高速铁路70m+120m+70m连续梁桥设计开题报告

轨道交通学院

题目：

毕业设计（论文）开题报告

高速铁路70m+120m+70m连续梁桥设计

专 业 土木工程（轨道工程） 班 级 10115312

学 号 姓 名 指 导 教 师

2014 年 3 月 2 日

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1 本课题的目的和意义、国内外研究现状、水平和发展趋势

1.1 课题的目的和意义

毕业设计是专业理论知识灵活运用于工程设计实践的一次升华，是大学学习的闭幕。毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓展、综合教与学的重要过程，是对大学期间所学知识的全面总结。

毕业设计是由我独立系统的完成一项工程设计，因而对培养自身的综合素质、增强工程意识和创新能力具有其他教学环节无法取代的重要作用。通过毕业设计这一时间较长的教学环节，我独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手能力都会有很大的提高，还可以培养土木工程专业本科毕业生综合应用所学基础课、技术基础课及专业课知识和相关技能，解决具体问题的能力。以达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。

1.2 国内外研究现状与水平

我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平[1]。

表1 我国部分已建成连续梁桥[2]

序号 1 2 3 名称 洛溪大桥 华南大桥 虎门大桥辅航道桥 建成年 1988 1998 1997 跨径(m) 180 190 270 钢筋(kg/m2) 129 91.8 177 钢绞线(kg/m2) 65.9 60.3 107 混凝土(m3/m2) 1.21 0.96 1.29

在20世纪90年代，钢管混凝土拱在发挥材料性能，降低工程造价，美化结构造型和减少施工设备等方面的优点逐步被桥梁界所重视[3]。钢管混凝土拱的新桥型也应运而生。如2005年初开通的巫峡长江大桥（中承式，主跨径460米）居同类桥梁跨度世界第

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一。自20世纪50年代公路斜拉桥问世以来，这种结构合理，跨越能力大，外形美观的桥型就异军突起，发展迅猛。斜拉桥以其结构形式多样，造型挺拔飘逸而受到人们青睐。在技术上大跨斜拉桥需要继续研究的课题是结构的抗风，抗震设计及拉索的防护。从20世纪90年代中期起,我国开始规划超长的跨海桥梁工程，2003年6月,宁泼杭州湾跨海大桥开始动工,已于2008年通车。2002年6月，东海跨海大桥开工建设，该桥是上海国际航运中心洋深水港区一期工程的重要配套工程，全长约为31km，已于2005年底建成通车。国外也有同我国桥梁一样的经典作品，如瑞士Chapel桥（1333年）；法国加德水道桥（167-158BC）；罗马天使桥（134AD）；英国铸铁拱桥（1779年）；英国锻铁悬索桥（1820-1826年）;美国布鲁克林桥（1867-1883年）；日本lkitsuki,ohashi桥（1991年）；巴西Rio-Niteroi桥（1974年）；澳大利亚门道桥（1986年）；瑞士Salginatobel桥（1930年）；法国诺曼底桥（1995年）；丹麦大贝尔特桥（1998年）等[4]。

图1 澳大利亚门道（Gateway）桥（单位：cm）[5]

现代桥梁走过了100余年的发展历程,可知本世纪的桥梁建设会表现出以下几个特点：1，桥跨结构继续向大跨发展。2，新桥设计理论与旧桥评估理论更趋完善。3，建桥材料向富强,轻质,多功能方向发展。4，信息技术在桥梁工程中的应用更趋广泛。5，日益重视桥梁美学,建筑造型和景观设计[6]。

虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展，然而与国际先进水平仍存在一定差距[7]。想要赶超国际先进水平，必须要解决好下面几个问题：

1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。

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2.在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。

3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度[8]。

图2 广东洛溪大桥（单位：cm）

1.3 发展趋势

桥梁工程已被确认为一门独立的科学技术,不再是仅凭桥梁设计者们智慧和经验的创造过程。它已发展成融理论分析、设计、施工控制及管理于一体的系统性学科。由于科技的进步,一些相关的学科也渗透入桥梁工程领域中,发展了新的分支学科,如桥梁抗风、抗震、桥梁CAD、桥梁的施工控制及桥梁检测技术等等[9]。随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的主要途径，出现了诸如ANSYS、SAP2000、ABAQUS、MIDAS、桥梁博士等专门针对土木工程问题进行有限元分析的大型技术软件。并且这些工程软件的更新也非常的快，它们的技术越来越成熟，操作越来越方便，计算越来越精确，学习并掌握这些软件已是当代土木工程类专业学生的必然趋势。

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1.3.1 跨径不断增大

目前,钢梁、钢拱的最大跨径已超过500m，钢斜拉桥为890m,而钢悬索桥达1990m。随着跨江跨海的需要,钢斜拉桥的跨径将突破1000m，钢悬索桥将超过3000m。至于混凝土桥,梁桥的最大跨径为270m,拱桥已达420m，斜拉桥为530m。

1.3.2 桥型不断丰富

20世纪50~60年代,桥梁技术经历了一次飞跃：混凝土梁桥悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的出现,极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力；斜拉桥的涌现和崛起，展示了丰富多彩的内容和极大的生命力；悬索桥采用钢箱加劲梁，技术上出现新的突破。所有这一切,使桥梁技术得到空前的发展。

1.3.3 结构不断轻型化

悬索桥采用钢箱加劲梁,斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面甚至是板，使梁的高跨比大大减少,非常轻颖；拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系;梁桥采用长悬臂、板件减薄等,这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。

1.3.4 桥梁墩台及基础技术不断发展

随着上部结构的迅猛发展,必然给下部结构提出更高的要求。自钢筋混凝土推广使用以来,桥梁墩台的结构形式趋于多样化。除了传统的重力墩台外,发展了空心墩、桩柱式墩台、构架式墩台、框架式墩台、双柱式墩、拼装墩台及预应力钢筋薄壁墩等新型墩台,并日趋轻型、柔性化。高墩技术也有较大发展。与此同时,桥梁基础也在发展。50年代以后,越江、跨海湾、海峡大桥的兴建以中国、日本为首大力发展了深水基础技术[10]。如50年代在武汉长江大桥中首创了管柱基础;60年代在南京长江大桥中发展了重型沉井、深水钢筋混凝土沉井和钢沉井;70年代在九江长江大桥中创造了双壁钢围堰钻孔桩基础;80年代后进一步发展了复合基础[11]。在日本，由于本四联络线工程的建设，近20年来,其深水基础技术发展很快,以地下连续墙、设置沉井和无人沉箱技术最为突出。

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2 文献查阅、调研情况

2.1 文献综述

作岳[12]在介绍预应力混凝土连续梁桥设计基本理论的基础上，以实例为主线，详细阐述了整体式支架现浇施工连续梁桥、悬臂施工连续梁桥、简支-连续施工连续梁桥、移动支架逐孔现浇施工连续梁桥及顶推施工连续梁桥的具体设计计算方法和步骤，并给出了与各施工方法相应的预应力混凝土连续梁桥设计图绘制的一般方法。可作为高等院校桥梁工程专业课程设计及毕业设计等教学环节的参考用书，亦可供从事桥梁工程建设的工程技术人员参考使用。

吉林[13]旨在从结构工程师的角度，探讨提高混凝土桥梁耐久性的一些实用设计方法，其中既有国内外在耐久性设计中的实用方法，亦包括作者近年来的一些研究成果。本书共九章节，内容包括绪论、混凝土桥梁结构耐久性设计框架、基于提升耐久性的混凝土梁桥概念设计、合理成桥状态及纵向预应力配筋设计等。

2.2 调研情况

在课题开始前的调研过程中，我在图书馆和电子数据库中查阅了大量的关于铁路桥梁、连续梁桥设计和施工的相关书籍和文献，并根据导师的要求，对MIDAS软件进行了具体的了解和学习。同时，我还对之前在《桥梁工程》以及《墩台与基础》两本书中学过的桥梁设计、施工、抗震与维护等基础知识进行了复习和回顾，为以后的设计尽可能多的做积累。

3 本课题的基本内容、重点、难点

3.1 本课题的基本内容

1、主要技术指标

（1）线路等级：客运专线； （2）设计荷载：“ZK 活载”；

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（3）设计行车速度： 250km/h；

（4）桥上线路：双线，直线，线间距 4.6m； （5）牵引类型：电力；

（6）地震动峰值加速度为 0.10g； （7）轨道结构：双块式无砟轨道； （8）桥面坡度：纵坡+0.0‰。 2、材料规格

（1）混凝土：梁体采用 C55 级混凝土，墩身采用 C35 级混凝土，桩采用 C35 级混凝土；

（2）预应力钢筋及锚具：钢束采用

19―15.2 或

17-15.2 高强度低松弛钢绞线，

抗拉强度标准值 fpk＝1860MPa。M15-19 或 M15-17 群锚，YCW400B 千斤顶张拉，采用真空辅助灌浆塑料波纹管成孔；

（3）横向：采用 4－15.2 钢绞线，单端张拉，张拉端采用 BM15-4 扁形锚具锚固，固定端采用 BM15P-4 型锚具锚固；

（4）竖向：采用公称直径 32mm 的 PSB830 预应力混凝土用螺纹钢筋，其抗拉强度标准值fpk＝830MPa，弹性模量为 Ep=200GPa，YC60B 型千斤顶张拉，JLM-32 型锚具锚固，45mm（

=0.5mm）金属波纹管成孔，在腹板内单排或双排布置；

（5）普通钢筋：受力主钢筋用 HRB335 级钢筋；非受力钢筋用 HPB235 级钢筋。 3、设计荷载 1）恒载

（1）梁体自重：主梁混凝土自重按 26.5kN/m3；

（2）二期恒载：二期恒载包括钢轨、道碴、轨枕、防水层、保护层、人行道栏杆、遮板、挡碴墙、接触网支柱、电缆槽竖墙、盖板等重量，本设计按 174.5kN/m计算；

（3）基础变位：基础不均匀沉降按 5cm 计算。 2）活载

（1）列车活载：双线“ZK 活载”；

（2）竖向动力系数：按《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）计算。 3）附加力

温度：按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）

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办理，体系温差为+20℃和-20℃，顶板日照温差 10℃按指数函数分布考虑。

4）特殊荷载

施工荷载：施工挂篮、机具、人群等按 1100kN。

5）荷载组合：分别以主力、主力+附加力进行组合，取最不利组合设计。 4、结构构造

（1）上部构造为单箱单室的箱梁截面，梁底下缘及底板上缘均按抛物线规律变化，腹板、底板可按要求变厚；

（2）主墩墩高为 106m，墩身截面采用矩形空心墩；边墩高为 40m，墩身截面采用矩形空心墩。

（3）采用钻孔桩基础，桩径 2.5m。 5、施工顺序及要点

（1）墩台基础施工：桥墩采用钻孔桩基础；

（2）在墩旁托架上施工中间墩顶 0#段，0#段与桥墩临时固接； （3）在中间墩顶 0#段上安置悬臂挂篮设施；

（4）从中间墩顶 0#段两侧利用悬臂挂篮设施逐段对称施工主梁； （5）中跨合拢；

（6）利用边墩墩旁托架和挂篮浇筑边跨剩余梁段； （7）拆除 0#段与桥墩的临时固接； （8）拆除挂篮设施和边墩托架； （9）预应力张拉； （10）桥面系施工。 6、翻译英文文献

3.2 本课题的重点

本课题的重点在于总体设计、结构设计计算和验算。针对最终选定的设计方案，完成以下内容：1、上部结构尺寸拟定；2、桥面板计算；3、全桥节段划分；4、恒载和活载内力计算；5、其他因素引起的内力计算；6、内力组合；7、配筋计算；8、预应力束的布置及相关计算；9、全梁截面特性计算；10、强度及应力验算；11、挠度及预拱度计算；12、桥墩设计计算；13、基础设计计算；

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3.3 本课题的难点

本次设计是我们第一次对某座桥梁进行全面的设计，设计过程包括了桥梁外观、桥梁结构和桥梁施工三个方面。此次设计的最大困难就是经验不足。

1.由于没有设计经验，截面尺寸的拟定很难合适的把握。

2.设计中的电算部分，由于对软件的熟悉成度不够，可能出现计算错误。 3.对规范不够熟悉，设计中有可能出现不符合常规的设计操作。

4 解决问题的方法、手段、措施等

4.1 拟采取的方法和技术

完成一个课题的设计是一个长期的积累、钻研、学习和提升的过程，在不同的阶段应有不同的，与该阶段相适应的方法。

第一阶段是知识的储备和积累。该阶段主要应通过各种渠道查找、采集与本课题相关的信息，拓宽自己的视野和知识面，了解本课题相关的背景技术，在前人的基础和启发下，寻求准确有效的切入点和明晰的思路。

第二阶段是着手设计。该阶段应参考更为详尽的课本中的算例，分步骤进行手算。从设计到检算，必然会经过不停的修改和调整，手算的内容不必太工整，但应保证清晰明了，便于日后的总结和归纳。

第三阶段是总结归纳。该阶段应充分利用计算机中的Auto CAD、MIDAS等软件进行检算和图纸归纳，尽可能将手写的内容电子化，这也符合时代的发展和要求。

4.2 选择的工具

有限元软件MIDAS，Google翻译器，Auto CAD，office办公软件，Mathtype公式编辑软件

4.3 工作进度安排

第一阶段：2014.2.24—2014.3.7，查阅大量文献资料，确定论文题目，根据论文题目进行调研，完成开题报告。通过开题报告，对论文的框架和内容有一个大体的构思，并在指导老师的帮助下，整理相关资料、补学空白知识点，做好撰写论文的前期准备工作；

第二阶段：2014.3.8—3.15，在导师的指导下，进行线路大修平纵断面的设计以及无

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缝线路的强度、稳定性计算；

第三阶段：2014.3.16—3.23在导师的指导下，无缝线路的结构设计和桥上无缝线路设计；

第四阶段：2014.3.24—3.31完成无缝线路的施工组织设计并完成手绘图和长轨布置图和平纵断面图；

第五阶段：2014.4.1—4.3进一步分析整理资料，完成论文初稿；

第六阶段：2014.4.4—4.30导师指出论文中存在的问题，及时的进行修改、完善，并最终定稿；

第七阶段：2014.5.1—6.13，论文评审。在指导老师的帮助下充分做好答辩准备，积极准备答辩材料。

5 论文提纲

1、绪论

2、混凝土连续梁桥总体布置 2.1 桥型布置 2.2 桥孔布置

2.3 桥梁截面形式 2.4 桥梁下部结构 3 、建立计算模型 4 、桥面板的计算

4.1 恒载内力 4.2 活载内力 4.3 内力组合

4.4 主梁桥面板悬臂板的计算 4.5 桥面板配筋 5、下部结构设计 5.1 结构型式选择 5.2 盖梁尺寸拟定

5.3 桥墩墩身、承台和基础尺寸拟定 6、主梁施工

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6.1 施工工艺流程 6.2 地基处理

6.3 梁体混凝土施工 7、总结与展望 8、参考文献

6 主要参考文献

[1] 叶见曙. 结构设计原理. 北京：人民交通出版社，2005.

[2] 易建国. 桥梁计算示例丛书—混凝土简支梁（板）桥. 北京：人民交通出版社, 2006. [3] 周念先. 桥梁方案比选. 上海：同济大学出版社, 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] 陈忠延. 土木工程专业毕业设计指南（桥梁工程）. 北京：人民交通出版社, 2002. [7] 邵旭东. 桥梁工程. 北京：人民交通出版社，2006. [8] 邵旭东. 桥梁设计百问. 北京：人民交通出版社，2003.

[9] 魏红一等. 桥梁施工及组织管理. 北京：人民交通出版社，2007.

[10] H sin Yu Low，Hong hao.Reliability analysis of reinforced concrete slabs under

Explosive loading.Structural Safety，2001.

[11] 李辅元. 桥梁工程. 北京：人民交通出版社，2005. [12] 作岳. 连续梁桥. 北京：人民交通出版社，2012.

[13] 吉林. 混凝土梁桥抗裂与结构耐久性设计. 北京：人民交通出版社，2012.

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指导教师评语： 该生通过与课题组成员和老师充分讨论，参考了许多文献，确定了具有一定的工程应用价值的课题。本课题初步确定的高速铁路连续梁桥跨径合理，设计思路基本明确，通过设计和研究可以提高桥梁设计的能力。本课题的研究方法和研究步骤基本合理，难度合适，学生能够在预定时间内完成该课题的设计。同意该课题开题。 指导教师： 陈明 2014年03月06日

毕业设计（论文）指导小组意见 ： 毕业设计（论文）指导小组听取了丁欢欢同学关于《高速铁路70m+120m+70m连续梁桥设计》的开题报告的汇报。在汇报中，该生介绍了毕业选题、设计思路、设计内容和设计步骤与时间安排。指导小组认为设计难度适中，时间安排合理，同意开题。建议在高速铁路连续梁桥梁截面选取和采取的方法方面完善修改。并希望按进度计划完成毕业设计，按时答辩。 审核人： 组长：刘丽萍 组员：王长虹、谭冬莲、曹权、赵海燕、赵岚、郭智刚、鲁亮、陈明、吴光、顾光明、徐巍峰、唐广平、徐辰诚 2014年03月07日