桥梁工程连续刚构桥开题报告

附件B：毕业设计开题报告1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）（1）课题的目的和意义毕业设计的目的在于培养毕业生的综合能力，它是土木工程专业本科培养计划中最后的一个主要教学环节，也是最重要的综合性实践教学环节，和其它教学环节不同，毕业设计要求学生关注学术动态，充分的了解国内外桥梁设计的发展现状及趋势，并灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，结合相关设计规范，在指导老师的指导下，独立的完成一个专业课题的设计工作，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法。具有实践性、综合性强的显著特点。毕业设计学生独立系统的完成一项工程设计，因而对培养学生的综合素质、增强工程意识和创新能力具有其他教学环节无法取代的重要作用。通过毕业设计这一时间较长的教学环节，学生独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手能力都会有很大的提高，还可以培养土木工程专业本科毕业生综合应用所学基础课、技术基础课及专业课知识和相关技能，解决具体问题的能力。以达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。（2）国内外的研究现状分析和发展趋势1）国内外研究现状随着国民经济及现代化交通运输事业的快速发展，大跨度桥梁日益增多。大跨径预应力连续刚构桥正适应了桥梁建设的需要。预应力混凝土连续刚构桥在体系上属于连续梁桥。连续梁桥是一种古老的结构体系，它具有变形小，结构刚度好，行车平顺舒适，伸缩缝少，养护简单，抗震能力强等优点。但由于施工方法限制，50年前的连续梁跨径均在百米以下，随着悬臂、悬拼等施工方法的出现，产生了T型刚构。上个世纪60年代，跨径在100200m范围内，几乎都是大跨径预应力混凝土梁桥为优胜方案。早期有典型意义的桥梁便是联邦德国1953年建造的霍尔姆斯桥和1954年建造的科布伦茨（Koblenz）桥，然而这种结构由于中间带铰，并对混凝土徐变、收缩变形估计不足，又因温度等因素影响使结构在铰处形成明显的折线变形状态，对行车不利，因此对行车有利的连续梁式刚构桥型出现了。在上世纪60年代修建的联邦德国的本道夫桥已初步体现T型刚构与连续梁体系相结合的布置，而且T型刚构的粗大桥墩已被薄型柔性墩所代替，后续的一些著名桥例也采用了类似的结构形式。这样逐步形成了采用柔性薄墩（墩壁厚度一般为0.20.3支点梁高），墩梁固结形式的连梁刚构体系。预应力混凝土连续刚构桥既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的特点，又有T型刚构桥不设支座、施工方便的优点，且有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，它利用高墩的柔度来适应结构由预应力混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移，能满足特大跨径桥梁的跨越及受力要求，同时在一定条件下具有用料省、施工简便、养护费用低等优点。连续刚构体系另一个特点是抗震性能好，水平地震力可均摊到各个墩上来承担，而连续梁则需要设置制动墩或是采用价格较昂贵的专用抗震支座。墩梁固结又便于采用悬臂施工方法，取消了连续梁在施工转换体系时所采用的墩上临时固结措施。因此，在世界各国的桥梁建筑中，预应力连续刚构桥在近四十年间得到了较快发展，最大跨径从一百米左右发展到超过300m，成为在海湾、深谷、大江大河上建造大跨度桥梁中广泛采用的结构形式之一。连续刚构桥与连续梁的主要区别在于柔性桥墩的作用，使结构在竖向荷载作用下基本上属于一种墩台无推力的结构，而上部结构具有连续梁桥一般特点。表11列示了国内典型T构及连续刚构桥。T型刚构、连续梁和连续刚构桥的主要优缺点对比见表12。 国内典型T构及连续梁刚构桥 表1-1序号桥 名竣工年代用途结构形式最大跨全长特 点1石棉桥1966公路预应力砼84126第一次采用悬拼法施工的预应力公路桥2柳州桥1968公路预应力砼T型刚构124408.2第一次采用挂蓝悬浇的公路桥3江津仁沱桥1977公路预应力砼桁式T构72.8146国内最大跨度跨中带铰的桁式T构4台湾圆山桥1977公路预应力砼T型刚构150671国内最大带剪力铰的T构5黄陵矶桥1979公路预应力砼桁式T构90380.2国内最大跨度带挂梁的桁式T构6重庆长江大桥1980公路预应力砼T型刚构1741120我国最大跨度预应力砼T构7三江大桥1981公路预应力砼T型刚构158762.8我国承载力最大的公路T构8浊漳河桥1981铁路预应力砼斜腿刚架82171.1国内第一座预应力砼斜腿刚架桥9安康汉江大桥1982铁路钢斜腿刚架1761152国内第一座钢斜腿刚架桥10雉山漓江桥1987公路预应力砼V型刚架95263.5国内第一座采用V型桥墩11洛溪大桥1988公路预应力砼连续刚构1801916国内首次采用大吨位力筋的桥梁12沅陵大桥1991公路预应力砼连续刚构140767.2横向无粘结力筋，采用3.5m大直径钻孔桩，引桥顶推采用滑动与永久和二为一的支座体系13黄石长江大桥1995公路预应力砼连续刚构2452580国内最大连续长度预应力连续刚构14虎门大桥辅航 道桥1997公路预应力砼连续刚构270为当时世界之最，预应力束上布置彻底消除了弯起束和连续束15重庆黄花圆大桥1999公路预应力砼连续刚构2501030国内同类桥型连续长度最长桥16厦门海沧大桥西航道桥1999公路预应力砼连续刚构140380双幅位于曲线上的桥连续刚构桥的主要特点表现在以下几个方面：构造上一般有两个以上主墩采用墩梁固结，要求主墩有一定的柔度形成摆动支撑体系。因此，常在大跨径高墩桥梁结构中采用。墩梁固结有利于悬臂施工，同时避免了更换支座，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施。省去了大跨连续梁的支座，无需巨型支座的设计，节省制造、养护和更换支座的费用。受力方面，上部结构仍保持了连续梁的特点，但计入因桥墩受力及混凝土收缩、徐变及温度变化引起的弹塑性变形对上部结构的影响，桥墩需要有一定的柔度，使所受弯矩有所减小，而在墩梁结合处仍有刚架受力性质。抗震性能良好，水平地震力可均摊给各个墩来承受，不象连续梁需设置制动墩，或采用昂贵的专用抗震支座。边跨桥墩较矮，相对刚度较大时，为适应上部结构位移的需要，墩梁可做成铰接或在墩顶设置支座。伸缩缝位置在连续梁的两端，可置于桥台处，长桥也可设置在铰接处。为保证结构的横向稳定性，桥台处需设置控制水平位移的挡块。大跨度预应力混凝土梁式桥优缺点比较 表12桥型优 点缺 点T 型刚构桥1 主墩无支座2 施工无体系转换3带挂孔T构为静定结构，因此温度徐变不产生附加内力收缩1 缩缝多，行车不舒适2 跨中可能产生较大挠度3顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度小，不利于悬臂施工、横向抗风要求连续续梁桥1 缩缝少，行车舒适2 滑动支座时温度、混凝土收缩徐变产生的附加内力较小3 滑动支座对连续长度可增长4 有较好抗震性能1 有支座2 施工时需要墩梁固结，有体系转换3 顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度小，也不利于悬臂施工、横向抗风要求连 续刚构桥1 墩无支座2 施工体系转换方便3 伸缩缝少，行车舒适4 顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大，受力性能好5 顺桥向抗推刚度小，对温度、收缩徐变及地震影响有利1 上部结构连续长度有一定限制，长度再增加时应改为连续刚构与连续梁组合体系2 抗撞击能力较弱2）国外概述连续刚构这一桥型首先是在国外发展起来的。1964年联邦德国的本道尔夫（Bendorf）桥，主跨208米，其柔性墩宽2.8米；七十年代建成的日本滨名大桥，主跨240米；随着建筑材料和施工方法的进一步发展，1979年巴拉圭建成主跨270米的阿松星（Asuncion）桥；1985年澳大利亚建成主跨260米的门道（Gateway）桥，墩高48.28米（从承台顶至梁底）；随后阿根廷的塞塔鲍尔（Setubal）桥主跨140米，双薄壁中距10米,厚度仅为0.5米，支点梁高7米；挪威于1998年建成的世界第一的Stolma桥（主跨301米）和世界第二的拉夫特（Raft Sundet）桥（主跨298米），更是将大跨径PC连续刚构桥的跨径发展到了顶点！3）国内概述我国于1964年建成预应力T型刚构实验桥盐河桥，跨度33米，两个T型双悬臂，中跨用剪力铰连接，边跨为自由悬臂。第一座预应力混凝土连续刚构桥是1988年建成的广东洛溪大桥，主跨180米，双薄壁高约30米，中距7.8米，厚2.2米，梁在支点处高10米；1995年建成主跨245米湖北黄石桥；1997年虎门大桥辅行道桥主跨270米，为当时PC连续刚构桥世界第一，其双薄壁箱形墩高35米，箱壁厚仅0.5米；1999年建成的主跨140米的海沧大桥西行道桥是目前国内最大跨径的弯连续刚构桥。在近几年还陆续建成了泸州长江二桥（主跨252米）；重庆黄花园大桥（主跨250米）；重庆高家花园大桥（主跨240米）；贵州六广河大桥（主跨240米）等桥梁。10多年来，预应力混凝土刚构桥在全国范围内建成跨度大于120米的有74座，在世界已建成跨度超过240米的16座预应力混凝土连续刚构桥中，中国占6座（见表1-3所示）。从表1-3中可以显示出我国在大跨径连续刚构桥型的建造技术已达到世界领先水平！4）连续刚构桥的发展趋势从表13中世界各国建造预应力混凝土连续刚构桥的建设中可以看出，近几十年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，但桥的载重、跨长却不断增加。连续刚构桥有以上所叙述的优点，那么其投资比斜拉桥、悬索桥同等跨径下要低，在高墩结构中也比一直以来最便宜的简支梁桥在同等条件下投资偏低或是相同。随着桥梁施工技术水平的提高，对混凝土收缩、徐变和温度变化等因素引起的附加内力研究的深入和问题的不断解决，大跨径预应力混凝土连续刚构桥已成为目前主要采用的桥梁结构体系之一。大跨径混凝土连续刚构桥（L240m） 表1-3序 号桥 名国 家建成年跨径（m）1Stolma桥挪 威199894+301+722Raftsundet桥挪 威199886+202+298+1253Asuncion桥巴拉圭19792704虎门大桥辅航道桥中 国1997150+270+1505Gateway桥澳大利亚1985145+260+1456泸州长江二桥中 国2007145+252+54.87Schottwien桥奥地利19892508Doutor桥葡萄牙19912509Skye桥英 国199525010Confederation桥加拿大1997165+43250+16511重庆黄花园大桥中 国1999137+3250+13712黄石长江大桥中 国1995162.5+3245+162.513滨名大桥日 本197655+140+240+140+5514江津长江大桥中 国1997140+240+14015重庆高家花园大桥中 国1997140+240+14016贵州六广河大桥中 国2000145.1+240+145.1从以上论述可以总结出大跨径连续刚构的发展趋势有以下几点：跨径可进一步增大。我国正处于修建连续刚构桥的热潮，跨径280米的奉节长江大桥正在建设；珠海跨伶仃洋特大桥已有318米跨横门东航道的连续刚构方案，可以预见跨径在300米以上的连续刚构不久的将来会在中国出现。上部结构不断轻型化。桥梁上部结构的轻型化可以减轻上部结构的自重，减少材料用量，也可以降低挂蓝的要求，从而降低工程造价。由于采用大吨位锚具、高强混凝土和轻质混凝土，上部结构不断轻型，这也是连续刚构桥的发展方向。简化预应力束类型。我国预应力混凝土连续刚构桥设计中，已有相当多的桥梁取消了弯起束和连续束，用竖向预应力和纵向预应力承担主拉应力，极大的方便了施工，不仅简化了预应力结构体系，而且受到施工单位的欢迎。取消边跨合龙段落地支架。采用合适的边跨与主跨比，在导梁上直接合龙边跨，或与引桥的悬臂相连接实现边跨合龙段的现浇，在高墩的条件下取消边跨合龙段的落地支架，除带来一定的经济效益外还可方便施工。上部结构连续长度增长，以适应高速行车的需要。国外产生了“少用和不用伸缩缝是最好的伸缩缝”的新观点，于是国外桥梁设计中最大限度增加上部结构的连续长度。我国在连续刚构桥设计中亦有加大连续长度的趋势。综上分析，大跨度连续刚构桥在今后桥梁建设的设计建造中将会有更大的发展！2、课题任务、重点研究内容、实现途径本次设计的任务是对大桥进行结构和施工设计设计的主要内容有：1）按照桥梁设计的基本准则确定三个可行的比选方案，最后以桥梁的适用范围和经济技术条件选定连续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。2）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力内力组合，估算配筋面积。3）然后根据估算出的配筋面积布置钢束，重新模拟施工过程并考虑预应力的作用，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。若验算通过,说明方案可行,若有个别截面验算不通过,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。4）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，绘制施工流程图和单位工程施工进度计划。 实现途径：运用MIDAS软件建模计算，翻阅相关规范和资料书，参考类似设计计算案例，手算，绘制总体布置图；结构构造图；钢筋布置图；施工流程图等相关图纸3、进度安排 表3-1序号起止周次工 作 内 容13周至4周收集资料，开题报告24周至 5周外文翻译，桥梁方案比选35周至6周桥梁方案比选，小组内答辩4 6周至8 周主跨结构内力计算5 8周至9 周配筋计算，相关图纸绘制69 周至11周结构内力计算712周至13周施工组织设计814周至15周施工组织设计，计算书编制学生签名： 廖彬 20013年 3 月 19 日4、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日