闽清大桥设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

目的及意义：

毕业设计是毕业前的最后一次锻炼，学生在大学中学完了规定的各种基础课程、专业课程以及拓展知识的选修课程，通过毕业设计可以让学生更加系统地复习和巩固学过的基本理论知识和专业知识，增强和锻炼学生分析问题和解决问题的能力。

大学中学习的知识和理论大多都是课堂和书本上的，至于实际去操作和锻炼的机会并不多，而这次毕业设计就是我们综合利用学过的知识和理论综合应用到实际当中、独立自主地完成一次工程设计的好机会。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）的基本内容和目标：

1.方案设计（初步设计）：至少提出3个可行的设计方案，经过经济技术比较，产生推荐方案。

2.技术设计：

1）完善推荐方案的总体布置图；

2）上构主体结构的构造图及布筋图；

3）下构主体结构的构造图；

4）施工程序的设计及说明；

3.结构计算：控制截面和重要部位的内力分析计算、配筋计算设计及有关验算。

4.毕业设计说明书的编写：编写毕业设计的详细过程和内容。

5.外文文献的编译：阅读学习外文的文献。

拟采用的技术方案以及措施：

预应力混凝土连续刚构桥（66m 120m 66m）

（一） 桥型布置图

（二）桥型优势

交通迅猛发展，我们越来越需要平稳舒适的驾驶，带有多个伸缩缝的T型刚构结构并不能很好地满足我们的要求，因此连续梁开始不断发展。连续梁只有两端有伸缩缝，这有利于行车驾驶。但是连续梁需要大吨位盆式支座，这很昂贵并且需要大量的维护工作。因此连续刚构桥在近年发展迅速。它的结构特征包括梁连续和梁墩固结，不仅保持了连续梁行车平稳的优点，还保留了T形刚性结构无需支座和不需要转换体系的优点；它方便施工，具有很大的纵向抗弯刚度和横向扭转刚度。

连续刚构桥具有以下特性：

1）墩梁固结省去了支座，从而省去了支座的设计、制造、养护成本。

2）墩梁固结使得桥墩厚度减小。桥墩的厚度约为支点梁高的0.2到0.4倍，远小于T型刚构的墩厚框架柱的厚度，从而减少了材料用量。

3）抗震性能好，水平地震力可以均匀分给每个墩。无需安装制动墩，或者使用更昂贵的特殊抗震支座。

4）便于进行悬臂施工，省去了体系转换。

（三）桥型劣势

自重比较大，连续刚构桥为多次超静定结构，受变形的影响较大，会产生复杂的结构次应力，而且在设计计算上比较麻烦。抗撞击能力较弱。

（四）尺寸拟定

1）桥跨布置

本桥最高通航水位10.109m，设计中应首先考虑通航要求。为尽可能减小对航道、河道的影响，桥梁宜采用大跨度。国内外已建成的连续刚构桥,边跨和主跨的跨径比值取0.5～0.692，大部分比值为0.55～0.58， 当墩和梁固结时，边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小，而边跨、主跨跨径之比在0.54～0.56时，基本可以使得中墩内没有恒载偏心弯矩，而且由于边跨合龙段长度小，可以在边跨悬臂端用导梁支撑于边墩上，进行边跨合龙，从而取消落地支架，施工变得方便和经济。因此本桥采用的边主跨比为0.55，选用66m 120m 66m连续刚构形式。

2）梁高

大跨度连续梁桥主梁一般采用箱形截面，箱梁根部截面的高跨比一般为1/20～1/16，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1/3.5～1/2.5，略小于连续梁的跨中梁高，这是由于刚构桥墩梁固结，活载作用于中跨时，与相同的跨径的连续梁相比，连续刚构桥跨中正弯矩较小的缘故。中国最小为南澳跨海大桥的1/73.7。梁高跨比的下降, 是上部构造趋于轻型化的表现。

本桥采用的幂次为1.8的抛物线,其中中跨墩顶梁高7.5m，高跨比1/16，跨中中心梁高为3m，为支点截面梁高的1/2.5。

3）截面形式

当连续体系梁桥的跨径超过40～60m或更大时，主梁多采用箱形截面，其构造布置灵活，适用于多种施工方式，本桥采用单箱单室型箱形截面。单箱单室截面的顶板宽度一般小于20m，顶板两侧悬臂板长度对活载弯矩值影响不大，但恒载及人群荷载弯矩随悬臂长度几乎成平方关系增加，故悬臂长度一般不大于5m，当长度超过3m后，宜布置横向预应力束筋。本桥采用顶板15m，底板宽9m，悬臂端为3m。

4）板厚

顶板厚度的确定一般要考虑两个因素，即满足桥面板横向弯矩要求和满足布置纵、横向预应力钢筋束的要求；对于顶板的厚度，部分已有40cm减小到30cm，但进一步减小的可能性不大。悬臂端厚度不小于10cm，如设置防撞墙或需锚固横向预应力束筋，则端部厚度不小于20cm。

底板厚度与主跨之比宜为1/140～1/170，跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为0.22～0.28m，底板的最小厚度多数为30cm，梁根部最大处则可达100cm以上，但随着设计经验的丰富，以及采用高强混凝土，有减薄的趋势。

对于腹板，腹板的最小厚度一般为40cm , 个别的更小为35 cm , 有的采用50 cm 或更大些, 最大厚度为55～ 80 cm , 其中虎门大桥辅航道桥采用40～ 60 cm , 比门道大桥65～ 75cm 要小不少。随着技术的发展，箱梁尺寸减小，上部结构轻型化，这是连续刚构桥发展的有一个趋势。但随着腹板的减薄，应特别重视对其预应力的控制，以免出现腹板斜裂缝。

腹板最小厚度一般的设计经验为：

a.腹板内无预应力束筋管道布置时，其最小厚度可采用tmin=20cm；

b.腹板内有预应力束筋管道布置时，可采用tmin=20cm；

c.腹板内有预应力束筋锚固头时，可采用tmin=20cm。

本桥采用顶板厚度恒定为50cm，底板厚度从跨中到支点由50cm至120cm按1.8次抛物线变化，腹板厚度是在某段梁段中由跨中向支点方向由65cm到105cm线性变化。

5）下部结构

主桥桥墩采用竖直单薄壁空心墩，用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；同时顺桥向抗推刚度小，在体系温度变化、混凝土收缩徐变时对墩中产生的弯矩也有利。

桥墩宽6m。

承台尺寸：10m（横）×23m（纵），厚度为8m，基础为9根φ250cm钻孔灌注桩，纵桥向对应薄壁墩中心线布置。

桥台为U型桥台，采用桩基础。

双塔双索面斜拉桥（63m 140m 63m）

（一）桥型布置图

（二）桥型优势

跟其他大跨度桥梁相比，主梁的弯矩较小。梁的尺寸小，桥跨越能力大，受桥下净空和桥面标高的限制小，抗风性比悬索桥要好，行车性能好，悬臂施工较方便，是跨度大的桥梁最主要的桥梁类型。桥型上雄伟壮观，效果美观。

（三）桥型劣势

斜拉桥受地震和风雨荷载影响较大，需要安装减震装置。作为多次超静定结构，设计计算复杂，并且对基础要求高，需大量拉索钢丝，预应力束，高空作业多，成桥后养护费用多，基础施工复杂。拉索与梁、塔的连接复杂，施工高空作业多，施工控制严格。

（四）尺寸拟定

1）桥跨布置

双塔三跨斜拉桥的边跨与主跨跨径比宜为0.33～0.50，其中混凝土主梁宜为0.40～0.45。本桥采用63m 140m 63m的分孔布置，边跨比为0.45。

2）桥塔

双塔、多塔斜拉桥桥面以上索塔的高度与主跨跨径之比宜为1/4～1/6。

本桥采用H形桥塔，塔高约63m，其中桥面以上35m，高跨比为0.25，塔墩固结，塔梁分离，采用漂浮体系。

3）斜拉索

本桥的索面布置采用竖向双索面，从力学角度，采用双索面时，作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，主梁可采用较小抗扭刚度的截面。本桥的立面布置方式采用扇形索面，每个索面张拉10对拉索，索距1.5米与6米，采用密索布置全桥共4个索面。所有拉索一端锚固在钢主梁内部，另一端锚固在主塔塔壁。

4）主梁

双塔三跨斜拉桥梁高与跨径之比，混凝土主梁宜采用1/100～1/220，

本桥采用单箱双室混凝土箱梁，梁高恒为1.4m，梁宽25m，顶板厚0.4m，底板厚0.5m，腹板厚0.5m。

5）下部构造

主塔：承台尺寸取14m（横）×26m（纵），厚度为10m；基础为5×5根φ150cm摩擦桩。

辅助墩：承台尺寸取10m（横）×15m（纵），厚度为6m；基础为3×3根φ100cm摩擦桩

桥台为U型桥台，采用桩基础。

三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱（65m 130m 65m）

（一）桥型布置图

（二）桥型优势

拱桥在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力,与相同跨度的梁相比，拱桥的弯矩、剪力和变形要低得多。桥梁跨越能力大，抗风稳定性好。施工技术成熟，方法简易，需要的机具少，不需要大型设备，所用材料普通，用钢量小，造价低。拱桥的结构简单，轻巧，视野宽广，行车性能好，通常用于公路桥梁。桥面建筑物高度小，可以缩短桥的长度。外观优美。

（三）桥型劣势

承受水平推力对基础要求较高，由变形引起的内力对全桥不利。拱桥施工阶段是全桥刚度最弱的时候，施工时有一定风险。设计施工较复杂，周期较长，工期约12个月

（四）尺寸拟定

1）拱肋

钢管混凝土拱桥的主拱矢跨比宜为1/3.5～1/6.0，边跨拱肋矢跨比与中跨拱肋矢跨比之比宜为1/1.1～1/2.0。

主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无绞拱，计算跨径120m，计算矢高24m，矢跨比1/5；边拱计算跨径60m，矢高10m，矢跨比1/6。

拱肋采用等高的哑铃型钢管混凝土截面，截面高取3.0m，上、下弦钢管外径取1000mm，由20mm厚的Q345qE钢板卷制而成。钢管内灌注C50微膨胀混凝土。弦管之间的腹杆为700mm×20mm的Q345qE钢管，腹杆内部不灌注混凝土。

2）横撑

为了提高拱肋的横向稳定性，在两拱肋之间设4道“一”字撑以及3道“K”撑。“一”字撑和“K”撑的横撑由外径为1000mm，壁厚12mm的钢管圆形组成；“K”撑的斜撑由外径800mm，壁厚12mm的圆形钢管组成，钢管内均不填充混凝土。

3）吊杆

吊杆采用平行布置，顺桥向间距8m，全桥共设置27对吊杆，第一组吊杆距离支点10m，吊杆在横向内倾8°。吊索采用PE防护的73丝φ7mm的平行钢丝束并在外加设0.8mm厚的不锈钢管予以防护。吊杆张拉端设在拱肋下弦管，下端与锚箱连接，锚具为冷铸锚。

4）主梁

单箱三室箱型截面，梁高恒为3.5m，梁宽26m，顶板厚0.4m，底板厚0.5m，腹板厚0.5m。

5）墩台

基础与方案一相同。

各方案技术经济比较以及最优方案的确定

在评估和比较设计方案时，必须考虑各种经济和技术指标，并考虑工艺和技术要求，在使用效果，成本和材料等方面进行比较，必须对各个方案的优缺点进行综合分析。

从实际地理位置地形环境出发，结合实用耐久、经济合理、安全可靠和有利于环保的设计原则综合考虑，从安全、施工、美观、功能与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的方案就是优秀方案。

具体比较如下表所示：

方案比选

综上所述，综合考虑了各种设计原则后，决定采用方案——预应力混凝土连续刚构桥。

3. 研究计划与安排

1-3周：完成方案设计。

4-6周：技术设计。

7-11周：结构计算及验算。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]中华人民共和国交通部行业标准.公路桥涵通用技术规范［s］（jtgd60-2004）北京：人民交通出版社，2004.

[2]中华人民共和国交通部行业标准.公路桥涵施工技术规范［s］.人民交通出版社，2004.

[3]中华人民共和国交通部行业标准.公路工程技术标准［s］（jtgb01-2003）. 北京：人民交通出版社，2002.