坝沟大桥设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

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。

桥梁工程设计知识的积累和掌握，需要扎实的理论基础和必要的工程实践，教学计划中的毕业设计就是一个十分重要的实践环节。整个毕业设计的内容很多，不但要掌握设计过程、方法和基本要求，更重要的是建立正确的设计概念，认识设计工作的重要性以及设计合理、正确、可靠的重要性，将理论知识运用于实际，不断提高分析问题和解决问题的能力。

2. 研究的基本内容与方案

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

1.概况：

坝沟大桥是集宁至丰镇段高速公路上的一座特大型桥梁，该桥起点桩号K24 916.50，终点桩号K25 243.50，桥梁全长327m。集宁方向部分位于R=4000m的圆曲线上，切线长度596.99m，交点转角15°58′37.9″，平曲线起终点桩号分别为K23 936.803、K25 122.036。

2. 技术标准：

n设计荷载：公路I级。

n桥面宽度： 0.5 m（外侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（内侧护栏） 1.0 m（中央分隔带） 0.5 m（内侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（外护栏），全宽26m。

n设计洪水频率：1/100，流量496m3/s。

n温度荷载：箱梁体系温度-14.0～19.1℃，设计合拢温度2～6℃。

n风 荷 载：设计风速33m/s。

n支座沉降：中支点2.0cm，边支点1.5cm

n地震烈度：按6度设防。

n桥面纵坡：双向2.0%。

3．路线资料：

线性在桥梁范围内为直线。桥位平面地形及接线图见附图1。

4．桥址纵断面图：

详见附图2。

5．桥位地形、地貌

桥址区属阴山山地单元，属集宁周围察哈尔熔岩台地地形，台地地貌形态变化较大，台地因受长期剥蚀作用，台面起伏不平，轮廓不完整，并有被深切割沟谷所分隔而形成面积不等的桌状山和剥蚀残山，一般可见3～4级台面的熔岩台地；一级台地高程1350～1600米，相对高度85～335米，台地轮廓完整，台边有浅沟切割，二级台地高程1480～1820米，相对高程185～555米，台面起伏不平，被沟谷切割成面积不等的桌状方山。坝沟大桥桩号为K24 916.50～K25 243.50，坝沟河属峡谷型河段，两岸山体较为陡峭，基岩外露，最大高差69.8米，河床断面呈“V”型，河面较窄，有水时水流较急。

6．桥位工程地质：

n该桥址位于内蒙古乌兰察布高原察哈尔岩溶台地低山丘陵西缘，地层主要为第三系老粘土及玄武岩。桥址处地势险峻，沟谷较深，从山顶到沟底高差约60多米。两岸均为悬崖峭壁，并出露大块玄武岩及破碎岩块，裂隙较为发育。南岸坡度约70°，北岸坡度约40°～50°，坡面为大块堆积物及节理、裂隙较发育的大块状玄武岩露头，二者界限不甚明确。坡面堆积物最大直径约2米。该沟谷径流纵坡较大，河沟中堆积物较厚，以第四系洪积物为主，并有较多巨型漂石，岩性为玄武岩。

n根据桥址处的地形条件及本次钻探揭露，桥址区地层分述如下：

水文地质条件

坝沟大桥桥址处地势险峻，冲沟极深，山涧为呼和乌素河，蜿蜒伸入上游山谷中。河沟中常年有小股流水，河水清澈，主要为上游的岩层裂隙水、泉水汇集而成。在雨季，上游雨水汇集，泄洪量较大。地下水主要埋藏于河沟中心的砾、卵石层中，为第四系潜水。水面随雨量大小，集流多少而变化，并不稳定。

桥址区地质、构造及稳定性

桥址区地势险峻，冲沟深土，贵乌拉断层、九龙湾断裂构，本次勘探过程中未见其有活动迹象，以上两个断裂与本桥的距离均较远，对桥梁不会造成影响。

n综合评价，桥址区属相对稳定场地。

n桥址地质纵断面图详见附图2。

7．气候特点：

桥址所在地区属中温带干旱半干旱、大陆性季风气候，部分地区兼有高原气候，山地气候的若干特点，本地区气候特点为气候干燥，降雨量小、风沙大、湿度小、温差大，年降雨量340～415毫米，年蒸发量1992～2186毫米。其主要气象指标如下：

集宁气象特征值如下：

2.2.2 初拟桥型方案

依据设计资料和设计技术标准，从总体布局、环境协调、技术先进性、施工可能性、景观要求和技术经济等多方面考虑后，按照“适用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则，初步拟定以下三个桥型方案：

方案一、斜拉桥桥(详见设计图纸方案一)

大跨斜拉桥，共3跨，跨径为79m 169m 79m，则桥面部分全长327m，桥面净空为满足要求，依据水文计算，取桥面净空为25m 。桥面宽度为设计标准值0.5 m（外侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（内侧护栏） 1.0 m（中央分隔带） 0.5 m（内侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（外护栏），全宽26m。

由基础、主塔、主梁和斜拉索组成。受拉的斜索对主梁提供多点弹性支撑，并将主梁承受的荷载传递至主塔，在通过塔传至基础。塔柱基本上以受压为主。跨度较大的主梁就像多点弹性支承的连续梁一样工作。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，相对于梁式桥，主梁尺寸大大减小，结构自重显著降低，大幅度提高了斜拉桥的跨越能力。此外，由于塔柱、拉索和主梁构成了稳定的三角形，斜拉桥的结构刚度较大。

下部结构设计：

主桥基础采用端承群桩基础。考虑到美观性，枯水期桩不外露，承台位置尽可能靠近最低水位，本设计取承台中心面与最低水位平齐。基础由16根直径为Φ1.5m的桩组成。

桥面纵坡：

桥面纵坡是桥梁线形设计的重要指标。本次毕设取桥跨线路纵坡为0%，即为平坡。

桥面横坡：

公路桥梁桥面比较宽，横坡范围为1.5~20%。此次桥面横坡取2%。

斜拉桥的优点在于：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。斜拉桥能最有效地利用现代高强度材料（高强混凝土，高强钢材），减小构件截面，显著降低自重所占全部设计荷载的比重，增大跨径，扩大了混凝土结构的适用范围。

但斜拉桥结构柔度大，荷载作用下变形大，结构的施工难度较高，工程造价较高。

斜拉桥桥型布置图

平面图示

方案二、空心板梁桥(详见设计图纸方案二)

该设计取跨度为7m 16*20m简支梁空心板桥，共17跨，桥梁全长327m。

桥面宽度为：0.5 m（外侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（内侧护栏） 1.0 m（中央分隔带） 0.5 m（内侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（外护栏），全宽26m，空心板宽度为：1.0m.高度为：0.90m。

桥面纵坡：桥面纵坡是桥梁线形设计的重要指标。本次毕设取桥跨线路纵坡为0%，即为平坡。

桥面横坡：公路桥梁桥面比较宽，横坡范围为1.5~20%。此次桥面横坡取2%。

上部结构采用先张法预应力混凝土空心板梁。

下部结构采用桩柱式桥墩设承台，桥墩采用柱式墩，柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好。桥台采用轻型桥台。

空心板桥可适用于小跨跨径的桥型方案，施工较简单，可现浇也可预支，空心板梁有时会出现单梁受力，容易损坏，存在一定的安全一定法人安全隐患。空心板梁也容易出现铰缝的损坏。

空心板梁桥型布置图

I-I处横截面图

方案三、预应力混凝土连续箱梁桥(详见设计图纸方案三)

该设计采用95 137 95m三跨连续梁方案，桥梁全长327m,桥宽：0.5 m（外侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（内侧护栏） 1.0 m（中央分隔带） 0.5 m（内侧护栏） 11.5 m（行车道） 0.5 m（外护栏）=26m。

上部结构采用变截面连续梁，单箱五室，主桥上部结构采用变截面箱梁，C50混凝土，桥梁宽度24.5m，箱梁顶板宽度取12.0m，底板宽取6.6m。箱梁顶板厚取30cm，腹板及底板采用变截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐渐过渡至墩顶60cm厚 , 底板厚度由墩跨中35cm厚逐渐过渡至墩顶80cm厚。梁高、底板厚度按二次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形上的需要，腹板厚度按直线变化。

跨中梁高4.0m，桥墩处梁高8.8m；为了避免使用横向预应力筋，根据设计经验，悬臂取为2m。为了减小墩身尺寸，两侧采用斜腹板形式，腹板外侧面位置不变。

下部结构采用桩柱桥墩设承台，桥墩采用柱式墩，柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好，本设计基础采用桩基础。

桥台采用埋置式桥台。

桥面纵坡：桥面纵坡是桥梁线形设计的重要指标。本次毕设取桥跨线路纵坡为0%，即为平坡。

桥面横坡：公路桥梁桥面比较宽，横坡范围为1.5~20%。此次桥面横坡取2%。

在预应力混凝土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。当主桥采用多跨连续梁时，中间部分采用等跨布置，边跨跨径约为中跨跨径的0.6～0.8倍。当边跨采用主跨径的0.5倍或更小时，则在桥台上要设置拉力支座。当跨径超过60m时，易采用变高梁高度梁，

主梁高度根据统计资料：变高度梁跨中截面h1=（1/30~1/50）L，变高度支点截面h2=

（1/16~1/25）L，h1/h2=2.0~3.0，箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板厚度约为梁高1/10~1/12。跨中底板内需要配置一定数量的钢索和钢筋，跨中底板厚度一般在25~30cm。腹板应考虑最小厚度，若腹板内有预应力管道布置时，可采用25~30cm。腹板在支点处的最大厚度约为30~60cm .

连续梁用于更大跨径的桥型方案，但同悬臂梁一样，同时存在正、负弯矩区段，通常采用箱型截面梁，其构造较复杂；连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，由此可以增大桥下净空，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。

连续梁在支座处增大梁高，减小跨中正弯矩，与简支梁相比，减小跨中正弯矩，使桥梁恒载减小，自重减轻，这是连续梁肥力的突出特征。而且很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度能很好地满足较大跨径的受力要求。因此它是一种极有生命力的桥梁结构形式，已成为大跨度预应力混凝土桥梁的首选桥型。

连续梁桥桥型布置图

箱型横截面图

2.2.3方案比选

综合比较， 三者钢筋及混凝土用量相仿，且都满足桥梁设计中适用性、舒适与安全性、经济性、美观的基本原则。但方案一和方案二不适用于宽度较大的桥。故选取方案三预应力混凝土连续梁桥为本工程方案。

方案比选表

3. 研究计划与安排

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。

第2周（3月2日—3月8日） 了解桥位地形、气候和地址特点，查阅同地区类

的参考方案，进行整理。

4. 参考文献（12篇以上）

1） 中华人民共和国交通运输部，公路工程技术标准 （jtg b01—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

3） 中华人民共和国交通运输部，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（jtg d62—2012）北京:人民交通出版社，2012