毕业设计（论文）开题报告
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完成时间 |
2017年12月—— 2018 年5月 |
开题日期 |
2017.12 |
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毕业设计题目 |
简支预应力混凝土空心板梁桥上部结构设计 |
题目性质 |
工程实际 |
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摘要：预应力混凝土空心板梁桥是中公路桥梁设计中较为常用的上部结构形式，这种桥型具有自重轻，建筑高度小，工艺简单，造价低，施工方便等优点，在中小跨径公路桥涵中广泛使用。本开题报告简要介绍国内简支预应力混凝土空心板梁桥的发展，并给出结构设计的基本流程。 关键词：空心板梁桥； 预应力混凝土；上部结构设计；中小跨径桥梁 1 桥梁的分类 根据不同的特征，桥梁结构可以分为以下类型[2]: （1）按受力特点分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、组合体系桥。 （2）按用途划分，有公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农用桥、人行桥、运水桥（渡槽） 及其他专用桥梁（如通过管路、电缆等）。 （3）按桥梁全长和跨径的不同分为特大桥、大桥、中桥、小桥。 （4）按主要承重结构所用的材料来分，有圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢 桥、钢一混凝土结合梁桥和木桥等。 （5）按跨越障碍的性质来分，有跨河桥、跨线桥（立体交叉桥）、高架桥和栈桥。 下承式桥、中承式桥[2]。 本次毕业设计的对象为小跨径预应力混凝土简支梁桥。 2 国内预应力混凝土桥梁的发展状况 2.1桥梁的作用 桥梁在建立现代化交通网络，发展国民经济，促进文化交流和巩固国防等方面，都具有重要的作用。江苏省境内河网密布，湖泊众多，既有很好的天然河道，又有京杭运河等人工河道，对于桥梁建设有很大需求[3] 。 2.2预应力混凝土桥梁的发展与展望 20世纪50年代，我国修建了大量小跨径钢筋混凝土桥梁。钢筋混凝土结构在使用中存在两个主要问题：一是带裂缝工作，裂缝的存在不仅降低了结构刚度，也加速了钢筋腐蚀；二是无法充分利用高强材料。对于桥梁结构，随着跨度的增大，自重作用所占比例增大，使得钢筋混凝土结构在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。要使钢筋混凝土结构得到进一步发展，就必须克服混凝土材料抗拉强度低这一缺点。工程设计人员在实践中，创造性地提出了预应力混凝土结构[4]。预应力混凝土结构是在钢筋混凝土结构中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适的程度的配筋混凝土结构，这种结构可以有效地抵消使用荷载作用下产生的应力而不致开裂，或减小裂缝宽度。 建国后，随后我国工程师也对预应力混凝土桥梁进行研究与实验。1956年在公路上建成了一座跨径为20m的预应力混凝土简支梁桥[5]，之后，这种桥梁便得到了广泛使用，并提出了装配式预应力混凝土简支梁桥的系列标准设计。 20世纪30年代混凝土预制空心板就已经在国外出现，并在实际工程中得到应用。空心板是由井式板演变而来的，它起源于德国，由工程师MULLER·Leopold首先提出，当时被称为“B-Z体系”。之后，G. Franz教授对这种板进行了试验研究，提出了在静力荷载作用下可采用刚度等效的实心无梁楼盖的计算方法[6]。 虽然这种楼盖具有节约混凝土、生产化高、质量稳定等优点，但整体性较差、抗震性能不好、建筑布置不灵活、开洞困难、使用功能受限。随着人们物质需求的不断提高和建筑功能要求的复杂化，预制空心板已难以适应抗震设计的需要，在实际工程中也已逐渐退出应用行列。现浇混凝土空心无梁楼盖改善了预制单向空心板的缺点，发展了其优点受到行业的广泛关注，并在实际工程中得到了大量的应用。 20世纪90年代，我国工程师提出了采用轻质高强的空心薄壁内膜作为空心板的成孔内膜，从而降低了现浇空心板的施工难度，为空心板的大范围应用开辟了广阔的空间。国内学者在空心板的研究方面也取得了一些初步成绩[6]。 随着桥梁结构形式和近年来高速公路及城市交通的迅猛发展，以及预应力施工技术的不断进步，我国已拥有越来越多的预应力混凝土空心板梁桥。 装配式简支空心板桥由于结构构造简单，施工方便，在中小型桥梁中得到较广泛应用。其结构形式是在并排放置的预制板梁的纵向接触面上设置企口缝，在缝内伸入交叉钢筋，或仅在预制梁的翼板间焊接钢板，再在接缝处现浇混凝土形成整体[7]。装配式板桥做成横截面被显著挖空的空心板桥，这种结构除了梁肋和上部翼缘板外，在底部尚有扩展的底板，因此它提供了能承受正、负弯矩的足够的混凝土受压区[8]。空心板梁桥的另一重要特点，是在一定的截面面积下能够获得较大的抗弯惯矩，而且抗扭刚度也比较大，在偏心活载作用下各梁肋的受力比较均匀。因此空心板截面能适用较大跨径的悬臂梁桥和连续梁桥，也可以来修建全截面均参与受力的预应力混凝土简支梁桥。 预应力混凝土空心板，其常用跨径为16-20m。采用此类桥梁时特别注意块件之间铰缝的连接强度，否则会引起桥面纵向裂缝[9]。空心板截面能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。因为嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大；空心板梁有较大的抗扭刚度，因此，空心板梁能在独柱支墩上建成弯斜桥；空心板梁容许有最大细长度；应力值较低，重心轴不偏向一边，同T形梁相比徐变变形较小。同时，空心板截面也存在一些不足之处，需要得到设计者的重视，如空心板面属薄壁结构；除受力钢筋外，还需配置大量构造钢筋，这对于中等路径的桥梁，有时会导致用钢量比工字形式或T形截面增多。而对于大跨径桥梁、由于空心板截面是实腹式粱，比起空腹式的桁架式结构自重相对较大，而减轻自重是大跨径桥梁的一个重要研究方向，因而在设计时必须采取措施减轻自重，以节省材料，降低成本。 预应力混凝土空心板桥的标准跨径包括8、10、13、16、20米，如采用高强度钢筋，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。 我国的预应力混凝土桥梁在近20年的时间里获得了很大的进步与发展，在许多方面达到了国际先进水平[10]；但也应该知道，从整体上讲与国际先进水平依旧存在着不小的差距，我们仍然需要加强理论研究，进一步提高建筑材料工业水平，不断发展、完善施工工艺。随着我国经济建设的不断发展，我国正在成为世界上的桥梁建设的先进国家。 3 中小跨径桥梁现有的主要桥型及优缺点 3.1常用结构类型及特点 3.1.1装配式空心板桥 装配式空心板桥构造简单，经济性好，可采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构，可做成实心和空心，可就地现浇以适应各种形状的弯、坡、斜桥，尤其适合建筑高度受到限制的中、小跨径桥梁[9]。目前国内公路桥梁20m以下的中小跨径桥梁基本上全部采用空心板结构，但空心板桥梁也存在很多问题：预制空心板之间铰缝开裂、剥落；空心板板底出现纵、横裂缝，混凝土剥落；空心板支座脱空等[11]。 3.1.2装配式T梁桥 现在装配式T梁桥有简支和简支转结构连续两种结构形式，简支结构通过桥面连续来解决伸缩缝多的问题。简支结构与连续结构相比存在一些不足，如桥梁整体刚度较小、横向联系弱、抗震能力低等。 与装配式空心板桥相比，先简支后结构连续Ｔ梁具有如下优点：连续结构内力分布均匀、受力好，提高了结构的抗裂性和耐久性，伸缩缝少、行车平顺舒适；造型简洁美观、养护工程量小；桥横截面由多片装配式主梁相互联结组成，采用不同的主梁间距可以减少材料用量和预制工作量，并减轻主梁吊装重量。先简支后结构连续Ｔ梁在设计过程中，也暴露出一些问题，例如在顺桥向连续墩顶支座的设置方式，现有双支座和单支座两种方式[11]。 3.1.3装配式小箱梁 装配式小箱形梁桥由于其预制方便、安装及施工工艺简单、工程造价较低、抗扭性能较好等特点，近年来在国内应用比较广泛[12]，装配式小箱梁桥与Ｔ梁和空心板相比具有以下特点:建筑高度比同跨径Ｔ梁低，有利于降低桥头路堤的填土高度，在软土地区及缺乏路基土土源的区段采用，有利于降低总体工程造价。与空心板相比，它具有跨越能力强，横向整体性好，且结构连续、行车舒适、后期养护费用低等优点：小箱梁结构稳定，材料用量较少，造价低。小箱梁在设计过程中存在的问题与Ｔ梁类似[11]。 3.2意义 由于中小跨径桥梁在公路桥梁总数中所占比例大，做好这一类桥梁的设计，对保证公路的使用功能有着非常重要的意义。
4 预应力混凝土梁桥的设计流程和主要控制参数 4.1设计资料 跨径、桥面净空、设计荷载、材料、设计依据及参考书。 4.2方案比选[13] 4.3构造形式及尺寸选定 桥面净空、桥宽、空心板的长、宽、高、钢绞线直径与截面面积[14]。 4.4空心板毛截面几何特性计算 毛截面面积A、毛截面重心位置、空心板毛截面对其重心轴的惯矩I。 4.5作用效应计算 4.5.1永久作用效应计算[15]
4.5.2可变作用效应计算[16]
4.5.3作用效应组合
4.6预应力钢筋数量估算及布置 预应力钢筋数量估算、预应力钢筋的布置、普通钢筋数量的估算及布置。 4.7换算截面几何特性计算 换算截面面积A0、换算截面重心位置、换算截面惯性矩I0、换算截面弹性抵抗矩。 4.8承载能力极限状态计算 跨中截面正截面抗弯承载力计算、斜截面抗剪承载力计算。 4.9正常使用极限状态计算 正截面抗裂性验算、斜截面抗裂性验算。 4.10变形计算 正常使用阶段的挠度计算、预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置。 4.11持久状态应力验算 跨中截面混凝土法向压应力验算、跨中截面预应力钢绞线拉应力验算、斜截面主应力验算。 4.12短暂状态应力验算 跨中截面、l/4截面、支点截面。 4.13最小配筋率复核 5 设计成果 1、桥梁两个方案的总体布置图两张，每张布置图包括：立面，平面，横断面图。 2、桥梁主要部位施工图三张，包括：主梁一般构造图，主梁预应力钢束布置图，主梁普通钢筋构造图。 3、完整、规范的结构设计计算说明书一份。设计说明书包括设计：总说明、摘要、任务书、目录、设计正文、结语、致谢和参考文献。 6 工作计划与时间安排 本毕业设计（论文）课题工作进度计划 编号 起止日期 工作内容 1 17-12-11至18-1-13 查看任务书，查阅参考文献与资料，撰写开题报告 2 18-2-26至18-3-11 进行方案比选，选择合适的方案，绘制两个方案的总体布置图，按照所选方案进行桥梁荷载的分析与计算 3 18-3-12至18-4-15 根据推荐方案进行结构的分析，计算和设计，给出完整详细的计算过程与设计步骤 4 18-4-16至18-5-6 整理设计与计算资料，撰写设计说明书，绘制施工 图 5 18-5-7至18-5-13 制作毕业设计汇报PPT，准备毕业答辩 7 参考文献 [1] 周超.浅谈桥梁的分类[J].黑龙江交通科技,2011,34(06):144. [2] 李一珩,甄安奇.浅谈桥梁的组成及分类[J].黑龙江交通科技,2007(04):81. [3] 范立础. 桥梁工程（上册）[M] . 北京：人民交通出版社，2003 [4] 叶见曙. 结构设计原理 [M]. 北京：人民交通出版社， 2001 [5]吴延平.国内预应力混凝土桥梁的发展状况[J].桥梁建设,1997(04):33-34. [6]张海云,于洪玫.现浇混凝土空心板的发展及其设计理论[J].价值工程,2010,29(09):104. [7]郭晓霞.装配式简支空心板桥梁格法计算模型分析[J].建筑,2012(16):52-54. [8]周文. 铁路简支箱梁移动模架建造关键技术与动载试验研究[D].西南交通大学,2012. [9]于长久. 空心板简支梁桥横向铰接缝病害分析[D].哈尔滨工业大学,2009. [10]柴金燕.桥梁预应力混凝土现状与发展[J].交通世界(建养.机械),2008(04):160-161 [11]尤文刚.中小跨径桥梁的应用分析[J].北方交通,2011(01):44-47. [12]彭义军,赵巧燕,黄国勇,杜金生.结构连续小箱梁墩顶负弯矩区构造优化及试验研究[J].公路交通科技(应用技术版),2013,9(06):189-192 201. [13] 向中富.桥梁工程毕业设计指南 [M]. 北京：人民交通出版社，2010 [14] 赵青，李海涛. 土木工程专业毕业设计指南（道路桥梁工程方向）[M].湖北：武汉大学出版社，2014 [15] 易建国.混凝土简支梁（板）桥（第三版）[M] . 北京：人民交通出版社， 2006 [16]李学刚,徐进.13m预应力混凝土简支空心板上部结构设计计算[J].黑龙江交通科技,2007(09):67-69. |
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指导教师意见
指导教师： 年 月 日 |
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所在专业审查意见 专业负责人： 年 月 日 |
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资料编号：[559201]
毕业设计（论文）开题报告
