长沙理工大学桥梁工程毕业设计(论文)开题报告

一、本课题设计（研究）的目的：
1、通过设计，使学生能综合运用所学课程，系统地巩固基本理论和专业知识；
2、通过毕业设计的实践，理论联系实践，独立完成设计，不断提高分析问题和解决问题的独立工作能力；
3、提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写技术及计算机辅助设计计算等基本技能，使学生了解生产设计的主要内容和要求；
4、掌握大、中型桥梁的设计原则、设计方法和步骤；
5、树立正确的设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风，为桥梁建设事业服务。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：
（一）桥梁的现状和发展趋势
我国改革开放以来，路、桥建设得到了飞速的发展，对改善人民的生活环境，改善投资环境，促进经济的腾飞，起到了关键性的作用。

桥梁工程在工程规模上约占道路总造价的10%——20%，它同时也是保证全线通车的咽喉，特别在战时，即便是高技术战争，桥梁工程仍具有非常重要的地位。

随着科学技术的进步和经济社会文化水平的提高，人们对桥梁建筑提出了更高的要求。

经过几十年的努力，我国的桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。

桥梁按受力体系可分为一下几种：
1.梁式桥
梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构相比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造。

对于中、小跨径桥梁，目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁桥的结构简单，施工方便，简支梁对地基承载力的要求也不高。

（1）简支T型梁
T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了，从16m到5Om跨径（带马蹄形而未加宽的T型截面适用跨径在30m以内，底部加宽的T型截面适用跨径在30-50m以内的预应力混凝土桥梁），都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。

预应力体系采用钢绞
线群锚，在工地预制，吊装架设。

其发展趋势为：采用高强、低松弛钢绞线群锚：混凝土标号40～60号；T形梁的翼缘板加宽，25m是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改善行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。

（2）连续箱形梁桥
等截面箱形连续梁桥的适用跨径以40-60m为宜，当主跨跨径接近或大于70m时，宜采用变截面连续梁桥。

另外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。

箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室），早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。

由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。

其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土40～60号；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。

大跨径连续箱粱要采用大吨位支座，如南京二桥北汊桥165m变截面连续箱梁，盆式橡胶支座吨位达65O0kN。

这种样大吨位支座性能如何？将来如何更换等一系列问题有待研究。

1991年建成的云南六库怒江大桥（图1），主桥跨径为85m+154m+85m预应力混凝土连续梁，采用对称平衡悬臂法施工。

现在国内最大的跨径为165m。

图1云南六库怒江大桥
2.拱式桥
拱式桥的主要承重结构是拱圈和拱肋（拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋）。

拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。

同时，根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。

因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常采用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土来建造。

拱桥不仅跨越能力很大，而且外形酷似彩虹卧波，十分美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的，一般在跨径500m以内均可作为比选方案。

但应当注意，为了确保拱桥的安全，下部结构和和体积（特别是桥台）必须能经受住很大的水平推力作用。

此外，与梁式桥不同，由于拱圈（或拱肋）在合拢前自身不能维持平衡，因而拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁式桥。

根据近年的实践，钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用，特别是崇山峻岭的我国西南地区。

2000年建成主跨达360m的丫髻沙大桥（图2），全桥总长1084m，主桥跨径组合76m+360m+76m,为连续自锚中承式钢管混凝土拱桥。

图2广州丫髻沙大桥
3.刚构桥
刚构桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构，
梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。

在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力，因而其受力状态介于梁桥和拱桥之间，刚架桥跨中的建筑高度可做到很小。

但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚结处较易产生裂缝，需在该处多配钢筋。

刚架桥一般均需承受正负弯矩的交替作用，横截面宜采用箱形截面，连续刚构桥主梁受力与连续梁相近，横截面形式与尺寸也与连续梁基本相同。

（1）T型刚构
这种结构体系有致命弱点。

从60年代起到80年代初，我国公路桥梁修建了几座T 形刚构桥，如著名的重庆长江大桥和沪州长江大桥，80年以后这种桥型基本不再修建了，这里不赘述。

（2）连续刚构桥
连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一，一般采用变截面箱梁。

连续刚构可以多跨相连，也可以将边跨松开，采用支座，形成刚构一连续梁体系。

一联内无缝，改善了行车条件；梁、墩固结，不设支座；合理选择梁与墩的刚度，可以减小梁跨中弯矩，从而可以减小梁的建筑高度。

所以，连续刚构保持了T形刚构和连续梁的优点。

连续刚构桥适合于大跨径、高墩。

高墩采用柔性薄壁，如同摆柱，对主梁嵌固作用减小，梁的受力接近于连续梁。

柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性；墩壁较厚，则作为刚性墩连续梁，如同框架，桥墩要承受较大弯矩。

由于连续刚构受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。

当然，桥墩较矮时，这种桥型受到限制。

近年来，我国公路上修建了几座著名的预应力混凝土连续刚构桥，如广东洛溪大桥，主孔180m；湖北黄石长江大桥，主孔3×245m；广东虎门大桥副航道桥，主孔270m，为目前世界同类桥中最大跨径。

我国的预应力混凝土连续刚构桥，几乎都采用悬臂浇筑法施工。

一般采用50～60号高标号混凝土和大吨位预应力钢束。

1988年建成的广东番禺洛溪大桥（图3）是我国第一座大跨径连续刚构桥，跨径组合为65m+125m+180m+110m,采用双肢箱形薄壁墩，箱高墩顶处10m，跨中处3m。

图3广东番禺洛溪大桥
4.悬索桥
悬索桥（也称吊桥）是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚碇结构需做的很大（重力式锚碇），或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇），缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。

现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制形成钢缆，以充分发挥其优良的抗拉性能。

悬索桥的承载系统包括缆索、塔柱和锚碇三部分，因此结构自重较轻，能够跨越任何其他桥型无法达到的特大跨度，悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。

在所有桥梁体系中，悬索桥的刚度最小，属柔性结构，在车辆荷载作用下，悬索
桥将产生较大的变形，例如跨度1000m的悬索桥，在车辆荷载作用下，L/4区域的最大挠度可达3m左右。

另外，悬索桥风致振动及稳定性在设计和施工中也需予特别的重视。

悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型（从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型）。

但从发展趋势上看，斜拉桥具有明显优势。

但根据地形、地质条件，若能采用隧道式锚碇，悬索桥在千米以内，也可以同斜拉桥竞争。

根据理论分析，就目前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到3500m左右。

当然还有规划中更大跨径的悬索桥。

悬索桥跨径增大，如上所述当跨径达3500m时，动力问题将是
一个突出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉”桥型。

悬索桥结合地形、地质、水文可采用单跨悬吊、双跨不对称悬吊和三跨悬吊。

据查，世界上悬索桥多为单跨悬吊，其次是不对称双跨和三跨简支悬吊。

三跨悬吊连续体系最少。

丹麦大带桥，三跨悬吊连续，其跨径为535m＋1624m＋535m；中国的厦门海沧大桥，三跨悬吊连续，其跨径为230m＋648m＋23Om，可称世界同类桥梁的第二位。

主缆的施工方法：空中纺线法（AS）；索股法（PWS）。

我国几座悬索桥均采用PWS 法。

索股采用φ5mm镀锌钢丝，由91或127根φ5组成一根索股，根据受力钢缆由不同数量索股组成。

我国今后还会在长江、海湾修建更大跨径的悬索桥；一般加劲梁仍用钢箱；塔、锚用混凝土，但应对大体积混凝土水化热的冷却降温措施加以研究；悬索桥风动稳定还需进一步研究；钢箱梁的桥面铺装，我国已建成的几座悬索桥，都存在问题，今后应进一步研究钢箱梁桥面铺装材料、钢箱除锈、清洁、铺装的粘结以及施工工艺等。

2012年建成通车矮寨特大悬索桥（图4）桥面设计标高与地面高差达330米左右，桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全长1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。

该桥跨越矮寨大峡谷，主跨居世界第三、亚洲第一。

图4湖南湘西矮寨大桥
5.斜拉桥
斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。

它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，在通过塔柱基础传至地基，塔柱基本上以受压为主。

跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承（吊起）的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。

由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件，斜拉桥属于高次超静定结构，主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关，存在着一定最优的索力分布，使主梁在各种受力状态下的弯矩（或应力）最小。

斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。

目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有3O余座，仅次于德国、日本，而居世界第三位。

而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。

我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如武汉长江第三大桥，主跨618m。

我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。

未来的桥梁将向更长、更大、更柔方向发展，也将更加注重桥梁美学及环境保护。

新中国桥梁建设水平取得了突飞猛进的发展，公路铁路两用桥向着大跨度、重荷载、高时速方向发展。

2008年建成的苏通大桥（图5），主桥主跨跨径1088m，为世界第一，主桥总长2088m，采用100m+100m+300m+1088m+300m+100m+100m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。

图5江苏苏通大桥
（二）桥梁方案比选
1、桥梁设计总则
桥梁工程的设计应符合技术先进、安全可靠、耐用适久、经济合理的要求，同时应满足美观、环境保护和可持续发展的要求。

2、设计的主要内容
（1）设计依据
①设计荷载：公路I级
②桥面净宽：2 9m
③通航要求：无通航要求
④不考虑地震及漂浮物撞击
3、设计方案比选
第一方案：预应力混凝土变截面连续梁桥
（1）孔径布置
本桥上部构造为50+80+50m的变截面预应力砼连续梁，箱梁采用的单箱单室截面，计算时只需计算桥宽的一半，也就是一个单箱单室截面，箱梁支点截面梁高5m，跨中截面梁高2.5m,梁宽9m，下部构造桥墩为薄壁式桥墩或双柱式墩配桩基础；桥台为重力式桥台配扩大基础。

由于该桥桥位较高，为了减少墩台数量且跨径选择合理。

（2）整体布置图
（3）施工方法
采用挂篮悬臂浇筑
第二个方案：独塔斜拉桥
（1）孔径布置
本桥上部构造为65+115m的箱型截面的斜拉桥，由于斜拉桥的多点支撑故可以大大减少主梁的高度，索距为6m，塔高38m。

箱梁采用单相单室，梁高1.8m,梁宽9m；桥台为重力式桥台配扩大基础。

（2）整体布置图
（3）施工方法
主桥采用悬臂施工
第三个方案：中承式拱桥
（1）孔径布置
本桥上部构造为40+100+40m的中承式拱桥。

由三跨组成，包括两个边跨的半拱和中跨全拱以及通长的加劲纵梁，其间设置立柱及吊杆。

边跨也中跨的比0.4:1。

主拱圈采用混凝土肋拱，为了确保刚度，拱肋采用无铰拱的形式。

为了确保刚度和稳定性，在拱肋之间设置一字横撑。

拱桥将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力，使拱的弯距大大减小，拱主要承受压力，充分发挥圬工材料抗压性能，因此拱桥有较大的跨越能力。

中承式的拱桥既可以平主拱圈的部分水平推力，同时又可以减小桥梁的建筑高度。

（2）整体布置图
（3）施工方法
拱桥采用转体施工，待主拱圈合拢后上二期恒载。

方案比选
方案一方案二方案三
桥型预应力混凝土变截面连续
梁桥
（50m+80m+50m)
独塔斜拉桥
(65m+115m)
中承式拱桥
(40m+100m+40m)
适用性跨越能力较大、变形小、行
车平顺舒适、伸缩缝少、
斜拉桥的多点支撑故
可以大大减少主梁的
高度，梁的高跨比小自重
明显比其他小，变形小，
行车舒适
跨越能力较大结构刚度大、
变形小、行车平顺舒适、抗
震能力强伸缩缝多，存在水
平推力，对基础要求高。

安全性箱梁断面刚度大，施工安全
主桥采用悬臂施工，。

需要
挂篮，吊装设备及。

连续梁
施工控制复杂，工期较长，
连续梁桥主墩需要大型橡
胶支座，养护更换麻烦
箱梁断面刚度大，施工安
全，主桥采用悬臂施工，
需要挂篮，吊装设备要求
高由于跨径大，施工难度
大工期长，墩台少，下部
结构施工少
全桥跨度适中，采用转体施
工，吊杆后期养护要求高，
一但腐蚀影响全桥安全；行
车平顺舒适
经济性
变截面连续梁部分上部结
构造价较高，支座养护费用
较高，
上部结构下部结构由于技
术要求高所以造价也高
吊杆养护要常养护，后期养
护费用高。

美观性全桥线条简洁明快，与周围
环境协调好，桥型美观。

气势宏伟，符合地形特点，
但跨径安排较大，显得不
协调
全桥建筑高度高，有一定气
势，比较美观。

4、结论
综上所述，从受力合理，安全适用角度综合考虑其对建筑景观有一定的要求，同时考虑到当地经济较发达，资金比较充足，本人认为：预应力混凝土变截面连续梁桥方案是最合适的方案。

并且挂蓝悬臂浇筑技术已经很成熟，运用此法大桥可安全迅速的建成，带来巨大经济效应。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：
1、重点：
1)方案比选，确定最优方案；
2)拟定主要结构尺寸；
3)选取计算简图，进行结构内力计算；
4)配筋设计计算；
5)强度、刚度、稳定性计算；
施工图绘制。

2、难点：
1)正确选取计算简图，利用电算进行结构内力计算。

2)配筋设计计算及复核。

3、研究途径：
1)广泛查阅文献资料；
2)充分利用网络资源查阅相关内容；
3)利用桥梁电算程序处理很分析数据；
4)学习诸如桥梁博士等专业软件进行设计计算；
5)请教老师，帮助解决疑难问题。

四、设计（研究）进度计划
进度计划表
毕业设计工作任务进度安排1搜集资料,选择桥型方案第3周
2拟定尺寸,选取计算简图第4周
3上部结构内力计算第5－8周
4配筋设计计算第9－11周
5强度、刚度、稳定性计算第10－11周
6下部结构设计及验算第10－11周
7绘制施工图第11－13周
8设计说明书编制、英文文献翻译第13－16周
9毕业答辩及准备第17周
五、主要参考文献
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22．马尔立．公路桥梁墩台设计与施工[M]．北京：人民交通出版社，1998．
23．其他参考书：各类设计手册、施工手册和软件使用手册。

24．中国期刊网上桥梁专业的期刊论文和硕博士论文。

指导教师意见
签名：
月日
教研室（学术小组）意见
教研室主任（学术小组长）（签章）：
月日。