一些,而且腹板的抗剪能力有所减弱

18、,一般情况下由腹板的抗剪控制设计。目前,我国相关规范规程与组合梁的相关内容涉及蜂窝形钢- 混组合梁较少。3、钢- 混组合梁的主要研究方法3、1解析法 4 1995年,Newmark、Siess和Viest提出的经典的线弹性方法,假设组合梁的三部分都处于材料的线弹性阶段; Yam和Chapman提出的刚塑性分析法,考虑三部分完全塑性,主要用于计算组合梁的极限承载力;Oehlers和Sved提出的“混合法”,在考虑连接件塑性的同时,认为组合梁中钢梁和混凝土翼板是完全弹性的。此法的优缺点是计算结果精确,但需输入数据较多,自由度较多,计算工作量大,难于考虑滑移影响。3、2半解析法 5 2000年,以聂

19、建国教授为代表,在进行大量试验研究后提出了工字形截面组合梁的附加曲率法和折减刚度法,在滑移微分方程的基础上提出了计算简支梁和连续梁挠度的新方法,该方法根据试验结果对材料力学挠度计算公式进行了修正。余志武教授在完成了大量预应力工字形截面简支、连续组合梁试验研究的基础上,提出了预应力组合梁界面滑移-挠度耦合分析法和相应的计算公式,提出了组合梁的承载力计算公式和挠度计算方法。此法的优缺点是该方法求解组合梁滑移具有理论性强,计算准确的特点,但难以考虑滑移对结构性能的影响,或者在计算后必须考虑滑移效应对结构刚度的性能的折减。3、3有限元法 6 目前,有限元法有主要有如下几类。(1)按空间板壳单元进行完全

20、的三维空间分析;(2)按空间或平面梁元计算;(3)在普通梁单元基础上考虑滑移,以初等梁节点的6个自由度为基础,增加自由度以考虑组合梁界面滑移,按换算后的组合截面梁段单元计算。此法的优缺点是虽然能够考虑界面滑移的影响,但是难以考虑梁结构其他的变形特征及其对组合梁结构性能的影响。4、钢- 混组合梁的关键技术钢- 混组合梁是通过剪力连接件将钢梁和混凝土板连接起来共同受力、变形协调的一种梁。为了能保证混凝土和钢梁两种材料能更好地结合在一起,充分发挥混凝土抗压,梁抗拉的特点,剪力连接件的作用就显得尤为关键。近些年来,国内外许多研究单位一直在致力于研究更为新型、高强、方便、安全以及廉价的剪力连接器。如在德

21、国,雷昂哈特教授和Partners公司发展了一种称为PerfobondStrip的新的剪力连接器,这种剪力连接器由带孔钢板组成,穿过这些钢板孔灌注混凝土,成型后形成一系列混凝土榫来抵抗剪力 2 。此新型剪切连接件并非完善,而只是研究的起点和方向,需要进一步研究此设想的可行性。4、1按连接件的作用机理分类4、1、1机械型连接件在钢- 混组合梁结构中,机械型连接件使用最广,常见的机械型连接件形式有栓钉、型钢和钢筋三种,使用时应根据不同的情况(如纵向剪力的大小及方向等)选用不同形式的连接件。所用的连接件不仅要求能够承担剪力,而且也要求能够承担拉拔力。机械连接是目前使用范围最广,也最为可靠的连接方法。

22、4、1、2粘结型连接件粘接型连接件按粘接形式可以分为:自然形式粘接;化学粘接剂连接。前者是通过钢与混凝土接触面上的自然粘接作用把两者组合在一起,通过在钢上轧制凸缘来增加粘接作用;后者是采用化学粘接剂把钢和混凝土连接在一起的。土木工程中常用的粘接剂为环氧树脂类、聚胺脂树脂类和二烯类三种。由于粘接力的分布较为均匀,受力较为合理,这种连接常见于组合板中。在受力较大的组合梁中通常配合高强螺栓使用,其较明显的缺点是钢梁和混凝土板之间抗分离能力较弱,疲劳性能得不到保证。在我国通常采用粘法连接技术对钢筋混凝土危梁、危柱进行加固,效果良好。4、1、3摩擦型连接件当前,钢- 预制混凝土板组合梁在工程中应用越来越

23、多,预制混凝土板与钢梁之间的连接方法之一是摩擦型连接,即利用摩擦力使两者结合。摩擦力增大必须依靠作用面上的压力,国外常采用高强螺栓进行连接,但是随着收缩、徐变的发展,高强螺栓的作用会下降。4、2按连接件抗剪刚度的强弱分类4、2、1刚性连接件型钢连接件本身水平刚度大,滑移很小可以忽略,故称之为刚性连接件。该类连接件抗剪刚度很大,作用在混凝土上的压应力为均匀分布,破坏形态为连接件前混凝土压坏或者连接件之间混凝土剪切破坏。开孔板连接件也属于刚性连接,通常为圆孔内混凝土发生剪切破坏而丧失承载能力。这种连接件的设置具有方向性。4、2、2柔性连接件栓钉、钢筋等连接件由于本身的弯曲会使混凝土板与型钢梁之间产

24、生一定的滑移,故称之为柔性连接件。该类连接件的抗弯刚度相对较小,纵向剪力会使连接件变形,连接件将产生弯曲应力,混凝土产生不均匀压应力,靠近连接件根部的混凝土发生剪压破坏。由于栓钉等连接件无方向性,施工方便(可用特制电焊机直接焊接) ,受力性能好,因此目前被各个国家广泛使用。4、2、3刚度滞后型连接件 3 刚度滞后型连接件是通过在栓钉根部用硬化型环氧树脂包裹,调整硬化剂的加入量来控制硬化时间,可以达到刚度滞后的目的。在负弯矩区,可以给混凝土施加有效的预压应力,在预应力施加阶段剪力连接件不发挥作用,在使用阶段连接件充分发挥其抗剪刚度。但这类连接方式目前在国内工程应用较少。5、结束语钢- 混组合梁结

25、构在我国的建筑和桥梁建筑领域已得到越来越多的应用,并显示了很好的受力性能和很好的综合经济效益。工程实践表明,钢- 混凝土梁能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展的需要,符合现代施工技术的工业化要求,因而正被越来越广泛地应用于各种结构工程中,并已取得良好的经济效益和建筑效果。同时,也随着泵灌技术,高强、高性能、轻质混凝土的研究与利用,以及预应力组合结构的出现,钢- 混凝土组合结构即将进入一个新的发展时期。总之,随着我国经济建设的发展,钢产量不断上升,劳动力费用不断增长,采用组合结构的优势将更加明显。参考文献 1 聂建国. 钢- 混凝土组合梁结构试验、理论与应用M . 科学出版社, 2005

26、2 雷吕龙. 钢- 混凝土组合桥中新的剪力连接器的发展与试验 J . 国外桥梁, 1999 (2) : 64 - 68 3 朱炯,罗智星. 钢- 混凝土组合梁剪切连接件评述 J . 能源技术与管理, 2007 (6) : 126 - 128 4 吴兴邦. 钢- 混凝土组合梁的研究与发展 J . 建筑与工程,2007 (11) : 341 5 李兵兵. 钢- 混凝土组合梁的应用与研究 J . 中国科技信息,2005 (11) 6 朱炯,罗智星. 钢- 混凝土组合梁剪切连接件评述 J . 能源技术与管理, 2007 (6) : 126 - 128 7 张霞,向中富. 钢- 砼组合梁中两种新型连接件的有限元分析