重庆奉节某大桥设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

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1.1目的及意义

本次毕业设计要求我们对大跨度桥梁的设计有一定的认识和了解，通过拟定方案来了解各种桥型的结构特点、受力特性、目前的发展水平、经济性、还有各种桥型所适用的地形地貌条件和地址条件。掌握桥梁的布孔原则，并且通过多个方面来进行方案的比选，最终确定最优方案。同时培养我们对桥梁结构的分析和计算能力，理解并掌握桥梁结构计算理论，学会利用专业和通用软件进行桥梁上、下部结构的设计计算，熟练掌握预应力混凝土结构设计的原理和步骤，并熟练使用autocad绘制施工图。本设计的另外一个目的是通过设计一个实际项目工程，切实掌握桥梁设计的内容和过程，为今后的读研或工作打下基础。另外，本次设计还可以巩固所学专业知识，查漏补缺，进一步梳理和完善知识体系，将所学的理论知识运用到实践中，做到理论与实践相结合。通过毕业设计，还能培养我们独立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AutoCAD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)概述

拟建大桥位于重庆市奉节县草堂镇七里村境内，呈255°走向展布。本桥跨越蔡家包东侧一条近南北走向的溪沟，有渝巴(重庆～巴东)公路,在桥址北側约1.5公里隔石马河西岸通过,与其相接的村级简易路在桥址中部溪沟沟床横穿而过,交通相对较为方便。

2)地形、地貌

桥址区属构造溶蚀、剥蚀深切谷地斜坡地貌区，地表为缓陡相间的折线型斜坡，近桥址区内最大地面标高在340m左右，溪沟河地面标高在264m，相对高差76m，切割深度大。自然坡度36°～42°，坡面植被不发育,有少量灌木。该桥跨越一条近南北走向的“U”型冲沟，东桥台临冲沟方向山坡自然坡度约42°，西桥台临冲沟方向山坡自然坡度约36°。

3)地质

桥址区出露地层主要为三迭系中统巴东组第一段（T2b¹）、第二段（T2b²）及第四系残坡积层（Q^{eL dL}）；其中第二段（T2b²）分布于桥址大部分区段，第一段（T2b¹）仅分布于桥址中部溪沟两侧。

桥址区内地层岩土层工程地质特征分述如下：

Ⅰ₂-2残坡积亚粘土、碎石土（Q^{el dl}）：褐黄色，湿，稍密状，不均匀地充填20%～30%的粘性土，碎石成分为泥灰岩、灰岩，呈棱角状，碎石大小一般为3～5cm，最大10cm；主要分布于桥址西段，层厚0.30～4.60m；局部地段上部分布有厚度不大的可塑状亚粘土。

Ⅴ₂-2强风化泥质粉砂岩夹泥岩（T2b²）：紫红色，粉砂质结构，层状构造，泥质胶结，主要矿物成分为石英、长石及粘土矿物，裂隙较发育。该层主要分布在桥址东西两侧，钻孔揭露厚度1.30～1.80m。

Ⅴ₂-3弱风化泥质粉砂岩夹泥岩（T₂b²）:紫红色，粉砂质结构，层状构造，节理、裂隙发育，岩石总体完整，局部破碎。钻孔揭露最大厚度21.40m.

Ⅵ₂-2强风化泥灰岩（T2b²）：灰绿色、风化强烈、原岩结构依稀可见,岩石较破碎呈半岩半土状,钻孔揭露厚度3.50m。

Ⅵ₂-3弱风化泥灰岩夹粉砂质泥岩(T₂b¹):灰～灰绿色，层状构造，节理、裂隙发育，方解石呈脉状充填，有溶蚀小孔，岩石完整性欠好，钻孔揭露最大厚度31.20m.

4)地震

据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），区内地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。按《中国地震烈度区划图》（1990）及地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表，桥址区地震基本烈度为VI度。

根据国家科委组织的“三峡库区地壳稳定性与水库诱发地震问题”的专题研究认为：三峡水库蓄水后诱发地震的可能性是存在的。考虑工程的重要性，依据《公路抗震设计规范JTJ004～89》的有关规定，拟建蔡家包大桥按地震基本烈度7度设防，则其设计地震动峰值加速度a=0.1g，地震动反应谱特征周期T=0.35s。

5)水文

地表水：桥址区地表水稍发育，桥梁所跨的“U”型冲沟为常年性溪流，勘察期间流量0.8～1.20m3/min,由南向北汇入石马河。地表水主要接受大气降水的补给，用于农田灌溉、生活用水，一部分沿基岩裂隙下渗，转变为地下径流。洪水位随降雨量大小而变化,在降雨季节具暴涨暴落水位变幅较大之特点,据调查最高洪水位可达0.85米(以桥址处沟床平均标高为准)，拟建蔡家包大桥桥位较高，不受水位控制。

地下水：区内地下水主要有松散岩类孔隙水及基岩裂隙水两种类型,含水地层为上部第四系残坡积碎石土和巴东组第一段（T2b¹）泥灰岩夹粉砂质泥岩，第二段（T2b²）泥质粉砂岩为隔水层弱透水性。受地形条件、裂隙发育程度及补给源的控制，水量较贫乏；勘察期间，在钻孔内测得地下水位0～9.20m。区内地下水主要接受大气降水的垂直入渗补给，总体径流方向由南向北，主要以地表径流水和裂隙下降泉的形式排泄于桥址区北侧的石马河，由于桥位处于斜坡之上且地面标高较高，区域侵蚀基准面标高较低，故地表、地下水径流条件较好。

区内地下水径流条件较好且水量较贫乏，对拟建桥梁墩、台基础施工影响不大。

据线路段所取水样简分析结果，桥址区地表、地下水对砼无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

6)气象

桥址地处亚热带湿润区，其特点是春天回春早，但不稳定，常出现低温阴雨及寒潮；夏季长，气温高，降雨量多而集中，间有洪涝，且多伏旱；秋季气温下降快，常阴雨连绵；冬季短，气候温和而少霜雪。多年平均气温16.5℃，极端最高气温43.1℃（7月），极端最低气温-9.2℃（1月），月平均最高气温29.5℃，月平均最低气温2.2℃。多年平均降雨量1049.3mm，年最大降雨量1356.0mm，最大日降雨量199.0mm。平均无霜期305天，最长无霜期335天，最短无霜期275天。全年主导风向为北风，最大瞬时风速24.7m/s。

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：独塔双索面斜拉桥

1)总体布置

30 6×16 24 24 6×16 30=300m（独塔双索面斜拉桥）

图1 斜拉桥总体布置图（单位：cm）

独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，可以省去一个桥塔，无索区比双塔斜拉桥长，拉索用量少；其次，其活载最大挠度发生在拉索区，对受力有利，受收缩徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构布置灵活，施工也比较方便，可采用悬臂浇筑、转体施工等方法。

2)结构尺寸

1. 主 塔：

桥面以上主塔顺桥向宽7m，桥面以下至承台逐渐过渡到16m。横桥向厚度为6m。桥塔总高度为170m，桥面以上高为113.3m。

图2 主塔（单位：cm）

2. 主 梁 ：

主梁采用两个分离的箱体各自锚固于拉索，两箱之间则以横梁和桥面板连结，施工方便，由于采用双索面，横桥向两端各留1.5m进行拉索的锚固。此时，主梁顶面全宽27.5m，底宽18.5m，梁高1.8m，高跨比为1/100。其截面（A-A）形式见图：

图3 主梁截面形式（单位：cm）

3. 斜拉索：

斜拉索采用直径8mm的低松弛高强平行镀锌钢丝束。斜拉索外层防护采用热挤双层PE防护套，外层防护套的颜色可根据景观要求选用。斜拉索布置30m 16×6m 24m。全桥共设2×17对斜拉索。主塔两侧斜拉索的设计以避免产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两端用冷铸锚分别锚固于索塔和主梁上。斜拉索与主梁上的耳板采用销铰式连接，通过耳板用高强螺栓与主梁连接，斜拉索中心线在耳板平面内摆动。

4．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。

方案二：三跨连续中承式钢管混凝土拱桥

1） 总体布置

方案取为三跨连续中承式钢管混凝土拱桥。主跨长200m，边跨长50m，采用对称布置。

图4 拱桥桥型总体布置图（单位：cm）

拱桥是我国公路上使用广泛的一种桥型，在竖向荷载作用下，两端产生水平推力，使拱内产生轴向压力，大大减小了拱圈的弯矩，应力分布均匀，跨越能力较大，拱圈的弧形使结构摆脱了单纯的直线组合，形式鲜活美观。

2） 结构尺寸

1. 拱肋设计

主跨采用中承式悬链线无铰拱，结构采用钢管混凝土桁架，六支桁式断面，沿拱轴拱肋采用变高度（拱脚钢管中心距8m,拱顶钢管中心距4m），预制宽度为4m，边拱拱肋采用上承式双肋悬链线半拱，计算跨径为50m，矢高为15m，矢跨比为1/3.33,每肋由高4m,宽4m钢筋混凝土箱梁组成，两肋间设有一组“K”字和一组“米”字钢管桁式架横撑，它们与边拱端部固结的预应力混凝土端横梁一起，组成一个稳定的空间梁系结构 。

图5 横梁外形及拱肋截面尺寸

2. 系杆及吊杆设计

系杆设计是拱桥中的一个关键问题，一方面要考虑系杆与拱肋的连接，保证系杆能很好的与拱肋共同受力；另一方面又要考虑系杆与行车道之间的相互作用，避免桥面因阻碍系杆的受拉而遭破坏。该桥系杆布置箱梁的中间室内，两端锚固于边跨混凝土箱梁梁段横梁处锚体之上，锚体为钢筋混凝土结构，采用C50混凝土，锚体及拱座处埋设系杆预埋钢管。

吊杆在同一截面内设置双吊杆，以有利于拱肋横向稳定。一般吊杆间距为4~10m,吊杆间距初步拟定为5.0m，全桥共设57对吊杆。每根吊杆采用Φ7的低松弛钢绞线，采用双层HDPE全防腐体系，双层HDPE之间设一隔离层，锚具采用OVM-LZM冷铸墩头锚，分别锚固与拱肋钢管顶端和箱梁锚固室内的腹板上。

3.桥台设计

由于地质条件影响，主跨的墩台，不仅要受承受强大的竖向荷载作用，还要承受水平推力，因此，其墩台设计尺寸较大，增加了下部结构的工程量，引桥两端设计成简单的Ｕ形重力式桥台，可由石块,混凝土砌筑,并用就地浇筑法施工.

方案三：预应力混凝土连续刚构桥

1） 总体布置

随着交通运输特别是一级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要求。而悬臂梁桥和T形刚构桥由于形变比较大的原因均难满足这个要求，超静定结构的连续钢构桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到迅速发展。与连续梁桥相比，连续刚构桥在墩顶处由恒载产生的弯矩要小，所以在特大跨连续梁体系桥中，一般考虑采用连续刚构桥。变截面连续刚构桥立面多采用不等跨布置，边主跨比一般为0.5～0.692，梁底曲线可采用二次抛物线、折线和介于折线与二次抛物线之间的1.5～1.8次抛物线，其中抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律接近。

本桥河床基岩埋深较浅，可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求。

本方案跨度组成为80 140 80=300m，这时边主跨比80/140=0.571满足要求。

图6连续刚构桥方案总体布置图（单位:cm）

2） 结构尺寸

1. 上部结构设计

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。根据《桥梁工程》通常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比在1/16～1/20之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/2.5～1/3.5，故本桥支点处梁高取7.5m，，跨中梁高取2.5m，跨中截面梁高为支点梁高1/3，。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。本桥方案由于桥面宽度的要求，考虑采用单箱单室断面 ，单箱单室断面构造简单，受力明确，施工方便。

图7 连续刚构桥方案主梁横截面图（单位:cm）

2. 下部结构设计

主桥基础采用端承桩基础。主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设4m厚钢筋混凝土承台。主桥基础采用钻孔灌注桩，选择在枯水季节钻孔施工，主墩每墩桩数为12根，桩端入持力层厚度亦大于桩直径3倍。

3. 桥台设计

采用构造简单，费用较低的重力时桥台。

2.2.3方案比选

经过以上技术、经济比较，将方案作为推荐方案三。

3. 研究计划与安排

第1周（2月24日—2月31日）咨询指导老师关于毕业设计的准备工作。

第2周（3月1日—3月7日）熟悉毕业设计任务书，明确设计任务书及要求。

第3周（3月8日—3月14日）了解桥位地形、气候和地址特点，查阅同地区类

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（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（jtgd60—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（jtg3362—2018）北京:人民交通出版社，2018