仙溪大桥设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1 目的及意义

在公路、铁路以及水利建设中，为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路等），必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线路中重要组成部分。随着经济的发展、综合国力增强，我国的建筑材料、设备、建筑技术都有了较快发展，特别是电子计算技术的广泛应用，为广大工程技术人员提供了方便、快捷的计算分析手段。从远古时代的汀步桥到现在宏伟壮观的悬索桥，桥梁的形式经历了翻天覆地的变化，各种跨江、跨海大桥的陆续修建，从而使桥梁的跨度和承重满足人们的需要。特别是在现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键，而且随着公路等级的提高，其所占的比例还会加大。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。因此建立四通八达的现代交通网，大力发展交通运输事业，对于加强全国各族人民的团结、发展国民经济、促进各地经济发展、促进文化交流和巩固国防，都具有非常重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1基本内容

1、熟悉毕业设计任务书，了解桥位地形、气候和地质特点，查阅同地区类似地形的可参考的设计方案

2、查阅相关文献，了解各桥型特点，完成桥型方案必选。尽量提出较多的可行性桥梁设计方案（至少三个），通过比较，得出推荐方案，完成桥梁方案的布置图。

3、根据初步设计方案，利用桥梁结构分析软件，建立桥梁结构计算模型，完成结构内力计算、钢筋设计和截面验算。

4、利用Auto CAD软件绘制桥梁（主要为上部结构）的施工图纸，完成该桥型初步施工方案的设计工作。包括主体结构的一般构造图、主体结构的钢筋布置图。

5、查阅相关资料，所涉及参考文献不少于10篇，其中外文文献不少于2篇；翻译与设计任务相关的英文文献1-2篇。

6、编写设计说明书，复核材料，准备答辩。

2.2、技术方案

2.2.1 设计资料

一）概述

仙溪大桥位于福建省莆田市城厢区阔口村木兰溪干流处，旧桥为多孔跨径不通航大桥：总长度近90m。为解决交通拥挤，扩大车流量，决定在原大桥的一侧新建大桥。

二）工程地质条件

拟建场地地处河—海冲淤积平原区，第四纪堆积约25m厚，基底为中粒花岗岩，地基土类型多，变化大，土质不均，工程地质条件复杂。详细地质分布由上至下如下：

1、填土：灰色，灰黄色，稍松—稍密，稍湿—湿，成分以粘性土为主，含有中粗砂，瓦砾及碎石块等，土质不均。本层东西岸均有分布，曾厚1.4-2.0m，堆积时间大于15年之久。

2、粘土：灰黄色，褐黄色，湿—饱和，软可塑—可塑，成分以粘土为主，含氧铁结核，此层ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔为耕植粘土0.3m厚，层厚0.3-3.2m。

3、淤泥质土：灰色，青灰色，软流塑，饱和，由淤泥质粘土、淤泥质亚粘土组成。但是，ZK4孔一带中上部为淤泥，下部为淤泥质土，中混10-15%的粉细砂及少量有机质，含腐殖物，具腐臭味。该层东西岸均有分布，层厚4.1-6.0m。

4、含泥中细—中粗砂夹淤泥质土、砂质粘土层：

含泥中细—粗砂：灰色，灰黄色，稍密，饱和，北岸中粗砂为主，西岸中细砂为主含砾卵石（直径0.5-5cm），泥质含量约10-20%，该层于ZK3孔，10-11.7m相变为稍密状砂粒卵石；于ZK2、ZK3、ZK4孔一带中部夹软流塑淤泥质土厚约1-2m；于ZK4孔一带中下部夹2m厚之可塑状砂质粘土。全层总厚度5.35-6.40m，纯砂厚3.5-6.5m。

5、砂卵石：黄色，灰黄色，稍密，饱和，由卵石，沙砾组成，卵石直径2-6cm，个别大于10cm，呈亚圆状，成分为中风化凝灰熔岩，分选性较差，磨圆度中等，卵石含量30-60%，泥质含量约10-15%。砂泥充填，该层东西岸均有分布，层厚4.10-7.15m。

6、残积质粘性土：褐黄色，灰白色，黄白色，饱和，可塑—硬塑，母岩为中粒结构花岗岩，此层由粘性土，石英砂，云母片等组成，原岩结构大部已破坏，该层东西岸均有分布，层厚3.30-5.10m。

7、强风化花岗岩：褐黄色，黑夹白色，硬塑，由长石、石英、云母片及暗色矿物组成，中粒结构，呈砂砾状，矿物已显著变化，岩芯易碎成半土半岩，钻进时有“咔嚓”声，该层东西岸均有分布，层厚3.5-5.7m。

8、中风化花岗岩：灰白色，黑夹白色，坚硬，岩芯呈碎块状，裂隙发育，中粒结构，矿物成分基本未变，该层东西岸均有分布，层厚0.4-1.1m。

9、微风化花岗岩：墨黑夹白色，灰白色，坚硬，中粒结构，块状构造，裂隙中等发育，岩芯完整，呈短柱状，本层东西岸均有分布，该层钻孔最大控制厚度为6m。

岸坡稳定性分析：

拟建场地东西两岸，经河流上、下游两条断面图实测结果，岸坡陡直，坡角85-90度。但是，东岸ZK2孔一带岸坡相对较缓，坡角约45度。根据东岸ZK1、西岸ZK4孔按条分法、圆弧法计算，ZK1孔按坡身园设定，其稳定安全系数Ks=0.635；ZK4孔按坡身园、坡角园设定，安全系数分别为0.463，0.909，均属不稳定岸坡。计算的安全系数系指自然岸坡状态，倘若顾及地震作用、动水力作用更加不稳定，故应采取护坡措施。

三）工程地质评述

桥基持力层及基础类型：

拟建场地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫滩相可塑状粘土层（厚0.3-3.2m）、海相高压缩性淤泥质土（厚4.1-6.0m）、含泥中细—中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密状砾卵石（厚4.10-7.15m）、残积质粘性土（厚3.30-5.10m）、强风化花岗岩（厚3.5-5.7m）、中风化花岗岩（厚0.4-1.1m）、微风化花岗岩组成。

上部：填土呈稍松—稍密状，均匀性差；粘土层厚度变化大，中压塑性；淤泥质土流塑状，高压塑性，承载力低；含泥中细—中粗砂饱和可液化砂土均不具备天然持力层条件。中部：砾卵石层分布稳定，工程性能差，强透水性，无下伏软弱土层，低压塑性，承载力高；残积质粘性土工程性质较好，承载力较大。下部：强风化花岗岩，微风化花岗岩层厚大，其中微风化花岗岩饱和单轴极限抗压强度高，为115.49-136.40Mpa，是桥基良好的桩端持力层。

鉴于中风化花岗岩上覆地基土土质不均，桥梁竖直荷载大，加之风力、地震力水平荷载作用，桩基承受一定的上拔作用，为减少桩基沉降差异，确保桩基稳定性，建议桩基持力层选用微风化花岗岩。

2.2.2方案比选

2.2.2.1概述

建造在城市中的桥梁特别是大型桥梁，是城市交通中重要的工程构筑物。由于桥位所处位置的特殊性，城市桥梁的设计准则与一般公路桥梁有所不同，除了要考虑桥梁本身结构要求外，还应符合使用要求，交通发展和城市发展要求，按照实用、安全、经济、美观的原则进行设计。

2.2.2.2桥梁设计原则：

（1）实用性 桥梁必须实用，要有足够的承载能力，能保证行车的顺畅、舒适和安全；既满足当前的需要，又要考虑今后的发展；既满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业，满足农田排灌的需要；通航河流上的桥梁，应满足航运的要求；靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁，还应结合各有关方面的要求，考虑综合利用；桥梁还应考虑在战时适应国防的要求；在特定地区，桥梁还应满足特定条件下的特殊要求（如地震等）。

（2）安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。

（3）经济性 评价一座桥的经济性可从以下几个方面进行：造价、工期、及养护维修。设计的经济性一般应占首位。在满足要求的前提下一定要尽可能降低成本。

（4）美观性 在实用、安全和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围环境相协调，这就是美观的要求。合理的轮廓是美观的主要因素。在城市和游览地区，要注意环保问题，较多地考虑桥梁的建筑艺术。但是不要把美观片面地理解成豪华的细部装饰，在这方面增加很多费用是不妥当的。

2.2.2.3结构形式

由设计任务知该桥的设计总长度为180m，属大桥。大跨度城市桥中常采用的桥梁型式有：简支梁桥、连续梁桥、拱桥等。现将各类桥型的优缺点叙述如下：

1.简支梁：桥型选用简支梁时截面一般用T形截面，T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟，跨越能力大，施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。

（1）孔径布置：4×35 40m，全长180m。

图1.1 支梁整体构造图

（2）结构构造：该桥采用四跨简支梁桥，梁截面采用带马蹄的T型截面。

图1.2 简支梁桥横断面图

简支梁具有受力明确；受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小；易做到设计标准化、制造工厂化，安装架设方便，施工速度快；不怕支点的沉降，各桥墩受力均匀下部结构可得到最大程度的优化；无须加大支座处的梁高等优点。缺点：梁高较大，景观稍差；行车条件不如连续梁。

2．连续梁：当选用连续梁时，断面形式大部分采用箱梁截面。箱梁是一种实用而完美的桥梁型式，由于其良好的整体受力性能、舒展挺拔的外型，在国内外现代的市政桥梁、轨道交通高架桥领域占据着主导地位。箱梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁美观，行车平稳，冲击性小，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且其施工技术成熟，造价适中。

（1）孔径布置：20m 40m 60m 40m 20m，全长180m，边跨约为中跨的0.67倍。

图1.3 预应力混凝土连续梁桥

（2）结构构造：从预应力混凝土桥梁的受力特点来分析，连续梁的立面宜采用变截面布置。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁高:

H=(1/16～1/20)l=(1/16～1/20)×60m=(3～3.75)m, 取H=3.5m。

中跨跨中梁高：

h=(1/30～1/50)l=(1/30～1/50)×60m=(1.2～2)m，取h=1.8m。

为方便计算与施工，边跨跨中梁高采用与中跨相同的值。

因此，该桥采用三跨连续梁桥，梁截面采用变截面的单箱三室预应力混凝土箱形截面，支点梁高为3.5m，跨中梁高1.8m。

图1.4 连续梁桥横断面图

与同宽度的简支梁相比可降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳、舒适，后期的维修养护工作也较小；从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线条流畅，将给城市增色不小。不足之处：对基础沉降要求较严，特别是由于联长较大，桥上无缝钢轨因温度变化而产生的水平力较大，使得梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计的难度；万一孔被破环时，修复困难。

3．组合拱桥：

（1）孔径布置：20m 50m 20m（引桥长度为20m×2 25m×2）。拱肋的矢跨比为1/7（1/5~1/8）。

图1.5 桥梁横断面图

（2）结构构造：主桥采用中承式梁拱组合桥（也称为系杆拱桥）。加劲纵梁梁截面采用单箱四室预应力混凝土箱形梁截面；拱肋采用钢管混凝土双片拱肋，其截面采用圆端形截面。

图1.6 拱桥横断面图

拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还会产生水平推力。正式这个水平推力的存在，使得拱的弯矩将比相同跨径的梁的弯矩小很多，整个拱主要承受压力。这样拱不仅可以利用钢、钢筋混凝土等材料来修筑，而且还可以更具拱的这个受力特点，充分利用抗压性能好而抗拉性能较差的圬工材料来修筑。

由于拱桥自重较大，相应的水平推力也较大，要求有庞大的墩、台和良好的地基，拱桥施工难度高，造价高，工期长，同时该工程属于城市桥梁，桥料两岸接线的工程量增大，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又行车不利。

2.2.3桥跨结构图式及尺寸拟定

2.2.3.1 跨径布置

图2.1 跨径布置（单位：m）

根据连续梁桥受力特点，大中桥跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置。一般边跨与中跨之比为0.5-0.8，对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。本桥取边跨与中跨之比约0.677，分跨为40m 60m 40m=140m。全桥为整体式满堂支架现浇法施工。考虑桥梁收缩变形，在跨中布置一个固定支座，可以使桥梁在两个方向收缩或伸长。2.2.3.1 箱梁尺寸拟定

由公路桥涵设计通用规范查得，设计时速80km/h，车道宽度为3.50m，本桥为四车道，故拟定桥面宽度为19m，单箱三室截面适用于顶板宽度25m左右的桥梁，故采用单箱三室箱型截面，设有中间分隔带，人行道，护栏。

箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度一般为根部梁高的1/10～1/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内，所以取支座处底板厚度为35㎝。

梗腋提高了截面抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变剪应力。桥面板支点刚度加大后，可以吸收负弯矩，从而减少桥面板跨中正弯矩。从构造上考虑，利用梗腋所提供的空间便于布置纵向预应力筋和横向预应力筋，同时也为减薄顶板和底板厚度提供了构造上的保证。顶板和底板梗腋均采用1：1的形式（20㎝×20㎝）。

因此设计截面形式为单箱三室，全桥采用变截面。桥面横坡为1.5%，桥面纵坡为0%，人行道横坡1.5%，桥面横向布置为：1m（人行道） 0.5×2（路缘带） 1m(中间带) 0.25×2（安全带） 0.25×2（护栏） 14m（双向四车道） 1m（人行道）=19m。支点梁高为350cm，翼缘板伸出部分长为200cm，腹板厚45cm，底板宽为1500cm，顶板厚25cm，底板厚35cm。跨中梁高为180cm，翼缘板伸出部分长为200cm，腹板厚30cm，底板宽为1500cm，顶板厚25cm，底板厚25cm。

在腹板与顶板交界处设置20cm×20cm的梗腋，腹板与底板交界处设置20cm×20cm的梗腋。

箱梁截面具有很大的抗扭刚度，所以横隔板的布置可以比一般肋形桥梁少一些。支座处设置宽度为100cm的横梁，跨中均不设横隔板，并在其与顶板、底板连接处设50×50cm倒角。

具体尺寸见下图

图2.2 箱梁构造图（单位：cm）

2.2.2.3 桥面构造

高速公路、一级公路上桥梁的水泥混凝土桥面铺装层厚度不一小于8cm,取9cm。桥面横坡2%，为使主梁构造简单，通常横坡不再设在墩台顶部，而直接设在行车道板上。先铺设一层厚度变化的混凝土三角垫层形成双向倾斜，再铺设等厚的铺装层。一级公路上的桥梁必须设置护栏。

因此该桥桥面构造，桥面采用9cm厚的C40防水混凝土，上加2cm厚的沥青混凝土作为铺装层，共计11cm厚。利用桥面铺装设置桥面2%横坡。人行道采用预制装配式，并按预制块件分块搁置安装于箱梁悬臂板上

3. 研究计划与安排

3.进度安排

第1周（2月24日—3月1日） 熟悉毕业设计任务书，明确设计任务书及要求。

4. 参考文献（12篇以上）

4.阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

1） 中华人民共和国交通运输部，公路工程技术标准 （jtgb01—2014）北京:人民交通出版社，2014

2） 中华人民共和国交通运输部，公路桥涵设计通用规范（jtg d60—2015）北京:人民交通出版社，2015