连续刚构桥毕业设计开题报告

1.1前言

桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了能够跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路）而修建的人工构造物。桥梁在交通事业中占有举足轻重的地位。从桥梁的出现到现在经历了漫长的历史发展和演变，桥梁也逐渐地形成了各种结构和不同受力体系的形式，按照受力体系分类，桥梁有梁、索、拱三大基本体系，其中梁桥以受弯为主，拱桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。另外，由上述三大基本体系的相互组合，派生出在受力上也具组合特征的多种桥型，如刚架桥和斜拉桥等。近几十年，由于我国科学技术的进步，工业水平的提高，桥梁建筑技术得以迅速发展。千里江面上的座座跨江大桥、现代高速公路迂回交叉的立交桥、高架桥和城市高架道路，以及更长的跨海湾、海峡大桥，城郊高速铁路桥与轻轨交通运输高架桥等，犹如一条条“彩虹”使得天堑变通途。在这些桥梁中不仅有华丽富贵的斜拉桥，气势宏伟的悬索桥，钢筋铁骨的的钢桥，体形优美、历史悠久的拱桥，也有外表朴实却适应性强、施工方便、投资少、效益高连续梁桥，刚构桥。

1.2 连续刚构桥国内外发展状况

国外修建大跨连续刚构桥的历史相对国内较早一些。19年联邦德国建成了主跨208m的本道夫（Bendorf）桥，在结构上有了新的创新，薄型的主墩与上不连续梁固结，形成了带铰的连续刚构体系。1985 年澳大利亚建成的门道桥(Gateway)，跨径为145+260+145m，采用双薄壁桥墩，单箱单室主梁和C50 高强混凝土，该桥保持世界记录达12 年之久，是一座里程碑式的建筑。目前国外公路桥梁中跨径最大的预应力混凝土连续刚构桥为挪威的stolma 桥及其姊妹桥Raftsundet 桥，主跨跨径分别为301m 和298m。很多国家对高桥墩的研究和施工方面已取得了不少成果，特别是爬模、翻模技术的发展与推广促进了高墩、超高桥梁的建设。国外许多出现高桥墩的场合通常采用连续刚构的桥型，且主梁为预应力混凝土箱形结构的居多。由于连续刚构桥墩梁固结，为超静定结构，尤其是多跨连续刚构桥，超静定次数较多。为防止温度内力过大，必须采取一定的结构措施。目前国外普遍采取减小墩身抗推刚度的方法来减小温度内力。

我国的连续刚构桥是在1988 年开始修建，并在1990 年建成了我国第一座跨径为180m 的广州洛溪大桥。进入九十年代，我国相继修建了几座大跨径的连续刚构桥，如1995 年建成的黄石长江大桥(162.5+3×245+162.5m)，连续长度居世界首位)，1997 年建成的虎门大桥辅航道挢(150+270+150m)，97 年位居世界首位)， 云南省元江大桥(58+182+265+194+70m)，不断地把连续刚构桥推向新的高度。近几年，随着西部大开发战略的实施，高等级公路在西部深沟险壑地区出现的越来越多。西部山区的地形特点多为沟深、坡陡，因此预应力混凝土结构的高墩大跨度桥梁不断涌现，它们在山区公路、铁路桥梁的应用中显示出了其跨越能力大的优越性。该类桥型必须采用柔性墩，以有效减小上部结构的内力和由温度、混凝土收缩、徐变及地震等引起的影响。

1.3 受力特点及优点    

预应力混凝土连续刚构桥是连续梁桥与T形刚构桥的组合体系，也称墩梁固结的连续梁桥。大跨径连续刚构桥结构的受力特点主要为：梁体连续，墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力。在恒载作用下，连续刚构桥与连续梁桥的跨中弯矩和竖向位移基本一致，但在采用双肢薄壁墩的连续刚构桥中，墩顶截面的恒载负弯矩要较相同跨径连续梁桥的小；其次，由于墩梁固结共同参与工作，连续刚构桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小，因而可以降低跨中区域的梁高，并使恒载内力进一步降低。因此，连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥的设计大一些。

大跨径连续刚构桥结构的优点主要为：其墩梁固结的特点省去了大跨连续梁的支座，无需进行巨型支座的设计、制造、养护及更换，节省昂贵的支座费用；因墩梁固结，桥墩的厚度大大减小，约为梁在支点处高度的0.2~0.4倍，减小桥墩与基础工程的材料用量；墩梁固结便于采用悬臂施工方法，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施。

1.4  构造特点

连续刚构桥的主梁在纵桥向大都采用不等跨变截面的布置形式，以适应主梁内力的变化。主梁底部的线形基本上与变截面连续梁桥相类似，可以是曲线形、折线形、曲线加直线形等，具体应根据主梁内力的分布情况，按等载强比原则选定。国内外已建成的连续刚构桥，边跨与主跨的跨径比值在0.5~0.692之间，大部分比值在0.55~0.58之间。这说明变截面连续刚构桥的边跨比值要比变截面连续梁桥的比值范围0.6~0.8要小。其原因在于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小，而边、主跨跨径之比在0.54~0.56时，不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩，而且由于边跨合龙段长度小，可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上，进行边跨合龙，从而取消落地支架，施工也十分方便和经济。

大跨连续刚构桥主梁一般采用箱形截面，箱梁根部截面的高跨比一般为1/16~1/20，其中大部分为1/18左右，也有少数桥梁达到或低于1/20。跨中截面梁高通常为支点截面梁高的1/2.5~1/3.5，略小于连续梁的跨中梁高，这是由于连续刚构桥墩梁固结，活载作用于中跨时，与相同跨径的连续梁相比，连续刚构跨中正弯矩较小的缘故。

预应力混凝土连续刚构桥主要适用于高桥墩的情况。大跨度连续刚构桥的桥墩不仅应满足施工、运营等各阶段支承上部结构重量和稳定性等方面的要求，而且桥墩的柔度应适应由于温度变化、混凝土收缩、徐变以及制动力等因素引起的水平位移，以尽量减小这些因素对结构产生的次内力。如果桥墩的水平抗推刚度较大，则因主梁的预应力张拉、收缩、徐变、温度变化等因素所引起的变形受到桥墩的约束后，将会在主梁内产生较大的次拉力，并对桥墩也产生较大的水平推力，从而会在结构混凝土上产生裂缝，降低结构的使用功能。连续刚构桥柔性墩柱的立面形式主要有三种：竖直双肢薄壁墩、竖直单薄壁墩、V形墩（或Y形柱式墩）。

1.5 适用范围

连续刚构桥常用于大跨、高墩的结构中，桥墩纵向刚度较小，在竖向荷载作用下，基本上属于一种无推力的结构，而上部结构具有连续梁施工的一般特点，因此有较好的技术经济性。由于预应力技术在近年来发展迅速，连续刚构桥近年来得到了较快的发展，可以说连续刚构桥是大跨径桥梁选型中具有竞争能力的桥型之一。我国跨径在180m以上的梁桥，均采用连续刚构桥。

连续刚构桥的另一个特点是主梁保持连续，这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T构不须设大吨位支座的优点，同时避免了连续梁（存在临时固结和体系转换）和T构（存在伸缩缝问题）两者的缺点，养护工作量小。此外，连续刚构施工稳固性好，减少或避免边跨梁端搭架合龙的难度。

1.6 施工方法

    连续刚构桥的施工方法主要有支架施工与悬臂施工两种，但随着跨径的不断加大在实际施工主要采用的悬臂施工。

1.6.1 支架施工

初期,大跨径预应力混凝土连续刚构桥大多选用的是搭设支架法,就地进行浇注施工,桥梁的跨径多为30~40m。但是由于工期较长,需要耗费大量的木料,因此建造的连续梁数量有限。

1.6.2 悬臂施工 

该法是1950年由前联邦德国首创，通常分为悬臂浇筑和悬臂拼装两种。连续刚构桥一般采用悬臂浇筑法施工，以移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称地向两岸利用挂篮浇筑梁节段的混凝土，待混凝土达到要求强度后，便张拉预应力束，然后移动挂篮，进行下一节段的施工。悬臂浇筑的节段长度要根据主梁的截面变化情况和挂篮设备的承载能力来确定，一般可取2~8m。每个节段可以全截面一次浇筑，也可以先浇筑梁底板和腹板，再安装顶板钢筋及预应力管道，最后浇筑顶板混凝土，但需注意由混凝土龄期差而产生的收缩、徐变次内力。悬臂浇筑施工和周期一般为6~10天，依节段混凝土的数量和结构复杂的程度而定。合龙段是悬臂施工的关键部位。为了控制合龙段的准确位置，除了需要预先设计好预拱度和进行严密的施工监控外，还要在合龙段中设置劲性钢筋定位，采用超早强水泥，选择最合适的梁的合龙温度（宜在低温）及合龙时间（夏季宜在晚上），以提高施工质量。尤其注意，在桥梁设计中要考虑施工过程中的受力状态，要考虑体系转换及其他因素一起的附加内力。

1.7 发展及存在的问题

1.7.1 发展趋势

(1)跨径可进一步增大。

目前，我国连续刚构桥的热潮仍在继续，跨径280m的奉节长江大桥的设计正在进行中。在伶仃洋通道横门东航道桥工程中，已提出跨径318m的连续刚构方案。预计，在不久的将来，跨径300m以上的连续刚构桥必将出现在我国。

(2)预应力束简化。

在连续刚构桥的设计中,相当多的桥梁已经取消了连续束与弯起束,主要依靠纵向预应力与竖向预应力克服主拉应力,极大的方便了施工。

(3)边跨合拢落地支架取消。

选用合适的主跨比和边,通过在导梁上合拢边跨或者和悬臂相连实现合拢。高墩场合下,落地支架的取消能够在保证经济效益的情况下更加便于施工。

(4)上部结构连续长度的进一步发展。

由于行车速度的提高，人们将行车的舒适提到了重要的位置，因而产生了“少用或不用伸缩缝是最好的伸缩缝”的观点。我国的设计者也注意到了这一发展趋势，连续钢构从洛溪桥的65+125+180+110=480m的连续长度发展到重庆黄花园大桥137+3×250+137=1024m的连续长度，使上部结构连续长度增加到2.16倍。 

(5)上部结构不断轻型化。

采用轻质混凝土、高强混凝土和大吨位锚具能够使上部结构轻型化,从而减小结构的尺寸、自重以及材料的用量。同时还能够使三项预应力的优点得到充分的发挥,采用长悬臂顶板的单箱截面既能够节约材料使结构轻型化,还可以充分的利用。

1.7.2 主要缺陷

上部结构连续长度有一点，再长则要改用连续钢构和连续梁组合结构；主墩的直接抗撞能力弱；连续刚构桥对地基承载力的要求更高，若地基发生过大的不均匀沉降，连续梁可通过调整墩顶支座的高程，抵消下沉来补救，而连续刚构则做不到；当其主墩刚度过大时，中跨梁体因会产生过大的温差应力而对结构受力不利。此外，梁墩连结处应力复杂也是连续刚构的一个缺点。

2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。

2.1 选题依据

    毕业设计是工科类高等院校教学计划中很关键的环节，是培养学生综合素质与工作能力的良好途径。毕业设计的目的在于使学生综合应用所学的专业必修和选修课以及相关技术基础课的基本知识、基本理论、基本方法，学会思考，拓宽深化知识视野，分析解决工程的实际问题，完成桥梁设计任务和专项课题研究所需要的基本训练，不断提高分析与解决实际问题的能力。经过毕业设计的训练，学生进一步提高运算、制图以及使用技术资料的技巧，从中受到工程师所必需的综合训练，并相应的提高各种能力，如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、试验研究、技术经济分析、组织、撰写论文和说明书等等，培养实事求是、谦虚谨慎、刻苦钻研、勇于创新的科研态度和科学精神。经过严格的毕业设计训练，让学生熟练掌握CAD、Excel以及MIDAS等计算机辅助工具的使用。

2.2 主要研究内容

2.2.1 任务书的主要内容

   1．设计资料：

 （1）桥址位置处水文情况：

1设计洪水频率：100年一遇，

最高通航水位：最低水位：见附图

②河床横断面：附图

③该地区气温：1月份平均4℃，7月份平均30℃；

④材料：钢材，木材，水泥满足供应；

⑤施工单位，：省级以上公路工程建设公司；

⑥桥面标高：附图。

   （2）设计荷载： 公路级；

   （3）桥面要求： 双向8车道，人行道宽 2m；

   （4）通航要求： -（2）

  （5）河床横断面 附图

2．桥型方案比选：

至少推荐三种以上桥型方案的比较(经济性，安全性)。

3．拟定推荐方案的结构尺寸，结构几何特性；

4．桥梁设计、计算：

  （1）桥面板内力计算；

（2）主梁恒载内力计算（考虑施工方法）；

（3）主梁活载内力计算；

（4）主梁作用效应组合，绘弯矩、剪力包络图；

（5）桥面板配筋及验算；

（6）主梁配筋及验算；

（7）横梁计算（选做）；

（8）支座的设计、验算。

5．下部结构的布置；

6．绘制结构平、纵、横断面图，钢筋布置图，钢筋详图；

7. 手绘桥型方案比选图

8．成果汇总，中英文摘要的书写

2.2.2 设计的主要内容及实现途径

按照桥梁设计的基本准则确定三个可行的比选方案，最后以桥梁适用范围和经济技术条件选定梁旭刚构桥作为推荐方案，进一步细化结构的几何尺寸和材料类型；模拟实际的悬臂施工步骤，采用MIDAS建立模型，计算出活载和恒载内力，再根据实际情况对活载和恒载进行正常使用和极限承载内力组合，估算配筋面积；然后根据估算出配筋面积布置钢束，重新计算恒载内力和活载内力，以进行截面强度，应力验算和变形验算，若通过验算，说明方案可行，若有个别截面不通过，则要进行调整钢束甚至修改截面尺寸，直至全部验算内容通过为止；结构验算过后，进行桥墩及基础验算；结构设计完成后，进行施工设计，绘制施工图。

实现途径：运用MIDAS软件建模计算，翻阅相关规范和资料书，参考类似事件计算案例，绘制总体布置图，结构构造图，钢筋布置图等相关图纸。

2.3主要参考规范及文献

[1] 邵旭东《桥梁工程》

[2] 姚玲森《桥梁工程》

[3] 邹毅松《连续梁桥》

[4] 楼庄鸿.国内外大跨径桥梁的现状和发展趋势【J】.中南公路工程1994.（2）

[5] 杨高中等.连续刚构桥在我国的应用和发展【J】.公路，1998,(3)(4)

[6] 周军生等.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势【J】.中国公路学报，2000，（6）(7)(8)

[7] 王金峰等.高墩大跨径连续刚构桥结构特点及施工控制【J】.中国港湾建设(10)

[8] 马保林等. 高墩大跨径连续刚构桥【J】.人民交通出版社(1)(5)(9)(11)

[9] 邵旭东等. 桥梁设计百问【J】.人民交通出版社(12)

[10] 桥梁设计常用数据手册【J】.人民交通出版社

3. 工作进度及具体安排

起止日期

指导教师：           

           年    月    日

教研室主任：           

                                          年    月    日