高速鐵路70m+120m+70m連續(xù)梁橋設計開題報告

1、軌道交通學院畢業(yè)設計（論文）開題報告題目： 高速鐵路70m+120m+70m連續(xù)梁橋設計專 業(yè) 土木工程（軌道工程）班 級 10115312學 號 姓 名 指 導 教 師 2014 年 3 月 2 日軌道交通學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告1 本課題的目的和意義、國內外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢1.1 課題的目的和意義畢業(yè)設計是專業(yè)理論知識靈活運用于工程設計實踐的一次升華，是大學學習的閉幕。畢業(yè)設計是大學本科教育培養(yǎng)目標實現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學習階段，是深化、拓展、綜合教與學的重要過程，是對大學期間所學知識的全面總結。畢業(yè)設計是由我獨立系統(tǒng)的完成一項工程設計，因而對培養(yǎng)自身的綜合素質、增強

2、工程意識和創(chuàng)新能力具有其他教學環(huán)節(jié)無法取代的重要作用。通過畢業(yè)設計這一時間較長的教學環(huán)節(jié)，我獨立分析問題、解決問題的能力以及實踐動手能力都會有很大的提高，還可以培養(yǎng)土木工程專業(yè)本科畢業(yè)生綜合應用所學基礎課、技術基礎課及專業(yè)課知識和相關技能，解決具體問題的能力。以達到具備初步專業(yè)工程人員的水平，為將來走向工作崗位打下良好的基礎。1.2 國內外研究現(xiàn)狀與水平我國自50年代中期開始修建預應力混凝土梁橋，至今已有40多年的歷史，比歐洲起步晚，但近對年來發(fā)展迅速，在預應力混凝土橋梁的設計、結構分析、試驗研究、預應力材料及工藝設備、施工工藝等方面日新月異，預應力混凝土梁橋的設計技術與施工技術都已達到相當高

3、的水平1。 表1 我國部分已建成連續(xù)梁橋2序號名稱建成年跨徑(m)鋼筋(kg/m2)鋼絞線(kg/m2)混凝土(m3/m2)1洛溪大橋198818012965.91.212華南大橋199819091.860.30.963虎門大橋輔航道橋19972701771071.29在20世紀90年代，鋼管混凝土拱在發(fā)揮材料性能，降低工程造價，美化結構造型和減少施工設備等方面的優(yōu)點逐步被橋梁界所重視3。鋼管混凝土拱的新橋型也應運而生。如2005年初開通的巫峽長江大橋（中承式，主跨徑460米）居同類橋梁跨度世界第一。自20世紀50年代公路斜拉橋問世以來，這種結構合理，跨越能力大，外形美觀的橋型就異軍突起，發(fā)展

4、迅猛。斜拉橋以其結構形式多樣，造型挺拔飄逸而受到人們青睞。在技術上大跨斜拉橋需要繼續(xù)研究的課題是結構的抗風，抗震設計及拉索的防護。從20世紀90年代中期起,我國開始規(guī)劃超長的跨海橋梁工程，2003年6月,寧潑杭州灣跨海大橋開始動工,已于2008年通車。2002年6月，東?？绾４髽蜷_工建設，該橋是上海國際航運中心洋深水港區(qū)一期工程的重要配套工程，全長約為31km，已于2005年底建成通車。國外也有同我國橋梁一樣的經(jīng)典作品，如瑞士Chapel橋（1333年）；法國加德水道橋（167-158BC）；羅馬天使橋（134AD）；英國鑄鐵拱橋（1779年）；英國鍛鐵懸索橋（1820-1826年）;美國布魯

5、克林橋（1867-1883年）；日本lkitsuki,ohashi橋（1991年）；巴西Rio-Niteroi橋（1974年）；澳大利亞門道橋（1986年）；瑞士Salginatobel橋（1930年）；法國諾曼底橋（1995年）；丹麥大貝爾特橋（1998年）等4。 圖1 澳大利亞門道（Gateway）橋（單位：cm）5現(xiàn)代橋梁走過了100余年的發(fā)展歷程,可知本世紀的橋梁建設會表現(xiàn)出以下幾個特點：1，橋跨結構繼續(xù)向大跨發(fā)展。2，新橋設計理論與舊橋評估理論更趨完善。3，建橋材料向富強,輕質,多功能方向發(fā)展。4，信息技術在橋梁工程中的應用更趨廣泛。5，日益重視橋梁美學,建筑造型和景觀設計6。雖然我

6、國的預應力混凝土連續(xù)梁在不斷地發(fā)展，然而與國際先進水平仍存在一定差距7。想要趕超國際先進水平，必須要解決好下面幾個問題：1.發(fā)展大噸位的錨固張拉體系，避免配束過多而增大箱梁構造尺寸，否則混凝土保護層難以保證，密集的預應力管道與普通鋼筋層層迭置又使混凝土質量難以提高。2.在一切適宜的橋址，設計與修建墩梁固結的連續(xù)剛構體系，盡可能不采用養(yǎng)護調換不易的大噸位支座。3.充分發(fā)揮三向預應力的優(yōu)點，采用長懸臂頂板的單箱截面，既可節(jié)約材料減輕結構自重，又可充分利用懸臂施工方法的特點加快施工進度8。圖2 廣東洛溪大橋（單位：cm）1.3 發(fā)展趨勢橋梁工程已被確認為一門獨立的科學技術,不再是僅憑橋梁設計者們智慧

7、和經(jīng)驗的創(chuàng)造過程。它已發(fā)展成融理論分析、設計、施工控制及管理于一體的系統(tǒng)性學科。由于科技的進步,一些相關的學科也滲透入橋梁工程領域中,發(fā)展了新的分支學科,如橋梁抗風、抗震、橋梁CAD、橋梁的施工控制及橋梁檢測技術等等9。隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復雜的工程分析計算問題的主要途徑，出現(xiàn)了諸如ANSYS、SAP2000、ABAQUS、MIDAS、橋梁博士等專門針對土木工程問題進行有限元分析的大型技術軟件。并且這些工程軟件的更新也非常的快，它們的技術越來越成熟，操作越來越方便，計算越來越精確，學習并掌握這些軟件已是當代土

8、木工程類專業(yè)學生的必然趨勢。1.3.1跨徑不斷增大目前,鋼梁、鋼拱的最大跨徑已超過500m，鋼斜拉橋為890m,而鋼懸索橋達1990m。隨著跨江跨海的需要,鋼斜拉橋的跨徑將突破1000m，鋼懸索橋將超過3000m。至于混凝土橋,梁橋的最大跨徑為270m,拱橋已達420m，斜拉橋為530m。1.3.2橋型不斷豐富20世紀5060年代,橋梁技術經(jīng)歷了一次飛躍：混凝土梁橋懸臂平衡施工法、頂推法和拱橋無支架方法的出現(xiàn),極大地提高了混凝土橋梁的競爭能力；斜拉橋的涌現(xiàn)和崛起，展示了豐富多彩的內容和極大的生命力；懸索橋采用鋼箱加勁梁，技術上出現(xiàn)新的突破。所有這一切,使橋梁技術得到空前的發(fā)展。1.3.3結構不

9、斷輕型化懸索橋采用鋼箱加勁梁,斜拉橋在密索體系的基礎上采用開口截面甚至是板，使梁的高跨比大大減少,非常輕穎；拱橋采用少箱甚至拱肋或桁架體系;梁橋采用長懸臂、板件減薄等,這些都使橋梁上部結構越來越輕型化。1.3.4橋梁墩臺及基礎技術不斷發(fā)展隨著上部結構的迅猛發(fā)展,必然給下部結構提出更高的要求。自鋼筋混凝土推廣使用以來,橋梁墩臺的結構形式趨于多樣化。除了傳統(tǒng)的重力墩臺外,發(fā)展了空心墩、樁柱式墩臺、構架式墩臺、框架式墩臺、雙柱式墩、拼裝墩臺及預應力鋼筋薄壁墩等新型墩臺,并日趨輕型、柔性化。高墩技術也有較大發(fā)展。與此同時,橋梁基礎也在發(fā)展。50年代以后,越江、跨海灣、海峽大橋的興建以中國、日本為首大力

10、發(fā)展了深水基礎技術10。如50年代在武漢長江大橋中首創(chuàng)了管柱基礎;60年代在南京長江大橋中發(fā)展了重型沉井、深水鋼筋混凝土沉井和鋼沉井;70年代在九江長江大橋中創(chuàng)造了雙壁鋼圍堰鉆孔樁基礎;80年代后進一步發(fā)展了復合基礎11。在日本，由于本四聯(lián)絡線工程的建設，近20年來,其深水基礎技術發(fā)展很快,以地下連續(xù)墻、設置沉井和無人沉箱技術最為突出。2 文獻查閱、調研情況2.1 文獻綜述作岳12在介紹預應力混凝土連續(xù)梁橋設計基本理論的基礎上，以實例為主線，詳細闡述了整體式支架現(xiàn)澆施工連續(xù)梁橋、懸臂施工連續(xù)梁橋、簡支-連續(xù)施工連續(xù)梁橋、移動支架逐孔現(xiàn)澆施工連續(xù)梁橋及頂推施工連續(xù)梁橋的具體設計計算方法和步驟，并

11、給出了與各施工方法相應的預應力混凝土連續(xù)梁橋設計圖繪制的一般方法?？勺鳛楦叩仍盒蛄汗こ虒I(yè)課程設計及畢業(yè)設計等教學環(huán)節(jié)的參考用書，亦可供從事橋梁工程建設的工程技術人員參考使用。吉林13旨在從結構工程師的角度，探討提高混凝土橋梁耐久性的一些實用設計方法，其中既有國內外在耐久性設計中的實用方法，亦包括作者近年來的一些研究成果。本書共九章節(jié)，內容包括緒論、混凝土橋梁結構耐久性設計框架、基于提升耐久性的混凝土梁橋概念設計、合理成橋狀態(tài)及縱向預應力配筋設計等。2.2 調研情況在課題開始前的調研過程中，我在圖書館和電子數(shù)據(jù)庫中查閱了大量的關于鐵路橋梁、連續(xù)梁橋設計和施工的相關書籍和文獻，并根據(jù)導師的要求

12、，對MIDAS軟件進行了具體的了解和學習。同時，我還對之前在橋梁工程以及墩臺與基礎兩本書中學過的橋梁設計、施工、抗震與維護等基礎知識進行了復習和回顧，為以后的設計盡可能多的做積累。3 本課題的基本內容、重點、難點3.1 本課題的基本內容1、主要技術指標（1）線路等級：客運專線；（2）設計荷載：“ZK 活載”；（3）設計行車速度： 250km/h；（4）橋上線路：雙線，直線，線間距 4.6m；（5）牽引類型：電力；（6）地震動峰值加速度為 0.10g；（7）軌道結構：雙塊式無砟軌道；（8）橋面坡度：縱坡+0.0。2、材料規(guī)格（1）混凝土：梁體采用 C55 級混凝土，墩身采用 C35 級混凝土，樁

13、采用 C35 級混凝土； （2）預應力鋼筋及錨具：鋼束采用f1915.2 或f17-15.2 高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值 fpk1860MPa。M15-19 或 M15-17 群錨，YCW400B 千斤頂張拉，采用真空輔助灌漿塑料波紋管成孔；（3）橫向：采用 415.2 鋼絞線，單端張拉，張拉端采用 BM15-4 扁形錨具錨固，固定端采用 BM15P-4 型錨具錨固；（4）豎向：采用公稱直徑 32mm 的 PSB830 預應力混凝土用螺紋鋼筋，其抗拉強度標準值fpk830MPa，彈性模量為 Ep=200GPa，YC60B 型千斤頂張拉，JLM-32 型錨具錨固，f45mm（d=0.5m

14、m）金屬波紋管成孔，在腹板內單排或雙排布置；（5）普通鋼筋：受力主鋼筋用 HRB335 級鋼筋；非受力鋼筋用 HPB235 級鋼筋。 3、設計荷載1）恒載 （1）梁體自重：主梁混凝土自重按 26.5kN/m3；（2）二期恒載：二期恒載包括鋼軌、道碴、軌枕、防水層、保護層、人行道欄桿、遮板、擋碴墻、接觸網(wǎng)支柱、電纜槽豎墻、蓋板等重量，本設計按 174.5kN/m計算；（3）基礎變位：基礎不均勻沉降按 5cm 計算。2）活載 （1）列車活載：雙線“ZK 活載”；（2）豎向動力系數(shù)：按高速鐵路設計規(guī)范（試行）（TB10621-2009）計算。 3）附加力 溫度：按鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構

15、設計規(guī)范（TB10002.3-2005）辦理，體系溫差為+20和-20，頂板日照溫差 10按指數(shù)函數(shù)分布考慮。4）特殊荷載 施工荷載：施工掛籃、機具、人群等按 1100kN。5）荷載組合：分別以主力、主力+附加力進行組合，取最不利組合設計。 4、結構構造（1）上部構造為單箱單室的箱梁截面，梁底下緣及底板上緣均按拋物線規(guī)律變化，腹板、底板可按要求變厚； （2）主墩墩高為 106m，墩身截面采用矩形空心墩；邊墩高為 40m，墩身截面采用矩形空心墩。 （3）采用鉆孔樁基礎，樁徑 2.5m。 5、施工順序及要點（1）墩臺基礎施工：橋墩采用鉆孔樁基礎；（2）在墩旁托架上施工中間墩頂 0#段，0#段與橋墩

16、臨時固接；（3）在中間墩頂 0#段上安置懸臂掛籃設施；（4）從中間墩頂 0#段兩側利用懸臂掛籃設施逐段對稱施工主梁；（5）中跨合攏；（6）利用邊墩墩旁托架和掛籃澆筑邊跨剩余梁段；（7）拆除 0#段與橋墩的臨時固接；（8）拆除掛籃設施和邊墩托架；（9）預應力張拉；（10）橋面系施工。6、翻譯英文文獻3.2 本課題的重點本課題的重點在于總體設計、結構設計計算和驗算。針對最終選定的設計方案，完成以下內容：1、上部結構尺寸擬定；2、橋面板計算；3、全橋節(jié)段劃分；4、恒載和活載內力計算；5、其他因素引起的內力計算；6、內力組合；7、配筋計算；8、預應力束的布置及相關計算；9、全梁截面特性計算；10、強度

17、及應力驗算；11、撓度及預拱度計算；12、橋墩設計計算；13、基礎設計計算；3.3 本課題的難點本次設計是我們第一次對某座橋梁進行全面的設計，設計過程包括了橋梁外觀、橋梁結構和橋梁施工三個方面。此次設計的最大困難就是經(jīng)驗不足。1.由于沒有設計經(jīng)驗，截面尺寸的擬定很難合適的把握。2.設計中的電算部分，由于對軟件的熟悉成度不夠，可能出現(xiàn)計算錯誤。3.對規(guī)范不夠熟悉，設計中有可能出現(xiàn)不符合常規(guī)的設計操作。4 解決問題的方法、手段、措施等4.1 擬采取的方法和技術完成一個課題的設計是一個長期的積累、鉆研、學習和提升的過程，在不同的階段應有不同的，與該階段相適應的方法。第一階段是知識的儲備和積累。該階段

18、主要應通過各種渠道查找、采集與本課題相關的信息，拓寬自己的視野和知識面，了解本課題相關的背景技術，在前人的基礎和啟發(fā)下，尋求準確有效的切入點和明晰的思路。第二階段是著手設計。該階段應參考更為詳盡的課本中的算例，分步驟進行手算。從設計到檢算，必然會經(jīng)過不停的修改和調整，手算的內容不必太工整，但應保證清晰明了，便于日后的總結和歸納。第三階段是總結歸納。該階段應充分利用計算機中的Auto CAD、MIDAS等軟件進行檢算和圖紙歸納，盡可能將手寫的內容電子化，這也符合時代的發(fā)展和要求。4.2 選擇的工具有限元軟件MIDAS，Google翻譯器，Auto CAD，office辦公軟件，Mathtype公

19、式編輯軟件4.3 工作進度安排第一階段：2014.2.242014.3.7，查閱大量文獻資料，確定論文題目，根據(jù)論文題目進行調研，完成開題報告。通過開題報告，對論文的框架和內容有一個大體的構思，并在指導老師的幫助下，整理相關資料、補學空白知識點，做好撰寫論文的前期準備工作； 第二階段：2014.3.83.15，在導師的指導下，進行線路大修平縱斷面的設計以及無縫線路的強度、穩(wěn)定性計算；第三階段：2014.3.163.23在導師的指導下，無縫線路的結構設計和橋上無縫線路設計；第四階段：2014.3.243.31完成無縫線路的施工組織設計并完成手繪圖和長軌布置圖和平縱斷面圖；第五階段：2014.4.

20、14.3進一步分析整理資料，完成論文初稿； 第六階段：2014.4.44.30導師指出論文中存在的問題，及時的進行修改、完善，并最終定稿；第七階段：2014.5.16.13，論文評審。在指導老師的幫助下充分做好答辯準備，積極準備答辯材料。5 論文提綱1、緒論2、混凝土連續(xù)梁橋總體布置2.1 橋型布置2.2 橋孔布置2.3 橋梁截面形式2.4 橋梁下部結構3 、建立計算模型4 、橋面板的計算4.1 恒載內力4.2 活載內力4.3 內力組合4.4 主梁橋面板懸臂板的計算4.5 橋面板配筋5、下部結構設計5.1 結構型式選擇5.2 蓋梁尺寸擬定5.3 橋墩墩身、承臺和基礎尺寸擬定6、主梁施工6.1

21、施工工藝流程6.2 地基處理6.3 梁體混凝土施工7、總結與展望8、參考文獻6 主要參考文獻1 葉見曙. 結構設計原理. 北京：人民交通出版社，2005.2 易建國. 橋梁計算示例叢書混凝土簡支梁（板）橋. 北京：人民交通出版社, 2006.3 周念先. 橋梁方案比選. 上海：同濟大學出版社, 1997.4 Andrew Kish, Gopal Samavedam, Kish A, et al. Risk analysis based CWR track buckling safety evaluations. Technique Report , 2001,70, 1-24.5 Toshio MIYATA, Toru FUJIWARA, Hitoshi YAMADA and Tetsuo HOJO. Wind-resistant Design of Cables for the Tatara Bridge. Long-Span and High-Rise Structures IABSE Symposium Kobe 1998. Kobe, 1998, V79: 51-56.6 陳忠延. 土木工程專業(yè)畢業(yè)設計指南（橋梁工程）. 北京：人民交通出版社, 2002.7 邵旭東. 橋梁工程.