同济大学开题报告-范例

毕业设计(论文)开题报告

（适用于工科类、理科类专业）

课题名称

副 标 题

学院（系） 土木工程学院（桥梁工程系）

专 业 土木工程（桥梁工程课群组） 学生姓名

学号

年 月 日

一、毕业设计（论文）课题背景（含文献综述）

1．课题背景

本课题为结合实际工程的真题习作，是以江阴长江公路大桥为背景，该桥主桥为双索面地锚式悬索桥。悬索桥是当代桥梁中跨越能力最大的桥梁，千米级桥梁的主要形式之一。学生通过方案比选、钢箱梁设计、缆索设计及主塔设计等，掌握结构整体受力分析、悬索桥主塔、缆索以及钢箱梁的设计等桥梁设计的主要环节，巩固和应用了所学桥梁知识，为日后设计、研究工作作铺垫。

江阴大桥位于江苏省中部，是同江到三亚沿海高速公路和京沪高速公路两条国家主干线共线后的越江工程。它是双向六车道高速公路桥，桥面净宽29.5米。长江下游的航运十分繁忙，而所选的桥位正好是该段河流最窄处，江面仅仅1.4km。为了防止船舶撞击桥墩，南塔布设在岸边，北塔设在最大水深3米的浅滩上，通航净高为50米保证了五万吨级海轮的通航。

2． 项目资料

2.1项目概述

江阴长江公路大桥位于江苏省江阴市西山与靖江市十圩港之间长江江面最窄处（仅有1.4km），它是国家2000年前建成“两纵两横”公路骨架中同江至三亚国道主干线以及北京至上海国道主干线跨长江的“咽喉”工程，对于沟通大江南北，促进长江三角洲乃至整个华东地区经济和社会的发展具有十分重要的意义，在国家公路主骨架中占据着重要的地位。

2.2自然条件

桥址位于长江干流下游的江阴河段，江面两端宽中间窄，尤以西山鹅鼻嘴突出江中为天然节点，上下游的河势呈南凸的微弯，河道南岸由于基岩临江，形成抗冲性强的岸线，北岸为高漫滩冲击平原，水流的冲力弱，河床断面呈V形，深泓贴靠南岸且长期保持不变。本河段为感潮河段，水流既受长江径流控制，又受海洋潮汐影响，水位每日两涨两落，径流小时能出现往复流。

江阴属于亚热带季风气候区，春季阴冷多雨冷暖交替，间有寒潮；夏季梅雨明显，酷热期短；秋季受台风低湿影响，秋旱或连日阴雨相间出现；冬季严寒期短，雨日较多。

地质表层为第四系覆盖层，下伏基岩多为三叠系灰岩，风化程度较弱，但北岸的覆盖层厚度较大。

2.3主要技术参数

（1）道路等级：高速公路；

（2）设计荷载：汽车—超20级计算，挂车—120验算； （3）设计车道：双向六车道；

（4）桥梁宽度：2.2m（检修道）+1.5m（风嘴）+2.5m（紧急停车带）+11.25m(行车道)+2.0m(中央带)+11.25m(行车道)+ 2.5m（紧急停车带）+1.5m（风嘴）+2.2m（检修道）=36.9m。

（5）设计车速：100km/h； （6）桥面纵坡：不大于3％；

（7）桥面横坡：车行道2％双向坡；检修道1.5％反向坡； （8）通航要求： ①设计水位：

最高通航水位：采用重现期20年的最高潮位，为+4.99m（黄海高程）； 最低通航水位：采用98%保证率的最低潮位，为-1.02m（黄海高程）； ②桥下净空尺度：

5万吨级巴拿马型船或16×3000吨顶推船队：净高50m（包括2m富裕），净宽380m（双向通航）和220m（单向通航）；

江轮：净高24m，净宽160m；

设计采用桥下净空50m+3.5m（预留主梁挠度）； （9）设计洪水频率：300年； （10）设计基准期：100年。

3. 文献综述

江阴位于中国华东，江苏省南部，长江三角洲太湖平原北端，枕山负水，襟带三吴，处于“苏锡常”金三角的几何中心，城江同在，有“延陵古邑”、“春申旧封”、“芙蓉城”之称。江阴位居中国县域经济之首，是城镇经济的领航者，同时地处长江咽喉，历代兵家必争，是大江南北的重要交通枢纽和江河湖海联运换装的天然良港。

江阴长江公路大桥的建设时党中央、国务院实施上海浦东开发开放，带动长江三角洲乃至整个长江流域经济发展战略的一项重大决策，也是江苏省苏南经济发展向苏北辐射延伸、缩小苏南苏北差距、实现江苏省区域经济共同发展的重要举措。

江阴长江公路大桥为跨江大桥，主跨跨径较大，并且桥址处的航运非常繁忙。综合考虑跨径、通航、地质等方面的要求选定斜拉桥和悬索桥两种跨越能力较大的桥型作为备选方案。

3.1悬索桥

悬索桥，又名吊桥（suspension bridge），是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、桥塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，根据理论分析，就目前的建材水平，悬索桥的最大跨径可达到3500m左右。下表是当今已建成的千米级悬索桥。

排名 1 2 3 4 5 世界大跨经悬索桥一览表 桥名 主跨（米） 国家 明石海峡大桥 1991 日本 西堠门大桥 1650 中国 大贝尔特东桥 1624 丹麦 润扬大桥 1490 中国 恒伯尔桥 1410 英国 修建完成年代 1998 2009 1998 2005 1981 6 7 8 9 10 11 12 江阴长江大桥 青马大桥 费雷泽诺桥 金门大桥 Hoega Kusten桥 梅克金海峡大桥 南备赞濑户大桥 1385 1377 1298 1280 1210 1158 1100 中国 中国 美国 美国 瑞典 美国 日本 1999 1997 1964 1937 1997 1957 1988 1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。同时，由于悬索桥一般体积较大，施工工艺较复杂，需注意施工控制的准确性和实时性。

桥塔也称为主塔，它是支承主缆的重要构件。悬索桥的活载和恒载（包括桥面、加劲梁、吊杆、主缆及其附属构件如塔顶鞍座和索夹等重量）通过主塔传递到下部的塔墩和基础。主缆是通过塔顶鞍座悬挂在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁（包括桥面）的恒载，除此之外，它还分担一部分横向风荷载并将它直接传递到塔顶。索夹位于每根吊索和主缆的连接节点上，实际它是主缆和吊索的连接件。索夹以套箍的形式紧固在主缆上，它在主缆上夹紧后产生一定的摩阻力来抵抗滑移，从而固定了吊索与主缆的节点位置。同时，也是固定主缆外形的主要措施。吊索是将活载和加劲梁（包括桥面）的恒载通过索夹传递到主缆的构件。它的上端与索夹相连，下端与加劲梁相连。加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形。桥面上的活载及加劲梁的恒载通过吊索和索夹传至主缆，加劲梁是悬索桥承受风荷载和其他横向水平力的主要构件。鞍座是塔顶承受主缆的重要构件，通过它可使主缆中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀地传给塔顶。除了主塔的鞍座外，主缆在进入锚锭之前还必须通过散索鞍座讲主缆分散后以索股作单位分散锚固。锚锭是将主缆中的拉力传递给地基的构件，通常分为重力式锚锭和岩隧式锚锭。重力式锚锭依靠巨大的重力来抵抗主缆的垂直分力，水平分力则由锚锭与地基之间的摩阻力或嵌固阻力来抵抗。

悬索桥施工过程中必须对塔柱弯矩、主缆线形及加劲梁线形加以监控，使成桥时塔柱基本只承担竖向力，主梁线形达到道路线形要求。同时要注意空缆状态下主缆的中跨和边跨均为悬链线，加劲梁安装完毕后重力分布接近于均布荷载，主缆线形接近于二次抛物线。两种线形之间转换时，主缆将向中跨移动，加劲梁架设期间，塔顶索鞍应能沿纵桥向移动，待加劲梁架设完毕后再与塔顶固结。

悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，国内除苏通大桥、香港昂船洲大桥这两座斜拉桥以外，其它的跨径超过1000m以上的都是悬索桥，如用自重轻、强度很大的碳纤维作主缆理论上其极限跨径可超过8000m。悬索桥的历史古老，早期热带原始人利用森林中的藤、竹、树茎做成悬式桥以渡小溪，使用的悬索有竖直的，斜拉的，或者两者混合的，公元前三世纪，在中国四川境内就修建了“笮”（竹索桥），而到了早在公元前50年（即汉宣帝甘露4年）已经在四川建成长达百米的铁索桥。

悬索桥的跨径增大，动力问题将是一个突出的矛盾，所以，对特大跨桥梁，已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉式”桥型。在国外这种桥型目前还停留在研究之中，并未付渚

实施。然而，在我国贵州省乌江1997年底建成了一座用预应力钢纤维混凝土薄壁箱梁作为加劲梁的吊拉组合桥，把桥梁工作者多年梦寐追求的桥型付诸实现，这是贵州桥梁工作者的大胆尝试，对推动我国乃至世界桥梁建设都有巨大作用。乌江吊拉组合桥，经过近两年运行和测试，结构性能良好，特别是两种桥型交接部位的处理，可见这种桥型较合理。

近代中国的悬索桥发展，自1938年，湖南建成第一座公路悬索桥，可运行10吨汽车，随后又有一批公路悬索桥建成。新中国成立后，共建成70多座此类桥，但跨径小，宽度窄，荷载标准低，发展大大滞后。90年代后，中国悬索桥掀开了新的历史篇章。主跨452m的广东汕头海湾大桥被誉为中国第一座大跨度现代悬索桥，其主跨位居预应力混凝土加劲悬索桥世界第一；西陵长江大桥，主跨900m，是国内自主设计的第一座全焊接钢箱加劲梁悬索桥；江苏江阴长江大桥，主跨为1385m的钢箱加劲悬索桥，列为世界第五的大跨径悬索桥；2005年竣工的江苏润扬长江公路大桥南汊大桥，主跨为1490m，为世界第三的大跨径悬索桥；不久前竣工的舟山西堠门跨海大桥，主跨1650m，位居世界第二。可见，我国已进入了世界先进行列。

3.2斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥，由索塔、主梁、斜拉索组成，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。

现已建成的斜拉桥桥塔有独塔、双塔和三塔式，以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。 斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。钢绞线斜拉索目前在汕头石大桥采用，钢绞线用于斜拉索，无疑使施工操作简单化，但外包PE的工艺还有待研究。

斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。近年来，开始出现自锚和部分地锚相结合的斜拉桥，如西班牙的鲁纳（Luna）桥，主桥440m；我国湖北郧县桥，主跨414m。地锚体系把悬索桥的地锚特点融于斜拉桥中，可以使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件，灵活多样，节省费用。 斜拉桥的施工方法：混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装；钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板，工厂焊接成段，现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊结合。

斜拉桥的最大缺点是在设计和施工过程中的索力大小控制，特别是当拉索过长时，由于斜拉索的非线性影响，将大大增加梁和塔的弯矩，因此需要对斜拉索的非线性动力性能按空间体系进行分析研究。除此之外，超大跨径的斜拉桥受活载、地震、风等的影响非常大，需在设计和建造中采取相应的措施。

世界上建成的著名斜拉桥有：苏通长江大桥（主跨1088m），法国诺曼底斜拉桥（主跨856米），南京长江二桥南汊桥钢箱梁斜拉桥（主跨628米），以及1999年日本建成的世界最大跨度的多多罗大桥（主跨890米）。 我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有50余座跨径大于200米。20世纪80年代末，我国在总结加拿大安那西斯桥的经验基础

上，1991年建成了上海南浦大桥（主跨为423米的结合梁斜拉桥），开创了我国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家，在世界10大著名斜拉桥排名榜上，我国有8座，尤其是苏通长江大桥主跨1088m，排名第二。

二、毕业设计（论文）方案介绍（主要内容）

1、方案设计与比选

江阴长江大桥的桥位选择在江阴的西山到靖江老十圩港东侧，此处江面最窄，仅为1400米。南岸是山体，有利于大跨桥梁的基础工程和引道工程，河道在此处是稳定的，但是江面最窄，为了便于泄洪和海轮入江以及不影响河势，希望江中的桥墩越少越好。根据以上的条件，经过比较确定出三种较为合适的方案如下：

方案一：主跨1385米悬索桥方案。单跨简支悬索桥，孔径布置为336m+1385m+309m，两边跨为两个独立的预应力混凝土连续梁，主缆直接拉到两锚锭上。

方案二：主跨1200米悬索桥方案。两跨连续钢箱梁悬索桥，孔径布置为430m+1200m+265m，南部锚锭可借助天然山体建造，为了保证北岸锚锭的安全北锚碇建立在长江大堤岸侧130m以外的地方。北跨较长，采用钢箱梁悬挂方式，南跨布置独立的预应力混凝土连续梁，主缆直接拉到重力式的锚锭上。

方案三：主跨900米斜拉桥方案。三跨钢箱梁斜拉桥，孔径布置为287m+900m+287m，在长江中需建立两桥塔，伴随需要建设两个深水基础，拉索锚固在梁体上。

首先，方案三主跨距离最短，从跨径上讲经济性好，但会影响通航能力。同时，南岸坡度较陡，江水深达60米，水中不宜设桥墩。北岸第四纪覆盖层深达七八十米，岩层埋置较深，因而地基条件较差，尽可能做一些轻型结构，减小基础受力。因此，若采用主跨900米斜拉桥方案，需要建设两个大的深水基础，增加建设费用，增大桥梁建设的风险。故斜拉桥方案不适合。

从造价上看，主跨1385米的悬索桥要比主跨1200米的悬索桥造价低。北岸的水深较小，因而可以避免建造深水基础，节省造价，增加工程的安全性，因而比较而言，主跨1385米的悬索桥更适合该工程。

2、设计方案总体布置与构造设计

根据各项工程技术指标，确定具体跨径大小、桥面竖曲线、箱梁底曲线等总体布置方案。根据设计经验数据拟定跨度比、垂跨比、宽跨比、高跨比、加劲梁的支承体系等，然后拟定主塔、主缆以及主梁的具体构造尺寸，并配置吊杆。

桥梁孔径的拟定主要根据泄洪的要求，分孔的主要依据是通航要求，地质和地形条件，水文状况，技术经济条件和美观的要求。桥面标高在路线纵断面设计中确定或根据设计洪水位、桥下通航净空来确定。基础底面标高主要取决于地基的地质条件和河流的冲刷深度。

采用三跨对称式大跨度悬索桥的跨度比一般为0.3～0.5，单跨或双跨的悬索桥跨度比大约在0.2～0.32之间。大跨度悬索桥主缆的垂跨比大约在1/8.94～1/12之间，宽跨比大约在1/40～1/60之间。桁架加劲梁的高跨比（h/L）在1/180～1/70之间，梁高一般为8～

14m；箱型加劲梁的高跨比（h/L）大体在1/400～1/300之间，梁高h一般为2.5～4.5m。同时，箱型加劲梁的高宽比一般控制在1/7～1/11。

3、施工方法设计

大跨度悬索桥的施工顺序一般为：基础结构施工、桥塔索鞍以及锚碇施工、猫道和主缆架设施工、加劲梁施工。

混凝土索塔的施工方法主要有滑模法、翻模法、爬模法等，江阴长江大桥的混凝土桥塔主要采用爬模法施工。

猫道和主缆的架设施工过程又分为：引导索的架设施工、牵引索的架设施工、主缆的架设施工。其中，引导索的架设主要有5种方法，分别为：水中渡海法、浮子法、空中渡海法、火箭抛绳法、直升飞机索引法；猫道又分为分离式猫道和连续式猫道；主缆的架设方法主要有：空中纺线（AS）法和预制丝股（PPWS）法。江阴长江大桥主缆的架设采用了PPWS法。

钢桁梁加劲梁的架设施工可以采用移动式起重机、缆索吊机或大型浮吊架设；而钢箱梁的架设一般用缆索起重机。

综上所述，最终选择的方案为：主桥桥跨布置为336m + 1385m + 309m，主跨为带风嘴的钢箱梁，两边跨是与钢箱梁等高的预应力混凝土连续箱梁。

三、毕业设计（论文）的主要参考文献

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四、审核意见

指导教师审核意见：（针对选题的价值及可行性作出具体评价） 指导教师签名 年 月 日 专业审核意见： 负责人签名 年 月 日

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