1. 研究目的与意义（文献综述）

目的及意义（含国内外研究现状分析）

1.1研究目的

随着我国经济的不断发展，城市化进程日益加快，对于城市市政工程建设的需求也逐渐增加。市政工程是指在城市区、镇(乡)规划建设范围内设置、基于政府责任和义务为居民提供有偿或无偿公共产品和服务的各种建筑物、构筑物、设备等。其中市政桥梁的设计在各类市政工程以及为城市生活带来便利性的设施中处于十分重要的地位。对于市政桥梁而言，主要指各等级城市道路、管道等跨越河道、湖泊、铁路及其他障碍物而设置的结构物，与公路、铁路桥梁不同之处主要是在满足使用功能的前提下更加注重景观与周围环境的协调，并且要考虑各种市政管线从桥上铺设的需求。为了更好地了解市政桥梁的设计过程以及针对设计过程中出现的各类不同于其他桥梁所要考虑的问题得出更好地解决办法，本次课题以十堰市某桥区为背景，运用所学专业知识和在老师的指导下拟设计一座市政桥梁。

1.2国内研究现状

改革开放以来，我国公路建设事业得到迅猛的发展，作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到了相应的发展，特别是近十年以来，我国大型桥梁的建设进入一个辉煌时期，一大批结构新颖，技术复杂，设计和施工难度大和科技含量较高的大跨型桥梁相继落成，标志着我国桥梁建设水平已经处于国际先列。近几年建成的特大桥梁，不少在世界桥梁科技进步中具有显著地位。诸如正在建设的重庆朝天门大桥是世界最大跨度钢拱桥，并创造了该类型桥梁十余项世界第一；苏通大桥以主跨1088m为世界第一跨度斜拉桥，同时成为世界上连续长度最大的双塔斜拉桥；润扬长江公路大桥南汊悬索桥，以1490m跨度为世界第三大悬索桥；刚通车的杭州湾跨海大桥为世界第一长跨海大桥（图一）；万县长江大桥为目前世界上跨度最大的混凝土拱桥；此外江阴长江公路大桥、香港青马大桥，其跨度分别在悬索桥中居世界第四位和第五位；南京长江二桥、白沙洲长江大桥、荆沙长江大桥、鄂黄长江大桥、大佛寺长江大桥、李家沱长江大桥等特大桥的跨度名列预应力混凝土斜拉桥世界前十位。

图一.杭州湾跨海大桥

随着科技的发展，新材料的开发和应用，在桥梁设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段，进行有效的快速优化和仿真分析，运用智能化制造系统在工厂生产部件，利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。目前，我国桥梁建设正在与国际接轨，开始向大跨、新型、轻质和美观方向发展。

（1） 越来越丰富的桥型

本世纪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。

（2） 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，非常轻盈；拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、薄板件等，这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。

（3） 最大跨径的不断突破

目前，世界上钢梁、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，钢斜拉桥的跨径已经突破1000m，钢悬索桥将超过3000m。至于混凝土桥，梁桥的最大跨径为300m，拱桥已达420m，斜拉桥为530m。

（4） 注重美学及环境保护

桥梁是人类最杰出的建筑之一，闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥，这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，重视环境保护，达到人文景观同环境景观的完美结合。

1.2.1 梁式桥

梁式桥种类很多，也是公路桥梁中最常用的桥型，其跨越能力可从20m直到300m之间。公路桥梁最常用的大跨径梁式桥主要为预应力混凝土连续箱形梁桥，70年代我国公路上开始修建连续箱梁桥，到目前为止我国已建成了多座连续箱梁桥，如一联长度1340m的钱塘江第二大桥和跨越高集海峡全长2070m的厦门大桥等。由于预应力混凝土连续箱梁它具有桥面接缝少、梁高小、刚度大、整体性强，外形美观，便于养护等在构造、施工和使用上的优点，近年来已成为建成较多的桥梁。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土。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。大跨径梁桥的上部结构大多采用箱形截面，是因为箱形截面有较大的抗扭刚度，箱梁允许有最大细长度，同T形梁相比徐变变形较小。由于嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大，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，因此，箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥。

连续箱梁桥的施工方法多种多样，只能因时因地，根据安全经济、保证质量、降低造价、缩短工期等方面因素综合考虑选择。一般常用的方法有：立支架就地现浇、预制拼装（可以整孔、分段串联）、悬臂浇筑、顶推、用滑模逐跨现浇施工等。预应力钢束采用钢绞线，可以分段或连续配束，一般采用大吨位群锚。为了减轻箱梁自重，可以采用体外预应力钢束。虽然连续箱梁桥采用预应力混凝土建造，能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理

论及施工技术上都发展得比较成熟。但由于结构本身的自重大（约占全部设计荷载的30%至60%），且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。还有大跨径连续箱梁要采用大吨位支座，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。

1.2.2 拱式桥

拱桥，在桥梁的发展史上曾经占有重要地位，迄今为止，已有三千多年的历史，当今亦因其形态美、造价低、承载潜力大而得到广泛的应用，也是大跨径桥梁形式之一，跨径从几十米到四百多米。我国大跨度混凝土拱桥的建设技术，居国际领先水平。拱桥的受力特点为拱肋承压、支承处一般有水平推力，按其建造材料来分，可分为圬工拱桥、钢筋（骨）混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥等。

1. 圬工拱桥最常见的为石拱桥，我国古代石拱桥建造就有很高的成就，如修建于公元606年的河北赵县安济桥（图二），跨径37.4m，矢高7.23m，宽约9m，在跨度方面曾保持记录达1350年之久，且至今保存完好。 圬工拱桥不便于实现工厂化施工，施工周期较长，相应的费用较高。同时，圬工材料尽管适合承压，但其自重相对于许用应力而言较大，因而不适于用作大跨度桥梁。

   图二.赵州桥

   

   （2） 钢筋混凝土拱桥为拱桥的主要形式，它分箱形拱、肋拱、桁架拱。根据近年的实践，常用的拱桥施工方法有主支架现浇、预制梁段缆索吊装、预制块件悬臂安装、半拱转体法、刚性或半刚性骨架法。我国钢筋混凝土拱桥的发展趋势为拱圈轻型化，长大化以及施工方法多样化。刚建成的万县长江大桥为劲性骨架箱拱，跨径420m，居世界第一。

   （3） 在我国自90年代以来，钢管混凝土拱桥迅速发展，现已建成跨径大于200m的十几座，最大跨径为2005年建成的重庆巫山长江大桥（主跨460m）中承式钢管混凝土双肋拱桥，为世界第一钢管混凝土拱桥。钢管混凝土钢管混凝土是在钢管内填充混凝土，使钢管和混凝土在受压方面实现优势互补：钢管借助于其内部的混凝土其抗压性能和稳定性得以增强；而内部的混凝土由于处于三向受压状态而使自身的强度得以提高。钢管混凝土更接近于一种新材料，具有强度高、塑性好、耐高温、耐腐蚀、抗冲击性能好等优点。它不仅在力学方面性能优越，而且在施工方面也有许多优点。例如钢管本身可以兼作模板骨架，不用拆模、支模，混凝土可以泵灌；钢管本身可以兼作纵筋和箍筋，卷制钢管较制作、绑扎钢筋骨架容易。

   1.2.3 斜拉桥

   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40余座。大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。整体来说，我国斜拉桥设计施工水平已迈入国际先进行列，部分成果达到国际领先水平。目前我国已建成通车的江苏苏通大桥，其主跨达到1000m以上。我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200m，数量占世界第一。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成主要承重构件，利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨内增加了弹性支承，减小了梁内弯矩，受力特点为外荷载从梁传递到索，再到索塔。选择不同的结构外形和材料可以组合成多彩多姿、新颖别致的各种形式。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢、混凝土的。主梁有混凝土梁、钢箱梁、结合梁、混合式梁。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面，拉索材料有热挤PE防护平行钢丝索、PE外套防护钢绞线索。斜拉桥的施工方法主要采用悬臂浇筑和预制拼装。

   1.2.4 悬索桥

   悬索桥是特大跨径桥梁的主要型式之一，其造型优美，规模宏伟，常被人们称为“桥梁皇后”。从1883年美国建成布鲁克林桥（主跨486m）开始，至今已有120多年历史。20世纪80年代末，世界上修建悬索桥到了鼎盛时期，建成跨径大于1000m的悬索桥17座。日本于1998年建成了世界最大跨度的明石海峡大桥（主跨1991m），将悬索桥跨径从20世纪30年代的1000m提高到接近2000m，是世界悬索桥建设史上的一座丰碑。我国在悬索桥建设方面犹如异军突起，1995年在国内率先建成了汕头海湾大桥（主跨452m），在近五年内，相继建成西陵长江大桥（主跨900m）、虎门大桥（主跨888m）、宜昌长江大桥（主跨960m）以及名列世界第四位的江阴长江大桥（主跨1385m），名列世界第五位的（公铁两用桥名列第一位）香港青马大桥（主跨1377m）等11座大跨度悬索桥。多年来，我们积累了丰富的悬索桥设计与施工经验，已建成的润扬长江大桥（主跨1490m），标志着我国悬索桥设计和施工水平已迈入国际先进水平行列。

中国桥梁在主要桥型的分布和代表性桥梁

The distribution of major bridge types in China and representative bridges

1.3国外研究现状

国外的桥梁发展较之于国内开始的时间更早，科技创新和施工工艺等方面都领先国内很多，尽管近几年来国内桥梁发展迅猛，造桥水平已步入世界先列，但我们不得不承认国外桥梁制造方面任有许多我们值得学习的地方。国外的桥梁发展已经逐渐趋于稳定，但桥梁发展的历史，是桥梁跨径不断增大的历史；是桥型不断丰富的历史；是结构不断轻型化的历史。

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。

2、桥型不断丰富

本世纪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。

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。

1.3.1梁桥

梁桥仍然是最常用的一种桥型，目前，国外跨径在15m以下，用钢筋混凝土梁桥；以上则用预应力混凝土梁桥；跨径25-40m，往往用结合梁桥或预弯预应力梁桥。从50年代德国首次采用平衡悬臂施工法修建跨径114.2m的Worms桥以后，混凝土梁桥也用于大跨径桥梁。最大的混凝土梁桥，国外是跨径270m的巴拉圭Asuncion桥。

交通运输的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的T型刚构已经不能满足要求，因而连续梁和连续刚构得到了迅速发展。连续梁的不足之处是需用大吨位的盆式橡胶支座，养护工作量大。连续刚构的结构特点是梁保持连续，梁墩固结。既保持了连续梁行车平顺舒适的优点，又保持了T型刚构不设支座减少养护工作量的优点。

对于箱梁，必要时需考虑约束扭转、翘曲、畸度、剪滞的内力。由于剪滞的影响，箱梁顶底板在受弯情况下，其纵向应力是不均匀的，靠箱肋处大，横向跨中处小。配筋时要用有效宽度。目前已按试验结果，将纵向应力按多次抛物线分布，得出实用结果。

近年来悬臂施工法中悬拼的应用有所增加。各节段间带有齿槛，涂环氧，使连接良好，并增大抗剪能力。可以缩短工期，特别是利用吊装能力大的浮吊时，可加大节段长度，则更能加快施工进度。国外悬拼最大的桥为跨径182.9m的澳CaptainCook桥。顶推施工法也处在不断发展过程，一开始是集中顶推，两侧各用一个千斤顶推动，而且用竖向千斤顶以使水平千斤顶回程。以后发展成为多点顶推，使顶推力与摩阻力平衡，使顶推法可用于柔性墩，同时也不使用竖向千斤顶。在这以后，又有下列发展：

(1)用环形滑道，不必喂氟板。

(2)支座设在梁上，不需顶推后重行设置。

(3)拉索锚具可自动开启或闭锁。梁前进时锚定，千斤回程时自动开启。

(4)在横向中央设一个滑道，避免两侧滑道时必须两侧同步，特别适用于平曲线梁的顶推。

1.3.2斜拉桥

自1955年瑞典建成第一座现代斜拉桥--跨径186.2m的Stromsund桥以来，至今已有40多年了，斜拉桥的发展，方兴未艾，具有强烈的势头，并开始出现多跨斜拉桥。结构不断趋于轻型化；从初期的钢斜拉桥，发展为混凝土梁、结合梁和混合式斜拉桥。跨径不断增大：目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为俄罗斯的俄罗斯岛大桥，主跨径为1104米，于2012年7月完工。

1.3.3桥梁基础

基础尤其是大跨径桥梁的深水基础，往往需要解决施工技术上的许多难点，也往往是控制整个桥梁工程进度的关键工程，其费用也占桥梁造价相当大的比重。

近年来，国外都修建了不少跨越大江大河、甚至跨越海湾的深水基础，取得了很大的成绩与不少新经验：大直径钢管桩、大直径混凝土灌注桩和空心桩、复合基础均得到较广泛的采用，地下连续墙已开始在桥梁基础中采用，超大的沉井也已经出现并顺利设置或下沉。这一切都标志着，桥梁基础工程技术已取得了很大的发展。

下面按基础的主要类型进行介绍。

①、大直径钢管桩、柱

大直径钢管桩用作摩擦桩，经历两个阶段：初期一般在管内浇筑混凝土，以防止钢管的锈蚀。这样做也会带来一些不利影响：需在管内取土，而对提高桩的承载能力作用不大；增大了桩的刚度，在地震时使桩顶受力增大；增加了施工难度与造价。

以后逐渐倾向于管内不填混凝土，由于管内土存在闭塞效应，因此钢管桩的承载能力比钢管外壁土壤摩阻力要增大不少。而闭塞效应的机理目前还不很清楚，因此往往通过静载试验来确定其承载力。具体实例如，日本跨径240m的滨名大桥每主墩采用49根直径1.6m钢管桩，组成水上承台。

②、沉井

沉井基础承载能力大，刚度大，可以适用于深水，但体积庞大，随着桩基的广泛采用,沉井的应用范围有所减少。不过在特大跨径的桥梁中，沉井仍为主要基础型式之一。

在大跨径桥梁的深水基础中，底节多采用浮式钢壳沉井，用双壁空心结构，浮运至墩位，灌水落床，再浇筑混凝土，接高下沉，直至设计标高。

③、大直径钻孔灌注桩

大直径灌注桩具有承载力大、刚度大、施工快、造价省的优点。国外很多采用直径2～4m的大直径钻孔桩；而且往往采用扩孔方法，直径可达3～4m，而在日本横滨港横断大桥-跨径460m的钢斜拉桥的基础中，将多柱基础嵌岩扩孔至直径10m，是目前世界最大的嵌岩直径。

在连续结构、尤其是连拱或连续斜拉桥设计中，刚度起关键作用，以减少下部构造的水平位移，减少由此引起的附加内力。这时桩基水平向承载力不控制设计，而是刚度控制设计，大直径灌注桩具有非常明显的优势。

1.4课题研究的意义与价值

于个人而言通过该课题，培养我们解决问题的能力，能够自主查阅文献，独立思考与计算，针对市政桥梁设计过程中出现的各种问题能够想出合理的解决办法，提高我们的创新意识，能够在设计过程中尝试添加一些新技术，同时让我们对国内外桥梁的建设现状有一定的认识；巩固大学中所学习到的专业知识并在设计过程中学习到其他领域的相关知识。另外通过软件建模，对MIADS等软件的熟练度提高。学会利用实际案例来提高我们解决实际问题的能力，培养我们将理论运用于实际来解决问题的综合能力。通过该课题更加培养我们的吃苦耐劳、敢于追求自我、勇于突破的精神为将来我们走向工作岗位打下坚实的基础。

于实践本身而言，是对大学生水平能力的一种测试，能够独立自主的利用所学专业知识完成该课题，并在这个过程中加深对所学专业知识的理解以及提高对将要面临的工作上的相似的问题的解决能力。此外该桥位区处于河流堆积侵蚀地貌，当地的气候水文和工程地质条件都需要被考虑在内，通过分析和计算设计出一座优质的市政桥梁，也可以为将来其他地区类似的条件下的桥梁的设计提供一个良好的参考。

2. 研究的基本内容与方案

1. 基本内容和设计方案

   2.1基本内容

   这次课题为“十堰市某市政桥梁的设计”，以十堰市发展大道中段工程神定河大桥为背景进行研究设计，该桥处于河流堆积侵蚀地貌，桥梁横跨神定河干流冲沟及汉江路，气候条件属于亚热带大陆季风性湿热气候，工程地质条件良好，对桥梁的设计影响不大。通过桥梁比选方案与对当地条件的比较选择拟设计一座连续钢构-连续梁组合结构桥梁。利用midas软件建立桥梁结构模型，分析桥梁结构施工中的应力，应变和挠度等，最后验证并完成桥梁设计。

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   3. 研究计划与安排

   1. 进度安排（2018.2.25-2018.6.16）

      3.1 第1~3周（2.25-3.17）：查阅课题相关的文献，独自编写开题报告书并交由指导老师查阅，无误后上传至教务系统；

      3.2 第4~6周（3.18-4.7）：熟悉和掌握深熟悉大跨径桥梁施工的主要工作和流程；

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      4. 参考文献（12篇以上）

      1. 参考文献

         [1] 范立础.桥梁工程.北京：人民交通出版社，2003年1月

         [2] 中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（jtg d60-2004）北京：人民交通出版社，2004年9月

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