黄龙大桥加固设计(完美版)(2)

开题报告桥梁是公路或城市道路的重要组成部分，特别是大，中型桥梁对当地的政治，经济和国防等都具有重要的意义。因此，应根据所设计桥梁的使用任务，性质和所在线路的远景发展需要，按照适用，经济和适当照顾美观的原则进行总体规划和设计，为了获得经济，适用和美观的桥梁设计，我们要运用桥梁建筑理论和设计知识得出最优设计。本设计的主要题目是：十堰市黄老大桥的加固设计。原桥由于使用时间长，原来的设计荷载较低，拱上裂缝严重，其总体强度和稳定性已经不能满足现在交通量的要求，需要马上进行维修改造。经过这半学期的学习，对该桥的加固设计方案也有了一个比较好的设计方案。在设计期间，我也到有关路桥单位进行了实习，虽然时间不长，但是已初步掌握了桥梁的设计原理和设计流程。可以说现在对于设计的一些基本要求有了初步的了解，这对于我能顺利完成毕业设计提供了一个有力的基础。由于本人的知识和实际经验有限，设计的最终方案还有很多的不足之处，望老师们指正，在此深表感谢。设计首先从组织设计资料，学习专业知识，查阅辅导书开始。看了原来学过的知识，比如说看了桥梁工程中关于拱桥结构及内力求法的章节，看了结构设计原理中关于结构强度和稳定性验算的部分，还看了结构力学中关于影响线和活载最不利位置的章节。可以说在设计之前进行了充足的准备工作。准备好了专业知识，接下来进行的就是桥梁改造方案的选择。由于原桥的引桥主拱圈拱波处沿桥长全部出现裂缝且拱肋共有8条横向贯穿裂缝而且主桥拱脚处拱波开裂，桥面系也有损坏的地方。结合桥梁的设计和拱桥的设计理论，初步确定设计的方案是引桥第2跨拱肋裂缝处粘贴钢板，采用C30钢筋混凝土加固引桥主拱圈并增设横隔板，主桥拱脚附近加铺C30钢筋混凝土并增设横隔板而且腹拱破损处压浆处理。这样就已经把拱桥的基本方案确定下来了。接着我按照王国鼎编制的《桥梁计算示例集》进行了拱的内力和结构强度稳定性的计算。应用有限元软件ansys进行了有限元建模及内力分析。在5月份时又跟着雷建平老师到十堰市竹山县堵河大桥做了现场调查，更加完善了我对这次堵河大桥改造的准确性。以上就是我进行毕业设计的总体过程。这次设计是对我大学所学专业知识，特别是力学知识的全面应用和总结，在设计的整个过程中，我查阅了大量的桥涵加固和设计及结构工程方面的资料和文献，深刻领悟到不少在课堂上学不到的知识。也使我对实际结构问题的综合知识应用能力得到了加强和提高。当然在设计中还有很多的不足之处，例如对主拱圈及横隔板的配筋从经济的角度来说就不是很经济了，从设计角度来说也没有达到最优化的设计效果。另外还存在其它设计的问题，望老师们赐教，以便在以后的学习和工作中能得到改进和提高，在此深表谢意。黄龙大桥加固设计第一章前言随着改革开放和我国西部大开发战略的提出，我国西部地区间的贸易往来的不断增加，公路交通运输蓬勃发展，桥作为一种特殊的交通载体也日益显示其优越性。它造型美观，经济耐用，不仅方面了交通，而且设计出一座造型优美的桥，会对该地区树立一道亮丽的风景。水自然美，向来为我国文学家和艺术家情有独钟。正如明代大艺术家董昌其所说“诗以山川为境，山川亦以诗为境”。桥，是架设于山水之间的建筑物，它长期屹立于大自然之中，也就成为点缀和美化大自然的一员。有山有水自然也就会有桥，桥梁本身也是实用与艺术的融合体，如桥梁的平直、索桥的凌空、浮桥的韵味、拱桥的涵影等，原来就摇曳着艺术的风采。故英国李约瑟先生说：“没有中国桥欠美的，并且有很多是特出色的美。”所以本设计着重从建筑美学的角度考虑设计的完美性。黄龙大桥是十堰市连接郧县，郧西，竹山，通往四川，陕西的重要跨河通道。它在建成通车30多年来，为国民经济的发展做出了重大贡献。但是由于原有设计荷载偏低，随着桥梁的老化和损害，特别是近年来，受洪水冲刷及目前交通量突增，车辆超载严重等因素影响，导致该桥存在严重病害。根据现场外观检查及动，静载试验结果分析及桥梁管理系统CBMS评定，该桥属严重四类危桥，应立即对大桥进行维修加固。1.1拱桥的发展和概述改革开发以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设，从无到有，现已建成8700km。作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到相应发展，跨越大江（河）、海峡（湾）的长大桥梁建设也相继修建，一般公路和高等级公路上的中、小桥、立交桥，形式多样，工程质量不断提高，为公路运输提供了安全、舒适的服务。我国桥梁的艺术性，主要表现在两方面，即造型风格和装饰工艺。造型风格主要体现在曲线柔和、韵律协调和雄伟壮观上。而江南水乡的一些小梁细桥，则更使人联想到“小桥流水人家”的诗情画意。建桥最主要的目的，就是为了解决跨水或者跨谷的交通，以便于运输工具或行人在桥上畅通无阻。目前人们所见到的桥梁，种类繁多。它们都是在长期的生产活动中，通过反复实践总结逐步创造发展起来的。从力学角度我们可以把桥梁形式分为梁式桥，拱式桥，刚架桥，吊桥和组合体系桥。拱桥，在我国桥梁史上出现较晚，但拱桥结构一经采用，便迅猛发展，成为古桥中最富有生命力的一种桥型，即使在今天，它也仍有继续发展的广阔前景。拱桥有石拱、砖拱和木拱之分，其中砖拱桥极少见，只在庙宇或园林里偶见使用。一般常见的是石拱桥，它又有单拱、双拱、多拱之分，拱的多少视河的宽度来定。一般正中的拱要特别高大，两边的拱要略小。依拱的形状，又有五边、半圆、拱尖、坦拱等之分。桥面一般铺石板，桥边座石栏杆。拱桥的形象最早见于东汉画像砖上，是由伸臂木石梁桥在发展过程中又受墓拱、水管等形状影响而产生的。文献记载见于南北朝时的《水经注》中，现存最早的实物河最具有代表性的是隋代李春设计建造的赵州桥。石拱桥的发券，明以后，尤其在清代，则盛行用整券，即“桶状发券”。拱桥在我国有悠久的历史，属我国传统项目，也是大跨径桥梁形式之一。拱桥是以承受轴向压力为主的拱（称为主拱圈）作为主要承重构件的桥梁。1.1.1关于拱的分类1.按照主拱圈的静力形式，拱桥可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱（图3拱桥形式示意图）。（1）.三铰拱是静力结构，其整体刚度较低，尤其是挠曲线在拱顶铰处产生折角，致使活载对桥梁的冲击增强，对行车不利。拱顶铰的构造和维护也较复杂，因此，三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外，一般不用作主拱圈。（2）.两铰拱取消了拱顶铰，构造较三铰拱简单，结构整体刚度较三铰拱为好，维护也较三铰拱容易，而支座沉降等产生的附加内力较无铰拱为小，因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用两铰拱。（3）.无铰拱属三次超静定结构，虽然支座沉降等引起的附加内力较大，但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀，且结构的刚度大，构造简单，施工方面，因此无铰拱是拱桥中，尤其是圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式。2.按照主拱圈的构成形式，拱又可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱（图4主拱圈的构成形式示意图）。（1）.板拱：拱圈横截面呈矩形实体截面，它横向整体性好、拱圈截面高度小、构造简单，但抵抗弯矩能力差，一般用于圬工拱桥。1972年建成的四川九溪沟桥为石砌的板拱桥，跨径达到116米，为目前世界上最大跨径的石拱桥。（2）.肋拱：拱圈石由两条或多条拱肋组成，肋与肋之间用横系相联系，拱肋形状可以石矩形、工字型、箱型或圆管形，它的抗弯能力较板肋为优，用料较省，但制作较板拱复杂，多用于钢筋混凝土拱桥或钢拱桥。1960年建成的瑞典恩斯科洛夫约桥，跨径278米，为目前最大的钢管拱桥。(3).双曲拱：60年代以后，在中国采用的一种拱式桥梁。它在横向除有拱肋外，还有由拱波、拱板等构成的小拱将整个拱圈联结成整体，它在施工时可以将拱肋、拱波预制，安装后在浇筑拱板，减轻吊装重量，并可以不用拱架，或只需用简单支架，为混凝土拱桥提供了一种新的结构形式和简便易行的施工方法。但需采取措施保证拱圈的整体性。1969年建成的河南省前河桥跨径为150米，为目前跨径最大的双曲拱桥。（4）.箱形拱：横截面可为整体多室箱形或分离箱形。混凝土或钢筋混凝土箱形拱也可采用无支架施工。它的整体性、横向稳定性和抗扭性能都较双曲拱的结构为好，但在中、小跨径时不如双曲拱简便和节省钢材。1979年建成的南斯拉夫克拉克桥，跨径为390米，时当前世界上最大的钢筋混凝土箱形拱桥。（5）.桁架拱：拱圈由桁架构成，可做成桁肋拱或肩拱形式（图5桁架拱的形式示意图）。桁架拱的材料用量较经济，但桁架的某些杆件将承受拉力，故主要用在钢拱桥或预应力混凝土拱桥中。1976年建成的美国新河桥，跨径为518米，为目前跨径最大的钢桁架桥。拱桥主拱圈沿桥跨方向的形状，可以做成横截面尺寸沿拱轴线不变的等截面拱，或者做成横截面尺寸由拱脚向拱顶逐渐变化的变截面拱。变截面拱能较好的适应拱圈内力的变化，用料较经济；等截面拱构造简单、施工方便，因而采用较普遍。主拱圈的拱轴线形状，对拱圈截面的应力大小将产生直接影响。一般尽量使拱轴线与荷载作用下的拱圈压力线相吻合，以减少截面的弯矩值。当不计拱圈弹性压缩及其他因素的影响时，拱在均匀荷载作用下的压力线为抛物线；在由拱顶向拱脚按拱轴线形状逐步增大的分布荷载作用下，拱的压力线将为悬链线；而圆弧线线形最简单，利于施工。故这几种线形成为拱桥中常用的拱轴线形状。3.拱还可按拱上建筑的形式不同而分为实腹式拱和空腹式拱。实腹式拱是将主拱圈以上至桥面间的空间全部用填料填实，一般用于小跨径的桥梁；空腹式拱则在主拱圈以上设有横桥向贯通的腹孔，一般用于中等以上跨径的桥梁。赵州桥是现存修建最早的空腹式拱桥。我国公路上修建拱桥数量最多。石拱桥由于自重大，在料加工费时费工，大跨石拱桥修建变少。山区道路上的中，小桥涵，因地制宜，采用石拱桥还是合适的。大跨径拱桥多采用钢筋混凝土箱拱，劲性骨架拱和钢管混凝土拱。钢筋混凝土拱桥的跨径，一直落后于国外，主要原因是受施工方法的限制。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，钢筋混凝土拱桥形式较多，除山区外，也适合平原地区，如下承式系杆拱桥。结合环境地形，加之拱桥的雄伟，美丽的外形，可以创造除天人合一的景观。例如，贵州省跨乌江的江界河桥，地处深山，峡谷，拱桥跨径330m，桥面离谷底263m，桥面仁立，令人叹服桥梁设计者和建设者的伟大匠心。还有刚建成的万县长江大桥，劲性骨架箱拱，跨径420m，居世界第一。1.1.2关于拱桥的设计上部结构设计包括：总体的布置；结构形式和体系的研究；材料的选择按确定的方案或比较方案进行结构分析；选定部件的具体尺寸。对新型上部结构，一般尚须经过设计的方案比较，模型试验或局部试验，然后对建成的桥跨进行现场测试和分析。桥梁结构设计曾长期使用容许应力法。这种方法不分构件种类和和使用情况，都根据名义强度，取统一的安全系数，常使多数部件设计得过于保守，而使部分构件得安全性不足。后来，开始采用荷载系数法和极限状态法等。但是，这些方法对设计参数得选择，仍然是依靠主观判断和设计经验，还不能正确反映结构的安全度。因此，近年来，随着可靠性理论的发展，以及概率理论分析工程结构安全度的应用，桥梁结构设计已有了重大的进展。对于安全度的计算，已在二次矩法和近似概率法的基础上，经过数学上的推演改进，发展成了一种新的计算方法，简称“JCSS”法。1.1.3拱桥的施工方法概述包括梁部的制造和安装架设。梁部的制造：主要有钢梁制造和预应力混凝土梁的制造。钢梁制造的工艺过程为：作样、号料、号孔、切割、钢料矫正、制孔、料件边缘加工、杆件组装、焊接或铆合、杆件矫正、钻制工地钉孔、结构式拼装、除锈并油漆、包装发运等。栓焊钢梁的制造工艺过程主要可分为：料件加工；杆件组焊，除锈节点联接处的板面处理、油漆和装运等三个过程。预应力混凝土梁制造有后张法和先张法。后张法预应力混凝土梁的制造工艺过程为：灌注梁体混凝土，穿入和张拉钢丝束、管道压浆及封端。预应力张拉体系有拉锚式和拉丝式两种。中国1958年设计了一套拉锚式体系（利用锚头进行张拉）预应力混凝土铁路桥梁标准设计。这种体系所使用的千斤顶（120吨双作用千斤顶）笨重，配件又多，安装操作不方便，劳动强度大。1975年