空心板简支梁桥开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题    目：       竹园大桥施工图设计           

学    院：        建筑工程学院               

专    业：          土木工程                 

学生姓名：     学 号： 

指导老师：                         

 年  月    日

 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

文 献 综 述

一、引言

桥梁是线路的重要组成部分。在历史上，每当运输工具发生重大变化，对桥梁在载重、跨度等方面就有新的要求，从而推动桥梁工程技术的发展。

我国在桥梁建造史上，具有重要的地位。据《诗经大雅大明》记载，公元前1184年，周文王时期，在渭河上架设浮桥，这是我国已知的最早的大河桥梁。

在19世纪20年代铁路出现以前，造桥所用的材料是以石材和木材为主，铁只是偶尔使用。在漫长岁月里，造桥的实践积累了丰富的经验，创造了多种多样的形式。现今使用的各种主要桥式几乎都能在古代找到起源。在最基本的三种桥式中，梁式桥起源于模仿倒伏于溪沟上的树木而形成的独木桥，由此演变成为木梁桥、石梁桥、桁架梁桥；拱桥起源于模仿石灰岩溶洞所形成的“天生桥”而建成的石拱桥，由此演变成为木拱桥和铸铁拱桥；而本课题的悬索桥起源于模仿天然生长的跨深沟而供攀援的藤条而建成的竹索桥，演变为铁索桥、柔式悬索桥、有加劲梁的悬索桥。

在有了铁路之后，木桥、石桥、铁桥和原来的桥梁基础施工技术就难以适应需求。直到19世纪末，由于结构力学基础知识的传播，刚才的大量供应以及气压沉箱应用技术的成熟，使铁路桥梁工程获得迅速发展。60年代以来，汽车运输猛增，材料供应缓和，科学技术迅速发展，桥梁工程又在提高质量、降低造价、降低桥梁养护费等方面获得了很大改进。

桥梁既是一种功能性的结构物，又是一座立体的造型艺术工程，也是具有时代特征的景观工程，桥梁具有一种凌空宏伟的魅力。随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化，大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网已成必需，而交通网的建立离不开桥梁建设。道路、铁路、桥梁建设的良好发展对创造良好的投资环境，促进地域性的经济腾飞，起到关键性的作用。

二、桥梁类型及发展趋势

2.1梁式桥

梁式桥，其上部结构在铅锤荷载作用下，支点只产生竖向反力，是桥梁的基本体系之一；制造和架设均比较方便，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。

梁式桥种类很多，也是公路桥梁中最常用的桥型，其跨越能力可从20m直到300m之间。

按上部结构静力体系分：主要有简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。

1.简支梁桥：主梁以孔为单元，两端设有支座的静定结构，最大弯矩发生在跨中。这种桥结构简单制造运输和架设比较方便，因此各国多做标准设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，赢得工期，提高质量，降低造价。其缺点是，邻孔两跨之间有异向转角，影响行车平顺。为此，现在公路桥多采用桥面连续的简支梁桥来改善。此外，简支梁的桥墩上需设置两跨桥端的支座，体积增大，较连续梁桥和悬臂梁桥要多耗费一些材料，阻水面积也大一些。

2.连续梁桥：主梁若干孔为联，在中间支点上连续通过的超静定结构，最大正弯矩发生在跨中附近，而最大负弯矩发生在支点截面上。多采用悬臂拼装和悬臂灌筑、纵向拖拉或顶推法施工。其缺点是，当地基发生差异沉降时，梁内要产生额外的附加内力，为此在设计中必须考虑在支座处设置顶梁与调节支座标高的装置。

3.悬臂梁桥：在连续梁桥弯矩图中零值弯矩点处设铰，从结构设计上使此处弯矩为零，当设铰的数目等于连续梁的超静定次数时，这就将超静定的连续梁桥变成静定的悬臂梁桥。其缺点是，锚固孔一旦破坏，悬挂孔和悬臂也会倒塌；结构刚度不如连续梁大，而且桥面伸缩缝多，不利于高速平稳行车。 

2.2钢筋混凝土拱桥 

拱桥在我国有悠久历史，属我国传统项目，也是桥梁的基本体系之一。

其建筑历史悠久外形优美，古今中外名桥遍布各地，在桥梁建筑中占有重要地位。它适用于大、中、小跨公路或铁路桥，尤其跨越峡谷，又因其造型美观，也常用于城市、风景区的桥梁建筑。 

我国公路上修建拱桥数量最多。石拱桥由于自重大，在料加工费时费工，大跨石拱桥修建少了。山区道路上的中、小桥涵，因地制宜，采用石拱桥（涵）还是合适的。大跨径拱桥多采用钢筋混凝土箱拱、劲性骨架拱和钢管混凝土拱。 

钢筋混凝土拱桥的跨径，一直落后于国外，主要原因是受施工方法的。我国桥梁工作者都一直在探索，寻求安全、经济、适用的方法。根据近年的实践，常用的拱桥施工方法有：（1）主支架现浇；（2）预制梁段缆索吊装；（3）预制块件悬臂安装；（4）半拱转体法；（5）刚性或半刚性骨架法。 

    钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用，特别是崇山峻岭的我国西南地区。 

    钢筋混凝土拱桥形式较多，除山区外，也适合平原地区，如下承式系杆拱桥。结合环境、地形，加之拱桥的雄伟、美丽的外形，可以创造出天人合一的景观。例如，贵州省跨乌江的江界河桥，地处深山、峡谷，拱桥跨径330m，桥面离谷底263m，令人叹服桥梁设计者和建设者的匠心和伟大。还有刚建成的万江大桥，劲性骨架箱拱，跨径420m，居世界第一。广西邕宁县的邕江大桥，钢管混凝土拱，跨径312m，都是令人称道的拱桥。 

我国钢筋混凝土拱桥的发展趋势：拱圈轻型化，长大化以及施工方法多样化。 

值得提醒注意的是，大跨径拱桥施工阶段及使用阶段的横向稳定性，据统计国内、外拱桥垮塌事故，多发生在施工阶段。

2.3斜拉桥 

斜拉桥用锚在主塔上的多跟斜向刚缆索吊住主梁的桥。是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一，因主梁为缆索多点悬吊，内力小，建筑高度低，施工方便，跨越能力大，现跨度已建到1088米（苏通长江大桥）。可用于公路桥、铁路桥、城市桥、人行桥以及管造桥等。

我国70年代中期开始修建混凝土斜拉桥，改革开放后，我国修建斜拉桥的势头一直呈上升趋势。

我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如1988年建造的汕头宕石大桥，A型塔，钢箱梁，主跨518m；2000年建造的武汉白沙洲长江第三大桥，倒Y型塔，钢箱梁，主跨618m。1993年上海建成的南浦（主H型塔，跨423m）和杨浦（A型塔，主跨602m）大桥为钢与混凝土的结合梁斜拉桥。 

我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。 

现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。 

    斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。钢绞线斜拉索目前在汕头宕石大桥采用。

斜拉桥的设计特点：主要须满足抗风与抗震的要求以及控制全桥的变形。为此，首先强调主孔的跨宽比不大于20，最好不大于15；其次是主梁的宽高比要大于8、至少要大于7并加风嘴，相应的索距要减小到10米以下（为了配合施工往往取5~6米）。此外，用双倾斜索面比用双平行索面的抗风稳定性好，可以抵抗对主梁不利的扭转振动。在多塔斜拉桥中，如采用预应力混凝土连续梁结构，因混凝土徐变收缩，则在主梁的无索区要产生拉力与弯矩，须采取措施克服。在独塔斜拉桥中，因主梁可自由伸缩，不产生这一问题。而在多塔斜拉桥中，则在主梁合拢前用对顶法消减甚至于预储徐变收缩量。斜拉桥的缆索存在一定的垂度，随索力的大小而变化，从而影响整个结构的受力与变形。在跨度大或索力变化幅度大时影响较大，须用精密的计算方法和电子计算机分析结构受力。对一般情况，则可用钢索的修正弹性模量求解。锚固缆索用的锚具易疲劳破坏，选用具有高疲劳强度的锚具。在设计中还需考虑防止缆索锈蚀的措施。 

施工方法：混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装；钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板，工厂焊接成段，现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊结合。

一般说，斜拉桥跨径300～1000m是合适的，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。

斜拉桥作为一种大跨度结构，他充分利用了结构和材料特性，虽然我国斜拉桥建设起步较晚，但是由于广大桥梁工作者的刻苦努力和计算技术的提升，现在我国的斜拉桥建造水平已经处于世界先进行列。结构形式也趋于多样化，组合结构和钢结构等斜拉桥得到长足发展。同时斜拉桥多采用密索体系，多以漂浮和半漂浮式为主而且开始出现了多跨斜拉桥。由于斜拉桥良好的力学性能、建造相对经济、景观优美，已成为大跨径桥梁建设中最有竞争力的桥型。新世纪里斜拉桥将扮演更加重要的角色。我国分别于2002年和2003年动工建造的特大跨径斜拉桥——江苏苏通大桥和昂船洲大桥则勘称世界桥梁建设史上里程碑式的项目。

2.4悬索桥

悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型）。但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也可以同斜拉桥竞争。悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施悬索桥跨径增大，如上所述当跨径达3500m时，动力问题将是一个突出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉式”桥型。在国外这种桥型目前还停留在研究之中，并未诸实施。然而，在我国贵州省乌江1997年底建成了一座用预应力钢纤维混凝土薄壁箱梁作为加劲梁的吊拉组合桥，把桥梁工作者多年梦寐追求的桥型付诸实现，这是贵州桥梁工作者的大胆尝试，对推动我国乃至世界桥梁建设都有巨大作用。乌江吊拉组合桥，经过近两年运行和测试，结构性能良好，特别是两种桥型交接部位的处理，较为合理。

悬索桥的优点，相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。缺点，悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断，悬索桥不宜作为重型铁路桥梁，悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。悬索桥的悬索锈蚀后不容易更换。

三、结论

我国常用的装配式桥型截面形式有实心板和空心板两种。实心板，其具有形状简单，施工方便，施工质量容易控制，建筑物高度小，结构整体刚度大等优点，但截面材料不经济，自重大，运输不便，而若现浇施工受季节及气候的影响，又需模板与支架，跨径一般不超过8m。空心板较同跨径的实心板重量轻，运输安装方便，建筑高度又较同跨径的T梁小，其中间挖空形式有很多种，可以减轻自重，同时充分利用材料。当其跨径增加时，就显得不笨重、不经济，故多用在中小跨径桥上。

预应力混凝土空心板桥的跨径可以达到8、10、13、16、20m，主要有以小优点：采用高强度钢筋，可以节省约20%--40%的钢筋量。预应力可以大幅度提高梁的抗裂性能和耐久性能，利用高标号混凝土可以使截面尺寸减小，梁自重减轻，也增大桥梁的跨越能力，也利于施工运输和架设。由于混凝土的全面受压，充分发挥了混凝土的抗压性好的优势，提高了梁的刚度。由于各种现实的原因和运输、施工等原因，相信空心板简支梁桥会越来越多的受到关注，相应的外形也会越来越美观。 

                         参考文献

[1] 邵旭东· 桥梁工程·北京：人民交通出版社，2005

[2] 邵旭东，程翔云，李立峰·桥梁设计与计算·北京：人民交通出版社，2007

[3] 易建国编·混凝土简支梁桥·北京：人民交通出版社，2008

[4] 穆永江·简支空心板桥的荷载横向分布特性研究·吉林大学，2012（10）

[5] 胡兆同，陈万春·桥梁通用构造及简支梁桥·北京：人民交通出版社，2001

[6] 叶见曙·结构设计原理·北京：人民交通出版社，2005

[7] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2012）·北京：人民交通出版社，2012

[8] 交通部公路规划设计院主编《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）·北京：人民交通出版社，2004

[9] JTJ 021-《公路桥涵地基与基础设计规范》·北京：中华人民共和国交通部发布，2006

[10]　黄新，全菊良，李帆主编《桥涵水文》[M]·北京：人民交通出版社

[11]　凌治平，易惊武主编《基础工程（公路与城市道路工程，桥梁工程专业）》·北京：人民交通出版社，2004

[12]　李国豪，石洞·公路桥梁荷载横向分布计算·北京：人民交通出版社

[13]　周明华·桥梁方案比选，U448（57B），1997

[14]　Ho-Kyung Kim,Myeong-Jae Lee,Sung-Pil Chang.Non-Linear Shape-Finding Analysis of a Self-Anchored Suspension Bridge[J].Engineering Structures,2002,24(12):1547-1559.

[15]　 John A.Ochsendorf,Divid P.Billington.Self-Anchored Suspension Bridges[J].Journal of Bridge Engineering,1999,4(3):151-156

                        开 题 报 告

一、本课题设计的目的与意义

综合运用所学基础理论、专业理论和基本技能，按照任务书的要求，对具体工作进行合理的工程规划设计，提供完整的设计文件。能够熟练的使用AutoCAD和MIDAS两个软件。通过毕业设计掌握大中桥施工图设计的内容、方法、步骤，运用计算机进行结构设计计算、配筋计算、施工图绘制，学习科研论文的撰写进行专题研究、了解专业动态，提高分析和解决工程问题的能力，培养工作能力和组织能力以及认真负责的工作态度。

在本次毕业设计——竹园大桥施工图设计过程中：能够熟练的查阅相关文献，基本掌握桥梁设计的基本程序，熟悉桥梁结构的基本构造，掌握空心板简支梁桥结构计算的一般方法及桥梁结构计算软件的基本操作，学会绘制简支梁桥施工图，学会英文专业文献的阅读技能。同时通过这次设计我们可以学会很好的理论联系实际，大胆的开拓思路，不断的追求设计创新，不断地提高自己的设计水平，将继续发扬理论联系实际的学风，努力提高自己分析问题解决问题的能力，全面提高专业知识，扩大相关知识领域。

二、课题发展现状和前景展

发展交通事业，实现四通八达的现代交通，对发展国民经济，巩固国防具有非常重要的作用。60年来，新中国桥梁建设取得了突飞猛进的发展，公路铁路两用桥向着大跨度、重荷载、高时速方向发展。部分预应力桥梁也得到较广泛的采用，不仅允许出现拉应力，而且允许在极端荷载时出现开裂。其优点是，可以避免全预应力是易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大；刚度较全预应力为小，有利于抗震；并可充分利用钢筋骨架，减少钢束，节省用钢量。在我国，预应力混凝土桥梁结构已经成为桥梁发展的主体；一系列在建和已建的桥梁工程表明：预应力技术在公路桥梁中得到较广泛的采用，预应力混凝土桥梁具有一定的刚度和强度，抗裂性能和较少的维修工作量。预应力应用更加丰富和灵活，以及总体造价的降低，采用预应力混凝土桥梁是符合我国实际的。从上世纪90年代初开始，中国的桥梁建设者就积极开展从内陆建桥向跨海建桥的研究和谋划。大跨、轻型、快速施工是21世纪的跨海桥梁发展的方向。2005年建成的东海大桥是中国第一座真正意义上的跨海大桥，全长32.5公里，当时是全球30多座跨海大桥中最长的一座；而刚刚贯通的杭州湾跨海大桥，全长约36公里，又改写了这项世界之最。在建设中的跨海工程还包括上海崇明越江通道工程、青岛跨海大桥、厦门跨海大桥等。可以想象得到在将来，中小跨径的公路铁路桥梁以及市政立交桥将被预应力混凝土桥梁所替代。其中100m以下的公路铁路桥梁中预应力混凝土简支桥有较大优势，而在跨度100-300m的公路铁路桥梁中，预应力混凝土连续梁具有较大的优势。

本毕业设计以竹园大桥为背景，进行桥梁上部结构设计，并绘制相关图纸。

三、设计的主要内容和要求

（一） 主要内容

1、基本资料：荷载等级：公路—Ⅰ级,人群荷载3.5KN/M^2 

               桥梁宽度：净9（行车道）+2 ×0. 75(防撞护栏)，桥面全宽10.5m

   桥梁横坡: 双向2.0%

   2、桥型方案比较：至少推荐两种以上方案比较；

3、拟定推荐方案的结构尺寸；

   4、上部结构设计计算；

   5、强度、刚度、稳定性计算；

   6、验算

（二）  设计要求

1、掌握大中桥施工图设计的内容、方法、步骤；

2、运用计算机进行结构计算，配筋计算，施工图的绘制；

3、学习科研论文的撰写，进行专题研究，了解专业动态；

4、培养精心设计，认真负责，严谨的工作作风；

5、设计思想正确，计算无误，设计文件工整，语句通顺，表达清楚，图纸整洁，布局合理；

6、正确地运用所学理论知识解决工程实际问题，培养和训练分析问题解决问题的能力。

四、课题设计思路、方法和步骤

设计思路：熟悉基本资料——拟订推荐桥型尺寸——比选桥型方案——上部结构设计计算——强度、刚度和稳定性验算

1．比选方案的主要标准：

    桥梁方案比选有四项主要标准：安全，材料，功能，经济，其中以安全与经济为重。过去对桥下结构的功能重视不够，现在航运事业飞速发展，桥下净空往往成为运输瓶颈，比如南京长江大桥，其桥下净空过小，导致高吨位级轮船无法通行。至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。

2．方案类别

（1）预应力混凝土简支T形梁桥

 图  1

（2）钢筋混凝土拱桥

 图  2

（3）预应力混凝土空心板简支梁桥

图  3

3．方案比选 

方 案 比 选 表

4、设计步骤和程序：

1.熟悉、准备资料、方案比较、拟定推荐方案的结构尺寸----------------------------2周      

2.推荐方案上部结构设计计算验---------------------------------------------------------------6周

  3.中间答辩检查----------------------------------------------------------------------------------1周

4.绘制施工图-------------------------------------------------------------------------------------4周