毕业设计指导书
土木工程专业毕业设计指导书
(道路工程方向)
一、目的和要求
(一)目的
毕业设计是一个重要教学环节,也是学生在学校完成技术员基本训练的一个重要阶段。学生在学完基础课、技术基础课、专业课以后,在教师指导下独立完成一段公路设计任务,通过毕业设计综合运用与巩固已学完的技术基础知识与专业知识,培养分析问题与解决实际问题的能力,发展学生智力,为毕业后能较快的适应工作需要打下基础。
(二)要求
1、设计中学生根据所给资料及查阅补充的必要材料,认真分析研究,拟定设计方案。经过计算对比,进行必要的修改后完成最后的设计成果。设计成果包括设计图纸,计算过程和结果,以及设计说明书;
2、学生应在教师指导下独立思考、独立完成设计,并以此作为评定成绩的依据。允许同学间相互研究讨论,但不得搬用和抄袭他人的成果;
3、图纸要保持整洁,说明书要有条理,简单明了,计算数据要准确;
4、毕业设计所需文具:比例尺1根、三角板一付(22cm )、圆规一支、分规一支以及计算纸、计算用稿纸和说明书用纸和铅笔、橡皮、小刀等;
5、毕业设计可采用道路CAD 设计软件(纬地5.82数模版)辅助完成,要求对该软件能熟练应用。
本次毕业设计包括下列几方面内容:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8) 公路技术等级的确定;公路平面设计(纸上定线);“技术标准”中几何指标的选择与计算;公路纵断面设计;公路横断面设计;公路排水或防护工程设计;路面设计;工程概算。
二、毕业设计的步骤、方法和深度
(一)技术等级的确定
公路技术等级的选用应根据公路网的规划,从全局出发,适当考虑远景发展的交通量,结合公路的使用任务和性质综合确定。因此,公路技术等级的选用是一项比较复杂的问题,一般由上级有关交通部门确定。本设计综合考虑了多方面因素,将在毕业设计任务书中指定。
(二)纸上定线
1、拟定路线走向
在给定的地形图上根据指导老师提供的主要控制点研究线路总体布局,分析地形、地质(本设计暂不考虑)及地物等情况,选择地势平缓、山坡顺直、河谷开阔等有利于展线的地点,拟定线路各种可能的走向。
2、试坡
当遇到纵坡的限制较严时,必须用平均纵坡i 沿各种可能的走向由上而下进行试坡,设等高线间距为h ,取计算等高线的平均长度a ,a =h /i ,用量规开度为a (比例与地形图同),在图上试坡,得出均坡线。
3、定导向线
分析均坡线,结合地形、地物及艰巨工程等情况,选择相应的中间控制,从而调整控制点相应线路的纵坡,重新试坡,得出导向线。
4、修正导向线
参照导向线作平面试线,注明平曲线半径,量出地形变化点桩号及标高,绘制纵断面图。并设计纵坡,得出各桩位概略设计标高。并用“横断面控制”的方法修正导向线。
5、定线
在所定向线的基础上,参照各“经济点”和“活动点”的位置,按规定的技术标准反复试线才能得到满意的结果。
6、纵断面设计
路线确定后,量出路中心线穿过每一等高线的标号和高程,绘制纵断面图和进行纵断面设计。纸上定线是个反复试定的过程,试线修改次数越多,最后所定路线的质量相对来说越高,直至取得最佳线路方案为止,纸上定线工作才能算完成。
7、要求
根据纸上定线的特点,本次毕业设计要求在最后上交毕业设计成果时,必须把纸上定线过程中的有关底稿一并上交,作为评定成绩的依据。
(三)公路平面设计
1、圆曲线半径的设计
1)确定圆曲线半径的原则
①各级公路的圆曲线半径应尽量采用较大的半径,在一般情况下,宜选用大于《标准》所规定的该级一般最小半径。只有当地形、地物或其他条件限制时,方可采用小于一般最小半径,不要轻易采用极限最小半径。
②圆曲线半径的选定,除要与弯道本身所在位置的地形、地物条件相适应,使曲线沿理想的位置通过外,还要考虑与弯道前后的线形标准相协调。
③圆曲线半径过大也失去意义,因此最大半径不宜超过10000m ,以利于设计与施工。
④各级公路不论转角大小,均应设置曲线(包括圆曲线和缓和曲线)。
2)确定路线导线交点转角
首先在地形图上,从起点由左向右编写转角号,即JD 1、JD 2、JD 3……。确定路线导线交点转角要用正切法。不得用量角器直接量取。
3)考虑圆曲线半径选定的原则和转角值,确定该路段每个交点的圆曲线半径,并计算或查曲线测设用表确定圆曲线要素。
2、缓和曲线的设计
对各交点处圆曲线半径进行分析,当圆曲线半径小于不设超高的圆曲线最小半径,应在该交点处圆曲线两端设置缓和曲线,缓和曲线计算步骤如下:
1)确定缓和曲线最小长度,采用数值较大者,并用整5米倍数;
2)计算切线角、缓和曲线常数p 和q ;
3)计算有缓和曲线的单曲线的切线长T h 、曲线长L h 、外距E h 、超距D h 。
3、确定路线桩号
在实际路线测量时,用钢尺丈量直线距离,设置整桩与加桩,在交点处设置平曲线。在进行毕业设计时,是在地形图上由路线起点从左向右用比例尺(1∶2000)量距,桩距采用50米,加桩视地形变化而定,加桩采用整米数。
1)直线上整桩(50、100……)与平面线基本的量法如下:
①从路线起点用比例尺(1∶2000)沿路线中线由左向右量距,每隔50米处用铅笔垂直中线方向画一小横线,在百米处紧靠路中线上方用铅笔写上1、2、3……,即里程K0+100、K0+200、K0+300……,一直量至第一个交点(JD 1)处。
②确定平曲线基本桩位置和桩号
用比例尺从交点JD 1处沿导线向回量T 或T h ,得圆曲线或第一缓和曲线起点位置,沿路线前进方向中线量T 或T h ,得圆曲线或第一缓和曲线的终点位置,沿交点JD 1的分线向圆心方向量外距E ,得曲线中点位置。
③计算曲线基本桩桩号
按圆曲线基本桩桩号计算格式计算ZY 、QZ 、YZ 桩号,按基本桩桩号计算格式计算ZH 、HY 、QZ 、YH 和HZ 桩号。
④将基本桩桩号(如ZY K0+233等)用铅笔垂直中线方向标在曲线外侧(QZ 桩号可不标出)。⑤再以YZ 或HZ 为准,以同样方法向路线前进方向量取直线上整桩和平曲线上的基本桩,直至路线终点。
2)路线加桩。
毕业设计要求一般只设置地形加桩,在路线范围内,纵向与横向地形有显著变化处,应钉设地形加桩。还应注意,在平曲线上地形变化处也应设加桩。
4、直线曲线及转角表和路基设计表的填写
1)路线各交点转角、圆曲线半径、曲线要素和曲线上基本桩设置完毕后,应将上述有关数据填写在“直线曲线及转角表”内。它包括交点号、交点桩号、转角度、曲线各部分数值、曲线位置(桩号)、直线长度及方向角和测量断链等22项。毕业设计一般只填写1~17项。该表交点号先填写起点,再填写JD 1、JD 2……,最后填写终点。表中第16项为直线长度L ,是指两交点间的直线部分长度,其值为相邻两平曲线起、终点桩号之差。如JD 23
桩号为K0+846,则JD 2~JD3之间直线长度为:L =(K0+846)-(K0+625)=221m 。路线起点到JD 1间的直线长度和最后一个交点JD n 到路线终点之间的直线长度如何计算,请设计者自行考虑。
2)路线的整桩、加桩和曲线基本桩桩号随时记在草稿纸上,再填写在“路基设计表”的1栏中。此时,还可以完成该表2、3栏。
5、超高与加宽的设置
1)超高
当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时,根据公路等级、地形和圆曲线半径值,确定曲线部分全超高值。
超高缓和段或缓和曲线上整桩或加桩的超高值计算,以绕内边轴旋转的公式计算。路拱横坡值可根据公路等级选用。
2)加宽
当圆曲线半径等于或小于250m ,应在平曲线内侧加宽,双车道路面设置的全加宽值可按“公路平曲线加宽值表”选用,由三条以上车道组成的行车道,其路面的加宽值应另行计算。
超高缓和段或缓和曲线上整桩或加桩的加宽值计算,以线性正比例计算。
3)将超高、加宽计算值(按相应桩号)填入“路基设计表”15~19栏中。
6、有关平面视距保证,可在横断面设计中考虑
(四)公路纵断面设计
1、点绘纵断面图
在米厘方格纸上点绘出里程、桩号、直线与平曲线、地面高程和地面线,并将桥涵、地质土壤与纵坡设计有关资料在纵断面图纸上标明。横坐标比例尺用1∶2000,纵坐标采用1∶200。
1)每个毕业设计题路线里程大约2~3km,需米厘方格纸一张。将米厘方格纸从中间水平方向裁成两张。纵断面图幅尺寸、表头和图标等要求由指导老师根据交通部公路局1987年发布文《公路工程基本建设项目设计文件图表示例》具体指定。
2)各桩号地面标高的确定
在实际设计中,各桩号的地面标高由水准测量提供,进行毕业设计时,各桩号地面高程从地形图上相应桩号位置确定,即该桩号位置在某相领两条等高线之间,用内插法确定高程,举例如下:
若图有K1+700、K1+765、K1+800三个桩,则其各桩高程为:
①K1+700桩在等高线304和306之间,沿路线方向两等高线间距为1.6cm ,K1+700桩距304为0.42cm ,而等高距为2m ,则K1+700地面高程为:304+(2×0.42)/1.6=304+0.525=304.525≈304.53(取小数点后两位)
②K1+765在等高线308和310之间,沿路线中线方向两等高线间距1.1cm ,K1+765桩距310为0.35cm ,等高距为2m ,则K1+765桩地面高程为:310+(2×0.35)/1.1=310+0.636=309.364≈309.36
③K1+800正好在312上,其高程为312。
3)各桩地面高程确定后,随时填入路基设计表第12栏对应位置上。各桩高程确定并填入路基设计表后,就可根据地面高程将各桩点绘在纵断面图上。
应注意:在标出纵向坐标整10米高程前,应注意每张图各桩高程中,最大高程与最小高程两
个桩的高差是多少,这样即可将纵坐标整10米高程摆在适中位置,避免纵断面地面线过于靠上或靠下。
2、标出控制点
由于本设计为学生实训性质,不是实测资料,不必考虑过多问题,仅给出路线起终点标高。
3、纵坡设计(拉坡)
纵坡设计应考虑一般规定与要求以及纵断面图布置有关内容,具体拉坡方法见相关教材,若将试定纵坡线、调整纵坡线和确定纵坡线合并,需采用两块三角板推出坡度的方法。若同时考虑“根据横断面图进行核对纵坡线”,需事先绘出各桩横断面地面线(见横断面设计)。
利用两块三角板推坡度的方法:(以下为二级公路采用三角板推坡度的过程,供参考)
1)在设计某段纵坡的地面线下(靠近地面线),在米厘方格纸上选择水平100m 。
2)用一块三角板在左下方对准1点,在右方纵坐标AB 线上选择一点2,2-A=1.8cm,1点固定不动,将三角板同时对准2点,此时三角板边线相当纵坡3.6%。
3)将第二块三角板放在第一块三角板的下面(靠紧),固定不动。此时用手向左推第一块三角板(三角板向上升)至地面线附近,此时第一块三角板仍可上下移动(第二块三角板不能动),观察在3.6%纵坡情况下,是否符合纵断面设计有关规定与要求(控制坡长、土石方平衡等)?若符合要求,则3.6%纵坡即为此段试定纵坡。根据地形要求和下一段地形变化情况,在右方选择一合适的转坡点(放在整10米的位置上)。
4)若3.6%总坡不符合要求,需将纵坡增大或减小,则再将第一块三角板拉回原处,1点仍不动,调整2点位置,改变纵坡大小,调整纵坡线,再将第一块三角板推上,直至得到合适的纵坡为止。
5)当纵坡和转坡点为止确定后,就可沿第一块三角板上边用铅笔轻画一条线至转坡点,此时即为第一段纵坡线。用铅笔在纵坡线上记下纵坡值和坡长。
6)用同样的方法确定以后各段纵坡线。
在拉坡时要注意2点:①再推第一块三角板时,第二块三角板必须保持不动,否则将改变选择的纵坡。②在试定、调整纵坡前,必须熟读“公勘”教材有关纵断面设计的内容、规定、要求和方法,否则考虑不周密会出现漏洞。
4、计算转坡点和各桩高程
纵坡和转坡点确定后,即可计算转坡点和各桩高程,先计算转坡点高程,再计算各桩高程(起点控制点高程已给出),并将各桩高程填入“路基设计表”第7栏内。此栏为未计竖曲线之设计标高。
5、竖曲线设计
1)先计算凸形、凹形竖曲线小半径(根据不同路线等级确定停车视距),再根据竖曲线设计原则选择“各转坡点竖曲线半径”。
2)计算各竖曲线要素
计算各竖曲线要素,并填写“路基设计表”中的5、6栏。
3)计算竖曲线上各桩距切点距离和改正值,并将有关数值填入“路基设计表”第7~10栏。
6、填挖高度计算
计算设计标高、填挖高度和施工时中桩填挖高度,并将有关数值填入“路基设计表”第11、13、
7、在拉坡时,还应考虑平、纵配合
8、应将纵断面设计所考虑的具体问题写在说明书中
(五)横断面设计
1、点绘横断面地面线
横断面的比例尺采用1∶200(纵、横)。在实际测设时,横断面地面线是由测设队实测的,毕业设计中按如下方法绘测。
1)设计要求对选出的1公里路线,逐桩绘出垂直中线两侧和20米范围内地面线。
2)将三角板或比例尺垂直中线放在某一桩上(从起点桩开始),此时某桩地面高程已知,从三角板或比例尺上与等高线相交处读出水平距离与高差(以路中线为原点,左右各20米范围内)。注意:此时地形图上比例尺为1∶2000。现以指导书“纵断面设计”一节为例:
求K1+700桩横断面地面线——将三角板或比例尺放在K1+700桩上,并与路中线垂直。
①左0.13cm 与304等高线相交,水平距离为20×0.13=2.6m,高差为K1+700地面高程304.53-304=0.53m。
②左0.5cm 与302等高线相交,水平距离为20×0.5=10m,高差为304.53–302=2.53m。
③左1cm 与302等高线相交,水平距离为20m ,高差为304.53–300=4.53m。
由上例可知,所求水平距离与高差以切割的等高线为准,但需注意,此时所用比例为地形图比例1∶2000。中线右边20m 的水平距离与高差求法同上。
3)将水平距离与高差(以路中线为准)按1∶200比例尺点绘在米厘方格纸上,各点边线即为横断面地面线。
4)若采用105×75厘米方格纸,横向截开为两张,每张约为50×75,以75cm 边为水平方向绘制横截面地面线。水平方向可在10、25、40、55和65cm 安排5行,其中地面线相互有干扰,对设计影响不大,竖直方向每隔5cm 绘一图,即将地面线中心线置于5、10、15cm……处,但上、下各留5cm 空余。
5)绘制横断面地面线时,从图纸左侧10cm 竖直行开始,由下向上排列桩号,第二行亦从下向上排列桩号。此要求与野外实测横断面地面线相同。
若不是采用50×75厘米方格纸。其横竖间隔尺寸与上述要求相同。
2、设计横断面设计线(戴帽子)
1)挖方路段或填方高度小于50cm 地段的边沟尺寸,可统一采用梯形。底宽50cm 、深50cm ,若拟定为石方地段,可统一采用三角型或矩型边沟。
2)挖方路段一般采用土质挖方,亦可选择土石混合挖方,则需拟定土石方分界线。
3)路堤边坡一般采用1∶1.5,路堑边坡可参照“公勘”教材选用,也可按当地经验数字选用。
3、土石方计算与调配
1)先将路线桩号(1公里)填入“路基土石方数量计算表”中。
2)按积距法计算土石方填挖面积。先将填、挖面积记在横断面图下方,待填、挖面积全部计算完毕,再将填挖面积分别填入“路基土石方数量计算表”2~4栏,计算平均面积和距离,并填入5~8栏。注意:土石方面积采用小数点一位,距离采用整米数。
3)计算土石方体积,并将体积数字分别填入“路基土石方数量计算表”9~23栏。
①土石方体积采用整方数,绝不能用小数。
②土石方应分别计算,挖方、填方应分别计算。
4)根据相邻两断面的填挖方体积,计算“本桩利用”、“填缺”和“挖余”,并分别填入“路基土石方数量计算表”24~29栏。
5)在进行纵向调配前,先计算经济运距和选择运输工具。在计算经济运距时,借方单价(即挖方单价)D ,超运运费单价T 可采用“预算定额”中相应的工日数,也可采用当地的单价或老师指定。
6)经济运距确定后,即可按“远运利用纵向调配示意”和“土石方调配的一般要求”、“调配方法”进行土石方调配。注意:要利用相应的校核公式校核。
7)纵向调配完成后,将借方、废方和总运量填入“路基土石方数量计算表”31~36栏中。
8)计算计价土石方数量。
4、绘制典型横断面图
这里要特别指出的是以上介绍的方法主要针对手工线路设计,事实上随着计算机应用的普及,公路平面、纵断面和横断面的设计绘图以及相关计算,可借助“纬地”CAD 软件系统完成,但前提条件是必须掌握以上给出的设计及计算方法,同时要熟练掌握“纬地”软件并能正确输入设计公路的平面、纵断面和横断面数据;另外在毕业设计说明书中,对于线路设计这一部分所有涉及的计算公式都必须罗列出来,若相关的数据表格可由“纬地”软件直接生成,也需插入到说明书的相关位置,同时这些数据也必须能由前面罗列的公式计算校核。
(六)路基设计
本毕业设计只要求进行路基排水设计或路基防护设计。以路线所经地区的地形图、纵横断面设计图为基础,参照“路基路面工程”教材第五、六章路基的防护与加固和第七章路基路面排水设计有关内容。
1、路基排水设计
1)在进行排水设计时,要以“路基路面工程”教材路基排水设计原则为基础,只考虑地面排水,无需进行排水沟渠水力计算。
2)按教材中地面排水设计和排水系统设计有关内容,以及地形图、纵断面图等资料进行全线综合排水设计,即考虑全线边沟、排水沟、截水沟位置,起讫桩号、纵坡、排水方向等。
2、路基防护工程
根据地形图、纵横断面图,在横断面设计1公里范围内考虑路基防护与加固问题。主要参照“路基路面工程”教材有关内容。在横断面设计1公里范围内,若有路基防护与加固问题,需绘制防护与加固工程图。
若在横断面设计1公里内需设挡土墙,按“路基路面工程”教材有关内容,并参照算例,进行挡土墙尺寸拟定,挡土墙布置、土压力计算和挡土墙稳定性验算,并绘制挡土墙平、纵、横断面图。
(七)路面设计
本次毕业设计根据公路等级、交通量和交通组成、当地自然条件,以及地质土质、水文等条件,进行柔性路面设计。请参照“路基路面工程”教材中沥青路面设计和水泥混凝土设计及公路路基土及
土基干湿类型有关内容。
1、路面设计原则
路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件,密切结合当地实践经验,进行路基路面综合设计,应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则,比选路面结构设计方案。在条件许可下,优先选用便于机械化和工厂化施工的方案,使设计具有技术先进、经济合理、安全适用。
2、确定路面等级和面层类型
路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。
3、确定标准轴载与轴载换算
4、划分段落,确定土基回弹模量
根据任务书所给条件,查公路自然区划图可确定该路段所在区域。
1)划分段落主要从不同路基土组和路段干湿类型考虑。不同土组以纵断面设计中所分段落为准。因毕业设计无实测资料,土基干湿类型可按如下方法确定:
①确定临界高度
临界高度指在不利季节,土基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时,路槽底距地下水位或表积水水位的最小高度。当缺乏实际资料时,干燥、中湿、潮湿状态的路基临界高度(H 1、H 2、H 3)可按“路基路面工程”教材提供的数据选用,实际路基高度可见纵断面图和路基设计表,地下水位深度可根据地形图并结合纵断面图在地势低洼和路基填土高度较低(<0.5m )地段自行拟定,可假设地下水位距地表面0.5~1m。
②确定平均相对含水量ω
划分土基干湿类型以ω为主,在新建公路种,因无法实测求得ω,毕业设计中,可拟定如ω<0.57或0.6为干燥路段(地势较高路段)、ω=0.65为中湿路段、ω>0.7为潮湿路段。但为减轻毕业设计工作量,根据土组和干湿类型划分的段落不可过多,一般同一土组划分路基干湿类型2种即可。
2)确定土基回弹模量
根据ω,确定不同土组的土基回弹模量值。
5、路面结构设计
对于沥青路面设计应包括以下内容:
1)结合任务书所给材料供应情况和公路等级,拟定路面结构方案、确定材料回弹模量。
2)确定路面容许弯沉值
3)确定路面厚度,沥青路面在计算路面结构层厚度时,考虑以弯沉为设计标准的路面结构计算方法,并验算弯拉应力。路面厚度可用图解法按容许弯沉值计算。其步骤如下:
①计算综合修正系数F ;
②计算理论弯沉系数αL ;
a)计算实际弯沉系数αS ;
b) 计算理论弯沉系数αL ;
③计算路面结构层厚度H (或h );
④验算弯拉应力。
4)若采用双层体系应力和弯沉计算,可参照“路基路面工程”教材。
对于水泥混凝土路面设计应包括以下内容:
1)路基和基(垫) 层的结构组合设计;
2)混凝土面板的平面尺寸确定和板厚计算,混凝土板厚的计算步骤:
①收集交通资料,包括:初始年日平均交通量和交通组成,方向分配系数和车道分配系数,交通量的年平均增长率;
②计算设计车道使用年限内的标难轴载累计作用次数N e ;
③初拟路面结构,包括:路基干湿类型和土质,垫层类型和厚度,基层类型和厚度,面板初估厚度和平面尺寸。
④确定混凝土的弯拉弹性模量E c ;
⑤确定基层顶面计算回弹模量E tc ;
⑥计算荷载疲劳应力σp ;
⑦计算温度疲劳应力σt ;
⑧检验σt 与σp 之和是否满足要求。如满足,则初估定厚度可以作为设计厚度。如不满足,则重新拟定路面结构,重复第5步以下的计算,直到上述要求满足为止,设计厚度取整至厘米。
3)接缝设计
4)配筋设计
路面设计完成后,要绘制路面结构图,计算路面工程数量。图纸尺寸和比例可根据路面结构类型数量自行拟定。
(八)桥涵设计(可选择涵洞设计或小桥设计,建议做涵洞设计)
1、小桥涵位置的选择
本设计在平面图上选择。
2、小桥涵孔径的确定及类型选择
方法见“水力水文”教材,本设计可结合采用估算法拟定孔径,套用标准图。
3、小桥
1)拟定桥长,绘制桥型布置图。方法见“桥梁工程”教材。
2)结构图设计:以中小桥及特殊设计的涵洞,还需绘出结构设计图。
3)计算工程数量:根据小桥(涵)的设计图计算工程数量,除桥涵结构本身的数量外,应计算基坑开挖及回填的土石方等有关项目的数量。
4、涵洞
1)设计涵底纵坡,确定涵底标高。方法见“桥梁工程”教材。
2)涵长计算:方法见“桥梁工程”教材。
3)绘制涵洞布置图、结构图。一般采用标准图设计。
4)计算工程数量。(同小桥)
5、要求
1)全线需桥涵的位置,经设计者拟定的桩号、孔径、孔数、型式均须标注在路线纵断面图上。
2)计算书
①计算书内容应包括所设计涵洞的桩号、孔径(孔数)、类型等基本内容。
②计算涵洞长度和洞口涵底设计标高
根据所确定的涵底设计标高及纵坡(涵底设计标高通常以图中0.5毫米的倍数按比例推算,设计坡度一般采用整数值)和计算涵洞长度,并确定进出水口处涵底设计标高。
③计算涵洞工程数量
根据《标准图》中的“材料数量表”及各部分设计尺寸,计算涵洞各部构件和建造涵洞有关的工程量。工程数量应注明部位和所采用材料。
3)设计图
绘制所设计的涵洞布置图和结构设计图,列出涵洞工程数量表。
由于只做一座涵洞设计,可将布置图和结构设计图结合一起绘制,即在布置图上可同时绘出涵洞的平面、洞口侧面以及涵身断面、洞口断面等,其它的细部构造,如圆管、盖板、台帽、支撑梁等在布置图上未能清楚表示的构件,再分别绘图。工程数量表按要求格式绘在布置图内。
设计图上应有附注说明
(九)工程概算
公路工程概算费用有建筑安装工程费,设备、工具、器具、及家具购置费,工程建设其他费用,预留费用共四大部分组成。
三、应完成的设计文件
1、设计说明书
设计说明书中应包括如下内容:
中英文摘要
第一章设计任务和沿线自然条件
第二章线路设计
第三章排水设计
第四章挡土墙设计
第五章涵洞设计
第六章路面设计
第七章工程概算
第八章设计总结(包括展望与谢辞)
参考文献
2、图纸
(1)路线平面设计图(1:5000)
(2)路线纵断面设计图(A3)
(3)路基横断面设计图(A3)
(4)路面结构图(A3)
(5)挡土墙设计图(A3)
(6)涵洞设计图(A3)
(7)路基排水设计图(A3)
土木工程专业毕业设计指导书
(桥梁工程方向)
一、目的和要求
(一)目的
毕业设计是一个重要教学环节,也是学生在学校完成技术员基本训练的一个重要阶段。学生在学完基础课、技术基础课、专业课以后,在教师指导下独立完成一座桥梁设计任务,通过毕业设计综合运用与巩固已学完的技术基础知识与专业知识,培养分析问题与解决实际问题的能力,发展学生智力,为毕业后能较快的适应工作需要打下基础。
(二)要求
1、设计中学生根据所给资料及查阅补充的必要材料,认真分析研究,拟定设计方案。经过计算对比,进行必要的修改后完成最后的设计成果。设计成果包括设计图纸,计算过程和结果,以及设计说明书;
2、学生应在教师指导下独立思考、独立完成设计,并以此作为评定成绩的依据。允许同学间相互研究讨论,但不得搬用和抄袭他人的成果;
3、图纸要保持整洁,说明书要有条理,简单明了,计算数据要准确;
4、毕业设计所需文具:比例尺1根、三角板一付(22cm )、圆规一支、分规一支以及计算纸、计算用稿纸和说明书用纸和铅笔、橡皮、小刀等;
5、毕业设计需采用设计软件“桥梁大师”和计算软件“桥梁博士”辅助完成,要求对这两种软件能熟练应用。
本次毕业设计包括下列几方面内容:
1)
2)
3)
4)
5) 公路平面设计(纸上定线),确定桥位;桥梁方案比选;桥梁结构设计;施工设计;工程概算。
二、毕业设计的步骤、方法和深度
(一)纸上定线,选择桥位
1、拟定路线走向
在给定的地形图上根据指导老师提供的主要控制点研究线路总体布局,分析地形、地质(本设计暂不考虑)及地物等情况,选择地势平缓、山坡顺直、河谷开阔等有利于展线的地点,拟定线路各种可能的走向。
2、试坡
当遇到纵坡的限制较严时,必须用平均纵坡i 沿各种可能的走向由上而下进行试坡,设等高线间距为h ,取计算等高线的平均长度a ,a =h /i ,用量规开度为a (比例与地形图同),在图上试坡,得出均坡线。
3、定导向线
分析均坡线,结合地形、地物及艰巨工程等情况,选择相应的中间控制,从而调整控制点相应线路的纵坡,重新试坡,得出导向线。
4、修正导向线
参照导向线作平面试线,注明平曲线半径,量出地形变化点桩号及标高,绘制纵断面图。并设计纵坡,得出各桩位概略设计标高。并用“横断面控制”的方法修正导向线。
5、定线
在所定向线的基础上,参照各“经济点”和“活动点”的位置,按规定的技术标准反复试线才能得到满意的结果。
6、选择桥位
一般地,桥位的选择,原则上应服从路线的总方向,路桥综合考虑。
(二)桥梁方案比选
方案比选是桥梁设计过程中的一个极其重要的内容。只有通过详细的优选,才能产生出一个良好、完美的设计方案。
根据现代化桥梁设计的要求,一个桥梁的方案比选,主要应考虑下列标准:技术先进、安全可靠、适用耐久、经济与美观,其中以安全和经济最为重要。随着现代化交通事业的迅速发展,对桥梁功能的要求也日益提高,尤其是桥下的通航净空要求,往往在方案比选中具有举足轻重的地位。至于桥梁美观,要视经济与环境条件而定,在毕业设计阶段,学生应当在教师的指导下,完成方案比选中的下述内容:
1、确定桥孔孔径
根据桥位附近的地形、水文等资料,确定一河一桥或一河多桥的可靠桥位,接着进行桥孔布设,确定桥长,如需要约束桥孔,则应根据《公路桥规》的要求计算冲刷系数,且不能超过规定的容许值。
2、初拟桥梁图式
拟定方案比选阶段的桥梁图式时,思路一定要宽广,只要满足必需的孔径要求,可暂不管经济、美观与否,都可提出,以做到集思广益,一般要求提出较好的4~6个方案以供比较。
比较方案可不拘材料类型,也可同时考虑上、中、下承式各种桥型,总之,凡具有一定优点且可能实现的体系,在初拟图式时均可提出。
拟定方案时,通常先考虑主孔要求,再考虑边孔或引桥,能用标准跨度时,宜优先考虑采用定型图,桥长不大时,往往不分正桥和引桥,而是统筹全长来设计。
3、方案评比和优选
初拟图式(4~6个)完成后,经过初步分析,并征得指导教师同意,将其中竞争性明显不大,或有严重缺点的体系逐步删去,最后提出2~3个具有特色的体系作进一步分析评比,从中选出最佳的推荐方案。
各方案在评比时,应注意它们的评比条件应力求相同,例如桥梁总长(两桥台侧墙的端距)应接近,桥面与桥头接线的标高应相同,冲刷线下的基础埋深要相同。
方案评比的主要内容是:①材料(造价);②施工设备和能力;③工期;④养护和维修运营;⑤抗震性能(若桥址位于地震区);⑥修复;⑦航运和跨线条件;⑧美观。
4、绘制方案图与编制说明书
方案比较阶段的工作成果,归结为绘制方案图与编制说明书。方案图应绘制纵向立面图与横向剖面图。
1)立面图上应标明:桥梁总长度;桥跨结构的计算跨度;同一墩顶上相邻支座的中距;墩台顶帽宽度与墩台斜度;各类水位诸如枯水位、高水位、通航水位与计算洪水位的标高;桥梁纵坡大小等主要数据以及桥墩台的编号。
2)横剖面上则应标明车行道、人行道以及总宽度;主梁的间距,拱宽尺寸;墩台基础的横向尺寸以及横坡大小。
3)各方案图上还应列出方案的主要材料数量,并附注各项说明,诸如图面比例、采用规范名称、荷载等级等。
上述方案比选的工作都应整理成说明书,作为毕业设计的一章。说明书内容应包括:编制方案的根据与原则、桥梁孔径计算、方案评比的论证说明、工程材料的估算和依据等。说明书应言简意赅,其中引用的文献资料名称以及冗繁的计算过程均应列入附录备查。
(三)桥梁结构设计
结构设计是根据方案评比后的推荐方案进行设计计算,这一阶段的设计主要是训练学生正确拟定构造设计,进行上下部结构的力学分析、构件的截面设计、配筋设计和连接计算,进行全桥的整体刚度与稳定性验算。这阶段工作的目的是要求学生全面利用已经学到的基础理论和专业知识,应用有关的设计规范和标准,进行实桥的设计,最后要求绘出结构详图(相当于施工图)。
这一阶段的工作特点是量大面广,独立性很强。学生除定期接受指导教师的辅导外,还应不断查阅各种参考资料和文献,全面地考虑设计、构造和施工等环节和问题。本阶段的设计计算完成后,要求学生绘制必需的结构详图数张(要求用桥梁大师等CAD 绘图软件辅助完成),内容要求包括上部结构(桥梁主体)、下部结构(桥墩和桥台)和各类基础。本部分的设计计算书应在平时不断整理编写至绘图结束时同时完成。
★上部结构设计★
1、截面尺寸的拟定
在方案阶段只是初步选定了截面的形式和轮廓尺寸(如梁高,翼缘宽度等),其余的细部尺寸(如箱梁的顶板厚度、底板厚度、腹板厚度、加腋尺寸等)尚未最后决定。细部尺寸的确定可参考已建
成的相同桥型,相近跨径、桥宽、荷载标准的桥梁的截面尺寸;可根据方案的具体情况进行设计。设计时要考虑以下几方面因素:
1)受力。如:在梁式体系中截面主要受弯,其上下缘承受拉、压力而腹板承受剪力。因此顶板和底板的厚度应由拉、压应力控制,腹板厚度由剪应力控制。梁的翼缘板和箱梁的顶板除了作为主梁的一部分承受纵向弯矩外,还起桥面板的作用,承受横向弯矩,这部分尺寸必需先定下来,以免到最后加大返工工作量。因此,在梁式体系中计算内容的第一部分,就是桥面板的计算。拱式体系的主拱圈主要承压,因此其截面一般是对称的。截面尺寸除了要满足压应力的要求外,还应具有一定的抗弯能力。无铰拱桥是三次超静定结构,拱圈高度定得高,虽然能增大截面的抗弯能力,但超静定次内力也相应增大,不一定有利,所以要兼顾各方面因素后选定。
2)构造。有时截面尺寸不是受力控制而是构造控制。如钢筋混凝土梁的受拉区,混凝土不受力,仅起保护钢筋的作用,此时构件的尺寸在混凝土满足规范要求的保护层厚度的前提下尽量取小值,以减小构件自重;预应力混凝土简支梁或箱梁的顶、底板,腹板厚度除了应满足受力要求外还应考虑预应力管道的布置要求,采用什么预应力体系,管里外径尺寸多大,如果需要多排或多列布置则考虑排、列间距后再加上外面普通钢筋和混凝土保护层即为构造要求的板厚,在预应力筋锚固截面还需考虑锚垫板的尺寸大小及锚头所占的最小尺寸等。
3)施工。不同的施工方法对截面尺寸的要求也不相同。如采用整体浇筑施工法,则要求一定的构造厚度,以适应混凝土的浇捣,而采用滑模施工法的构件尺寸在满足结构受力和管道钢筋布置的条件下有可能进一步减小。
2、内力计算
内力计算包括恒载内力和活载内力计算,如果是超静定结构则还应计算由于温度变化,混凝土收缩、徐变,墩台不均匀沉降等引起的次内力,如果是超静定预应力混凝土结构则应计算张拉预应力引起的预应力二次矩等。
1)恒载内力计算。恒载内力包括自重内力和后期恒载内力(如桥面铺装、人行道、防撞栏杆、灯柱等)两部分。其中自重内力和结构的施工方法有密切关系。如果结构采用分阶段施工,体系不断转换,则截面的恒载内力应是各施工阶段内力叠加的结果。在初步设计时,自重内力的计算有二种方法:
a )采用一次落架法计算,然后和活载内力、附加内力组合后绘制内力包络图,作为配筋设计的依据。但是如果采用悬臂施工法施工时,实际内力包络图在支点和跨中与一次落架的内力包络图相比有较大差别,前者的支点负弯矩较后者的大,而跨中正弯矩却小得多。使得用一次落架法叠加的内力包络图配出的预应力筋束数在支点处显得不足,而在跨中处偏多。此时可用乘系数的方法来减小这些差别,如支点负的弯矩乘以1.1的系数,跨中弯矩乘以0. 5~0.6的系数,如此跨中正弯矩乘以配出的束数是否恰当,可在施工阶段验算时进行调整。
b )按施工程序进行计算,但此时不考虑预应力(也无法考虑)和徐变的影响,施工荷载可用集中力近似代替。这样计算的自重内力与实际受力情况比较符合。
2)活载内力计算。活载内力可按下式计算:
S =(1+μ) ⋅ξ⋅∑m c ⋅P i ⋅y i
式中:μ为冲击系数;ξ为车道折减系数;m c 为横向分布系数;P i 为车辆轴重;y i 为内力影响线坐标。μ和ξ可据结构形式、跨长、车道数查规范计算,内力影响线坐标可用程序计算,这里主要说明横向分布系数计算中的一些问题:
a )各种计算方法的适用对象。在《桥梁工程》课程中介绍过好几种求荷载横向分布系数的方法,有刚性横梁法、刚接梁法、铰接梁法、G-M 法。对于不同的上部结构和横截面形式,可采用不同的方法进行计算。例如:对于宽跨比B /l ≤0.5,并具有可靠横向联结的梁系结构可采用刚性横梁法;对于采用刚性联结的多个单箱截面,可采用刚接梁法;对于刚性联结的二个单箱单室截面或单箱多室截面,可采用杠杆法或刚接梁法;对于铰接空心板桥可采用铰接梁法;对于密排梁系,尤其是宽桥,G-M 法是一种比较合适的计算方法。在拱式体系中,对于双肋式下承式或中承式拱桥,系杆拱桥一般采用杠杆法,多肋的上承式拱桥一般采用刚性横梁法。支点截面的荷载横向分布系数都是采用杠杆法。
b )非简支体系荷载横向分布系数的计算。这些方法的荷载横向分布系数都是在简支梁桥的跨中截面上推导出来的,即得到的是跨中截面的荷载横向分布系数。计算弯矩时其他截面(除支点截面)只是借用了此值;计算剪力时,支点截面上采用的是杠杆法,从支点截面到第一片横梁(或跨)直线变化。当设计采用的是悬臂梁或连续梁体系,通常的做法是:①借用简支梁的值;②参考桥工教材介绍的方法进行修正;③采用空间程序计算内力影响面,在影响面上加载。由于活载内力在全部结构内力中占的比例不大,尤其跨度大时活载内力所占比例更小,因此,活载横向分布系数有些差别,对整个结构的受力影响不大,故一般采用第一种方法。
3)附加内力计算
附加内力是指风力或离心力等某些可变荷载引起的内力。
4)结构次内力计算
在超静定结构中,温度变化,混凝土收缩、徐变,预应力张拉,墩台的不均匀沉降和位移都会产生次内力,这些次内力虽然都可用计算机进行计算,但学生在运用程序时应掌握这些计算的基本概念以及注意参数的取用,能定性的判断计算结果的正确性。
3、内力组合
应按承载内力极限状态和正常使用极限状态两种组合进行。
4、绘制内力包络图
在内力组合的基础上就可以绘制包络图了。包络图有弯矩包络图和剪力包络图,它们是配筋设计的依据。当同一截面有多片主梁时,可选用各片梁的最大值。由于计算了两种极限状态的内力组合值,因此弯矩和剪力各有两个包络图。
5、配筋设计
截面的配筋设计可根据混凝土结构设计原理(按规范JTG D62)或桥梁工程教材中提供的公式进行,同一截面的预应力筋(或钢筋)可按正常使用极限状态和承载能力极限状态的最大组合内力配置,然后取其大值。在预应力结构中为了防止预留管道在施工工程中堵塞,设计时应多留3~4个
孔道。
在正负弯矩区,如果需要调整束数,则当截面承受负弯矩时,截面下部需多配n 束,则上部也要相应地增配n 束才能满足σ上≥0的条件。同理,在承受正弯矩时,截面上部也要相应地增配n 束,
则下部也应相应多配n 束。
6、施工验算
施工验算是按照施工步骤,把荷载效应逐阶段进行叠加,每一阶段的计算荷载包括节段自重,施工荷载(施工机具、施工人员、模板等)和预应力。如果用程序进行验算,则应确定每一阶段的计算图式,把荷载全部作用到正确位置进行计算。在验算构件吊装阶段的应力时应乘以动力系数。
7、应力验算
应力验算主要指正常使用阶段的应力计算。对于钢筋混凝土结构主要进行变形和裂缝宽度的验算;预应力混凝土结构主要验算在使用荷载和预加力作用下,混凝土和预应力钢筋的应力,变形及B 类构件裂缝宽度。值得注意的是,在进行变形计算时,不论构件处在开裂或不开裂状态,都假定是理想的弹性体,只是构件的刚度要进行折减,钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件的刚度折减见“桥规”。
8、强度验算
可参见规范提供的计算公式及有关规定。
★下部结构设计★
下部结构包括桥墩、桥台和基础。它们的设计与上部结构设计一样也由类型选择、尺寸拟定、内力计算、强度验算、稳定性验算及抗震验算等几部分组成,对于钢筋混凝土和预应力混凝土墩台还应进行配筋设计。由于不同类型的墩台其计算项目和计算方法也不相同,因此这部分内容可参考公路桥涵设计手册《墩台与基础》第二、三章中的设计与计算部分。考虑到毕业设计的工作量可选做桥墩或桥台设计(两选一)。
(四)施工设计
正规的施工设计应包括施工程序设计、施工设备的设计、施工组织设计、绘制施工进度表、场地布置及综合概预算。由于毕业设计时间的限制,只要求做施工方法设计并绘制施工流程图。这里所指的施工方法应包括上、下部结构。
施工方法在拟定方案时就已选定了,因为结构的自重内力的计算和施工方法有密切关系。在选择施工方法时要考虑工期、造价的因素,在场地条件许可或桥址离预制场近的条件下优先考虑预制装配方案,为抢工期,尽量考虑上、下部同时施工的方案。基础和墩台施工应安排在枯水期,在洪水到来以前最好把桥墩抢出设计洪水位。施工设备的选择,尽可能采用一机多用,利用率要高。一座桥的施工,不宜采用多种施工方法,这样会增加机具设备费用,加大造价。这些仅是选择的原则,在具体设计时不可能做到尽善尽美,只能抓住主要矛盾。
(五)工程概算
概预算总金额组成分为七大类,即:建筑安装工程费;设备、工具、器具购置费;工程建设其
他费用;预留费用;大型专用机械设备购置费;固定资产投资方向调节税;建设期贷款利息。其中:建筑安装工程费是指直接发生在建筑安装工程、施工过程中的费用,施工企业在组织管理施工过程中间接地为工程支出的费用,同时为扩大施工技术装备所需的费用,以及按国家规定收取的利润和缴纳的税金的总称,该费用为概、预算的主要部分,同时计算工作量也是相当大的。
设备、工具、器具购置费由建设单位根据工程规模确定需用的机械、设备等而定,且由建设单位负责使用。
工程建设其他费用,为工程建设过程中必要开支的费用,由建设单位掌握使用。
预留费用是一种有可能发生但又无法准确估算的费用。该费用只有在实际发生的情况下经有关部门核定批准后方可动用。预留费只在概算中计列,但采用施工图预算加系数包干的工程,在预算中计列预算包干费,并由施工单位包干使用。
大型专用机械设备购置费是为复杂的特大工程所必需的,且经主管部门批准购置所发生的费用。该财产为投资单位所有,施工单位可向建设单位租用。
建设期贷款利息为采用贷款方式筹集资金的项目建设期的贷款利息。
三、应完成的设计文件
1、设计说明书
设计说明书中应包括如下内容:
中英文摘要
第一章设计任务和桥位选定
第二章桥梁方案比选
第三章桥梁上部结构设计
第四章桥梁下部结构设计
第五章施工设计
第六章工程概算
第七章设计总结(包括展望与谢辞)
参考文献
2、图纸
(1)路线平面设计图(含桥位平面布置)(1:5000)
(2)桥型布置图(平面、立面和横截面)(A3)
(3)配筋构造(桥面板、主梁和横隔梁)(A3)
(4)人行道、栏杆及墩(台)帽构造详图(A3)
(5)施工平面布置图(A3)
毕业设计指导书
土木工程专业毕业设计指导书
(道路工程方向)
一、目的和要求
(一)目的
毕业设计是一个重要教学环节,也是学生在学校完成技术员基本训练的一个重要阶段。学生在学完基础课、技术基础课、专业课以后,在教师指导下独立完成一段公路设计任务,通过毕业设计综合运用与巩固已学完的技术基础知识与专业知识,培养分析问题与解决实际问题的能力,发展学生智力,为毕业后能较快的适应工作需要打下基础。
(二)要求
1、设计中学生根据所给资料及查阅补充的必要材料,认真分析研究,拟定设计方案。经过计算对比,进行必要的修改后完成最后的设计成果。设计成果包括设计图纸,计算过程和结果,以及设计说明书;
2、学生应在教师指导下独立思考、独立完成设计,并以此作为评定成绩的依据。允许同学间相互研究讨论,但不得搬用和抄袭他人的成果;
3、图纸要保持整洁,说明书要有条理,简单明了,计算数据要准确;
4、毕业设计所需文具:比例尺1根、三角板一付(22cm )、圆规一支、分规一支以及计算纸、计算用稿纸和说明书用纸和铅笔、橡皮、小刀等;
5、毕业设计可采用道路CAD 设计软件(纬地5.82数模版)辅助完成,要求对该软件能熟练应用。
本次毕业设计包括下列几方面内容:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8) 公路技术等级的确定;公路平面设计(纸上定线);“技术标准”中几何指标的选择与计算;公路纵断面设计;公路横断面设计;公路排水或防护工程设计;路面设计;工程概算。
二、毕业设计的步骤、方法和深度
(一)技术等级的确定
公路技术等级的选用应根据公路网的规划,从全局出发,适当考虑远景发展的交通量,结合公路的使用任务和性质综合确定。因此,公路技术等级的选用是一项比较复杂的问题,一般由上级有关交通部门确定。本设计综合考虑了多方面因素,将在毕业设计任务书中指定。
(二)纸上定线
1、拟定路线走向
在给定的地形图上根据指导老师提供的主要控制点研究线路总体布局,分析地形、地质(本设计暂不考虑)及地物等情况,选择地势平缓、山坡顺直、河谷开阔等有利于展线的地点,拟定线路各种可能的走向。
2、试坡
当遇到纵坡的限制较严时,必须用平均纵坡i 沿各种可能的走向由上而下进行试坡,设等高线间距为h ,取计算等高线的平均长度a ,a =h /i ,用量规开度为a (比例与地形图同),在图上试坡,得出均坡线。
3、定导向线
分析均坡线,结合地形、地物及艰巨工程等情况,选择相应的中间控制,从而调整控制点相应线路的纵坡,重新试坡,得出导向线。
4、修正导向线
参照导向线作平面试线,注明平曲线半径,量出地形变化点桩号及标高,绘制纵断面图。并设计纵坡,得出各桩位概略设计标高。并用“横断面控制”的方法修正导向线。
5、定线
在所定向线的基础上,参照各“经济点”和“活动点”的位置,按规定的技术标准反复试线才能得到满意的结果。
6、纵断面设计
路线确定后,量出路中心线穿过每一等高线的标号和高程,绘制纵断面图和进行纵断面设计。纸上定线是个反复试定的过程,试线修改次数越多,最后所定路线的质量相对来说越高,直至取得最佳线路方案为止,纸上定线工作才能算完成。
7、要求
根据纸上定线的特点,本次毕业设计要求在最后上交毕业设计成果时,必须把纸上定线过程中的有关底稿一并上交,作为评定成绩的依据。
(三)公路平面设计
1、圆曲线半径的设计
1)确定圆曲线半径的原则
①各级公路的圆曲线半径应尽量采用较大的半径,在一般情况下,宜选用大于《标准》所规定的该级一般最小半径。只有当地形、地物或其他条件限制时,方可采用小于一般最小半径,不要轻易采用极限最小半径。
②圆曲线半径的选定,除要与弯道本身所在位置的地形、地物条件相适应,使曲线沿理想的位置通过外,还要考虑与弯道前后的线形标准相协调。
③圆曲线半径过大也失去意义,因此最大半径不宜超过10000m ,以利于设计与施工。
④各级公路不论转角大小,均应设置曲线(包括圆曲线和缓和曲线)。
2)确定路线导线交点转角
首先在地形图上,从起点由左向右编写转角号,即JD 1、JD 2、JD 3……。确定路线导线交点转角要用正切法。不得用量角器直接量取。
3)考虑圆曲线半径选定的原则和转角值,确定该路段每个交点的圆曲线半径,并计算或查曲线测设用表确定圆曲线要素。
2、缓和曲线的设计
对各交点处圆曲线半径进行分析,当圆曲线半径小于不设超高的圆曲线最小半径,应在该交点处圆曲线两端设置缓和曲线,缓和曲线计算步骤如下:
1)确定缓和曲线最小长度,采用数值较大者,并用整5米倍数;
2)计算切线角、缓和曲线常数p 和q ;
3)计算有缓和曲线的单曲线的切线长T h 、曲线长L h 、外距E h 、超距D h 。
3、确定路线桩号
在实际路线测量时,用钢尺丈量直线距离,设置整桩与加桩,在交点处设置平曲线。在进行毕业设计时,是在地形图上由路线起点从左向右用比例尺(1∶2000)量距,桩距采用50米,加桩视地形变化而定,加桩采用整米数。
1)直线上整桩(50、100……)与平面线基本的量法如下:
①从路线起点用比例尺(1∶2000)沿路线中线由左向右量距,每隔50米处用铅笔垂直中线方向画一小横线,在百米处紧靠路中线上方用铅笔写上1、2、3……,即里程K0+100、K0+200、K0+300……,一直量至第一个交点(JD 1)处。
②确定平曲线基本桩位置和桩号
用比例尺从交点JD 1处沿导线向回量T 或T h ,得圆曲线或第一缓和曲线起点位置,沿路线前进方向中线量T 或T h ,得圆曲线或第一缓和曲线的终点位置,沿交点JD 1的分线向圆心方向量外距E ,得曲线中点位置。
③计算曲线基本桩桩号
按圆曲线基本桩桩号计算格式计算ZY 、QZ 、YZ 桩号,按基本桩桩号计算格式计算ZH 、HY 、QZ 、YH 和HZ 桩号。
④将基本桩桩号(如ZY K0+233等)用铅笔垂直中线方向标在曲线外侧(QZ 桩号可不标出)。⑤再以YZ 或HZ 为准,以同样方法向路线前进方向量取直线上整桩和平曲线上的基本桩,直至路线终点。
2)路线加桩。
毕业设计要求一般只设置地形加桩,在路线范围内,纵向与横向地形有显著变化处,应钉设地形加桩。还应注意,在平曲线上地形变化处也应设加桩。
4、直线曲线及转角表和路基设计表的填写
1)路线各交点转角、圆曲线半径、曲线要素和曲线上基本桩设置完毕后,应将上述有关数据填写在“直线曲线及转角表”内。它包括交点号、交点桩号、转角度、曲线各部分数值、曲线位置(桩号)、直线长度及方向角和测量断链等22项。毕业设计一般只填写1~17项。该表交点号先填写起点,再填写JD 1、JD 2……,最后填写终点。表中第16项为直线长度L ,是指两交点间的直线部分长度,其值为相邻两平曲线起、终点桩号之差。如JD 23
桩号为K0+846,则JD 2~JD3之间直线长度为:L =(K0+846)-(K0+625)=221m 。路线起点到JD 1间的直线长度和最后一个交点JD n 到路线终点之间的直线长度如何计算,请设计者自行考虑。
2)路线的整桩、加桩和曲线基本桩桩号随时记在草稿纸上,再填写在“路基设计表”的1栏中。此时,还可以完成该表2、3栏。
5、超高与加宽的设置
1)超高
当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时,根据公路等级、地形和圆曲线半径值,确定曲线部分全超高值。
超高缓和段或缓和曲线上整桩或加桩的超高值计算,以绕内边轴旋转的公式计算。路拱横坡值可根据公路等级选用。
2)加宽
当圆曲线半径等于或小于250m ,应在平曲线内侧加宽,双车道路面设置的全加宽值可按“公路平曲线加宽值表”选用,由三条以上车道组成的行车道,其路面的加宽值应另行计算。
超高缓和段或缓和曲线上整桩或加桩的加宽值计算,以线性正比例计算。
3)将超高、加宽计算值(按相应桩号)填入“路基设计表”15~19栏中。
6、有关平面视距保证,可在横断面设计中考虑
(四)公路纵断面设计
1、点绘纵断面图
在米厘方格纸上点绘出里程、桩号、直线与平曲线、地面高程和地面线,并将桥涵、地质土壤与纵坡设计有关资料在纵断面图纸上标明。横坐标比例尺用1∶2000,纵坐标采用1∶200。
1)每个毕业设计题路线里程大约2~3km,需米厘方格纸一张。将米厘方格纸从中间水平方向裁成两张。纵断面图幅尺寸、表头和图标等要求由指导老师根据交通部公路局1987年发布文《公路工程基本建设项目设计文件图表示例》具体指定。
2)各桩号地面标高的确定
在实际设计中,各桩号的地面标高由水准测量提供,进行毕业设计时,各桩号地面高程从地形图上相应桩号位置确定,即该桩号位置在某相领两条等高线之间,用内插法确定高程,举例如下:
若图有K1+700、K1+765、K1+800三个桩,则其各桩高程为:
①K1+700桩在等高线304和306之间,沿路线方向两等高线间距为1.6cm ,K1+700桩距304为0.42cm ,而等高距为2m ,则K1+700地面高程为:304+(2×0.42)/1.6=304+0.525=304.525≈304.53(取小数点后两位)
②K1+765在等高线308和310之间,沿路线中线方向两等高线间距1.1cm ,K1+765桩距310为0.35cm ,等高距为2m ,则K1+765桩地面高程为:310+(2×0.35)/1.1=310+0.636=309.364≈309.36
③K1+800正好在312上,其高程为312。
3)各桩地面高程确定后,随时填入路基设计表第12栏对应位置上。各桩高程确定并填入路基设计表后,就可根据地面高程将各桩点绘在纵断面图上。
应注意:在标出纵向坐标整10米高程前,应注意每张图各桩高程中,最大高程与最小高程两
个桩的高差是多少,这样即可将纵坐标整10米高程摆在适中位置,避免纵断面地面线过于靠上或靠下。
2、标出控制点
由于本设计为学生实训性质,不是实测资料,不必考虑过多问题,仅给出路线起终点标高。
3、纵坡设计(拉坡)
纵坡设计应考虑一般规定与要求以及纵断面图布置有关内容,具体拉坡方法见相关教材,若将试定纵坡线、调整纵坡线和确定纵坡线合并,需采用两块三角板推出坡度的方法。若同时考虑“根据横断面图进行核对纵坡线”,需事先绘出各桩横断面地面线(见横断面设计)。
利用两块三角板推坡度的方法:(以下为二级公路采用三角板推坡度的过程,供参考)
1)在设计某段纵坡的地面线下(靠近地面线),在米厘方格纸上选择水平100m 。
2)用一块三角板在左下方对准1点,在右方纵坐标AB 线上选择一点2,2-A=1.8cm,1点固定不动,将三角板同时对准2点,此时三角板边线相当纵坡3.6%。
3)将第二块三角板放在第一块三角板的下面(靠紧),固定不动。此时用手向左推第一块三角板(三角板向上升)至地面线附近,此时第一块三角板仍可上下移动(第二块三角板不能动),观察在3.6%纵坡情况下,是否符合纵断面设计有关规定与要求(控制坡长、土石方平衡等)?若符合要求,则3.6%纵坡即为此段试定纵坡。根据地形要求和下一段地形变化情况,在右方选择一合适的转坡点(放在整10米的位置上)。
4)若3.6%总坡不符合要求,需将纵坡增大或减小,则再将第一块三角板拉回原处,1点仍不动,调整2点位置,改变纵坡大小,调整纵坡线,再将第一块三角板推上,直至得到合适的纵坡为止。
5)当纵坡和转坡点为止确定后,就可沿第一块三角板上边用铅笔轻画一条线至转坡点,此时即为第一段纵坡线。用铅笔在纵坡线上记下纵坡值和坡长。
6)用同样的方法确定以后各段纵坡线。
在拉坡时要注意2点:①再推第一块三角板时,第二块三角板必须保持不动,否则将改变选择的纵坡。②在试定、调整纵坡前,必须熟读“公勘”教材有关纵断面设计的内容、规定、要求和方法,否则考虑不周密会出现漏洞。
4、计算转坡点和各桩高程
纵坡和转坡点确定后,即可计算转坡点和各桩高程,先计算转坡点高程,再计算各桩高程(起点控制点高程已给出),并将各桩高程填入“路基设计表”第7栏内。此栏为未计竖曲线之设计标高。
5、竖曲线设计
1)先计算凸形、凹形竖曲线小半径(根据不同路线等级确定停车视距),再根据竖曲线设计原则选择“各转坡点竖曲线半径”。
2)计算各竖曲线要素
计算各竖曲线要素,并填写“路基设计表”中的5、6栏。
3)计算竖曲线上各桩距切点距离和改正值,并将有关数值填入“路基设计表”第7~10栏。
6、填挖高度计算
计算设计标高、填挖高度和施工时中桩填挖高度,并将有关数值填入“路基设计表”第11、13、
7、在拉坡时,还应考虑平、纵配合
8、应将纵断面设计所考虑的具体问题写在说明书中
(五)横断面设计
1、点绘横断面地面线
横断面的比例尺采用1∶200(纵、横)。在实际测设时,横断面地面线是由测设队实测的,毕业设计中按如下方法绘测。
1)设计要求对选出的1公里路线,逐桩绘出垂直中线两侧和20米范围内地面线。
2)将三角板或比例尺垂直中线放在某一桩上(从起点桩开始),此时某桩地面高程已知,从三角板或比例尺上与等高线相交处读出水平距离与高差(以路中线为原点,左右各20米范围内)。注意:此时地形图上比例尺为1∶2000。现以指导书“纵断面设计”一节为例:
求K1+700桩横断面地面线——将三角板或比例尺放在K1+700桩上,并与路中线垂直。
①左0.13cm 与304等高线相交,水平距离为20×0.13=2.6m,高差为K1+700地面高程304.53-304=0.53m。
②左0.5cm 与302等高线相交,水平距离为20×0.5=10m,高差为304.53–302=2.53m。
③左1cm 与302等高线相交,水平距离为20m ,高差为304.53–300=4.53m。
由上例可知,所求水平距离与高差以切割的等高线为准,但需注意,此时所用比例为地形图比例1∶2000。中线右边20m 的水平距离与高差求法同上。
3)将水平距离与高差(以路中线为准)按1∶200比例尺点绘在米厘方格纸上,各点边线即为横断面地面线。
4)若采用105×75厘米方格纸,横向截开为两张,每张约为50×75,以75cm 边为水平方向绘制横截面地面线。水平方向可在10、25、40、55和65cm 安排5行,其中地面线相互有干扰,对设计影响不大,竖直方向每隔5cm 绘一图,即将地面线中心线置于5、10、15cm……处,但上、下各留5cm 空余。
5)绘制横断面地面线时,从图纸左侧10cm 竖直行开始,由下向上排列桩号,第二行亦从下向上排列桩号。此要求与野外实测横断面地面线相同。
若不是采用50×75厘米方格纸。其横竖间隔尺寸与上述要求相同。
2、设计横断面设计线(戴帽子)
1)挖方路段或填方高度小于50cm 地段的边沟尺寸,可统一采用梯形。底宽50cm 、深50cm ,若拟定为石方地段,可统一采用三角型或矩型边沟。
2)挖方路段一般采用土质挖方,亦可选择土石混合挖方,则需拟定土石方分界线。
3)路堤边坡一般采用1∶1.5,路堑边坡可参照“公勘”教材选用,也可按当地经验数字选用。
3、土石方计算与调配
1)先将路线桩号(1公里)填入“路基土石方数量计算表”中。
2)按积距法计算土石方填挖面积。先将填、挖面积记在横断面图下方,待填、挖面积全部计算完毕,再将填挖面积分别填入“路基土石方数量计算表”2~4栏,计算平均面积和距离,并填入5~8栏。注意:土石方面积采用小数点一位,距离采用整米数。
3)计算土石方体积,并将体积数字分别填入“路基土石方数量计算表”9~23栏。
①土石方体积采用整方数,绝不能用小数。
②土石方应分别计算,挖方、填方应分别计算。
4)根据相邻两断面的填挖方体积,计算“本桩利用”、“填缺”和“挖余”,并分别填入“路基土石方数量计算表”24~29栏。
5)在进行纵向调配前,先计算经济运距和选择运输工具。在计算经济运距时,借方单价(即挖方单价)D ,超运运费单价T 可采用“预算定额”中相应的工日数,也可采用当地的单价或老师指定。
6)经济运距确定后,即可按“远运利用纵向调配示意”和“土石方调配的一般要求”、“调配方法”进行土石方调配。注意:要利用相应的校核公式校核。
7)纵向调配完成后,将借方、废方和总运量填入“路基土石方数量计算表”31~36栏中。
8)计算计价土石方数量。
4、绘制典型横断面图
这里要特别指出的是以上介绍的方法主要针对手工线路设计,事实上随着计算机应用的普及,公路平面、纵断面和横断面的设计绘图以及相关计算,可借助“纬地”CAD 软件系统完成,但前提条件是必须掌握以上给出的设计及计算方法,同时要熟练掌握“纬地”软件并能正确输入设计公路的平面、纵断面和横断面数据;另外在毕业设计说明书中,对于线路设计这一部分所有涉及的计算公式都必须罗列出来,若相关的数据表格可由“纬地”软件直接生成,也需插入到说明书的相关位置,同时这些数据也必须能由前面罗列的公式计算校核。
(六)路基设计
本毕业设计只要求进行路基排水设计或路基防护设计。以路线所经地区的地形图、纵横断面设计图为基础,参照“路基路面工程”教材第五、六章路基的防护与加固和第七章路基路面排水设计有关内容。
1、路基排水设计
1)在进行排水设计时,要以“路基路面工程”教材路基排水设计原则为基础,只考虑地面排水,无需进行排水沟渠水力计算。
2)按教材中地面排水设计和排水系统设计有关内容,以及地形图、纵断面图等资料进行全线综合排水设计,即考虑全线边沟、排水沟、截水沟位置,起讫桩号、纵坡、排水方向等。
2、路基防护工程
根据地形图、纵横断面图,在横断面设计1公里范围内考虑路基防护与加固问题。主要参照“路基路面工程”教材有关内容。在横断面设计1公里范围内,若有路基防护与加固问题,需绘制防护与加固工程图。
若在横断面设计1公里内需设挡土墙,按“路基路面工程”教材有关内容,并参照算例,进行挡土墙尺寸拟定,挡土墙布置、土压力计算和挡土墙稳定性验算,并绘制挡土墙平、纵、横断面图。
(七)路面设计
本次毕业设计根据公路等级、交通量和交通组成、当地自然条件,以及地质土质、水文等条件,进行柔性路面设计。请参照“路基路面工程”教材中沥青路面设计和水泥混凝土设计及公路路基土及
土基干湿类型有关内容。
1、路面设计原则
路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件,密切结合当地实践经验,进行路基路面综合设计,应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则,比选路面结构设计方案。在条件许可下,优先选用便于机械化和工厂化施工的方案,使设计具有技术先进、经济合理、安全适用。
2、确定路面等级和面层类型
路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。
3、确定标准轴载与轴载换算
4、划分段落,确定土基回弹模量
根据任务书所给条件,查公路自然区划图可确定该路段所在区域。
1)划分段落主要从不同路基土组和路段干湿类型考虑。不同土组以纵断面设计中所分段落为准。因毕业设计无实测资料,土基干湿类型可按如下方法确定:
①确定临界高度
临界高度指在不利季节,土基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时,路槽底距地下水位或表积水水位的最小高度。当缺乏实际资料时,干燥、中湿、潮湿状态的路基临界高度(H 1、H 2、H 3)可按“路基路面工程”教材提供的数据选用,实际路基高度可见纵断面图和路基设计表,地下水位深度可根据地形图并结合纵断面图在地势低洼和路基填土高度较低(<0.5m )地段自行拟定,可假设地下水位距地表面0.5~1m。
②确定平均相对含水量ω
划分土基干湿类型以ω为主,在新建公路种,因无法实测求得ω,毕业设计中,可拟定如ω<0.57或0.6为干燥路段(地势较高路段)、ω=0.65为中湿路段、ω>0.7为潮湿路段。但为减轻毕业设计工作量,根据土组和干湿类型划分的段落不可过多,一般同一土组划分路基干湿类型2种即可。
2)确定土基回弹模量
根据ω,确定不同土组的土基回弹模量值。
5、路面结构设计
对于沥青路面设计应包括以下内容:
1)结合任务书所给材料供应情况和公路等级,拟定路面结构方案、确定材料回弹模量。
2)确定路面容许弯沉值
3)确定路面厚度,沥青路面在计算路面结构层厚度时,考虑以弯沉为设计标准的路面结构计算方法,并验算弯拉应力。路面厚度可用图解法按容许弯沉值计算。其步骤如下:
①计算综合修正系数F ;
②计算理论弯沉系数αL ;
a)计算实际弯沉系数αS ;
b) 计算理论弯沉系数αL ;
③计算路面结构层厚度H (或h );
④验算弯拉应力。
4)若采用双层体系应力和弯沉计算,可参照“路基路面工程”教材。
对于水泥混凝土路面设计应包括以下内容:
1)路基和基(垫) 层的结构组合设计;
2)混凝土面板的平面尺寸确定和板厚计算,混凝土板厚的计算步骤:
①收集交通资料,包括:初始年日平均交通量和交通组成,方向分配系数和车道分配系数,交通量的年平均增长率;
②计算设计车道使用年限内的标难轴载累计作用次数N e ;
③初拟路面结构,包括:路基干湿类型和土质,垫层类型和厚度,基层类型和厚度,面板初估厚度和平面尺寸。
④确定混凝土的弯拉弹性模量E c ;
⑤确定基层顶面计算回弹模量E tc ;
⑥计算荷载疲劳应力σp ;
⑦计算温度疲劳应力σt ;
⑧检验σt 与σp 之和是否满足要求。如满足,则初估定厚度可以作为设计厚度。如不满足,则重新拟定路面结构,重复第5步以下的计算,直到上述要求满足为止,设计厚度取整至厘米。
3)接缝设计
4)配筋设计
路面设计完成后,要绘制路面结构图,计算路面工程数量。图纸尺寸和比例可根据路面结构类型数量自行拟定。
(八)桥涵设计(可选择涵洞设计或小桥设计,建议做涵洞设计)
1、小桥涵位置的选择
本设计在平面图上选择。
2、小桥涵孔径的确定及类型选择
方法见“水力水文”教材,本设计可结合采用估算法拟定孔径,套用标准图。
3、小桥
1)拟定桥长,绘制桥型布置图。方法见“桥梁工程”教材。
2)结构图设计:以中小桥及特殊设计的涵洞,还需绘出结构设计图。
3)计算工程数量:根据小桥(涵)的设计图计算工程数量,除桥涵结构本身的数量外,应计算基坑开挖及回填的土石方等有关项目的数量。
4、涵洞
1)设计涵底纵坡,确定涵底标高。方法见“桥梁工程”教材。
2)涵长计算:方法见“桥梁工程”教材。
3)绘制涵洞布置图、结构图。一般采用标准图设计。
4)计算工程数量。(同小桥)
5、要求
1)全线需桥涵的位置,经设计者拟定的桩号、孔径、孔数、型式均须标注在路线纵断面图上。
2)计算书
①计算书内容应包括所设计涵洞的桩号、孔径(孔数)、类型等基本内容。
②计算涵洞长度和洞口涵底设计标高
根据所确定的涵底设计标高及纵坡(涵底设计标高通常以图中0.5毫米的倍数按比例推算,设计坡度一般采用整数值)和计算涵洞长度,并确定进出水口处涵底设计标高。
③计算涵洞工程数量
根据《标准图》中的“材料数量表”及各部分设计尺寸,计算涵洞各部构件和建造涵洞有关的工程量。工程数量应注明部位和所采用材料。
3)设计图
绘制所设计的涵洞布置图和结构设计图,列出涵洞工程数量表。
由于只做一座涵洞设计,可将布置图和结构设计图结合一起绘制,即在布置图上可同时绘出涵洞的平面、洞口侧面以及涵身断面、洞口断面等,其它的细部构造,如圆管、盖板、台帽、支撑梁等在布置图上未能清楚表示的构件,再分别绘图。工程数量表按要求格式绘在布置图内。
设计图上应有附注说明
(九)工程概算
公路工程概算费用有建筑安装工程费,设备、工具、器具、及家具购置费,工程建设其他费用,预留费用共四大部分组成。
三、应完成的设计文件
1、设计说明书
设计说明书中应包括如下内容:
中英文摘要
第一章设计任务和沿线自然条件
第二章线路设计
第三章排水设计
第四章挡土墙设计
第五章涵洞设计
第六章路面设计
第七章工程概算
第八章设计总结(包括展望与谢辞)
参考文献
2、图纸
(1)路线平面设计图(1:5000)
(2)路线纵断面设计图(A3)
(3)路基横断面设计图(A3)
(4)路面结构图(A3)
(5)挡土墙设计图(A3)
(6)涵洞设计图(A3)
(7)路基排水设计图(A3)
土木工程专业毕业设计指导书
(桥梁工程方向)
一、目的和要求
(一)目的
毕业设计是一个重要教学环节,也是学生在学校完成技术员基本训练的一个重要阶段。学生在学完基础课、技术基础课、专业课以后,在教师指导下独立完成一座桥梁设计任务,通过毕业设计综合运用与巩固已学完的技术基础知识与专业知识,培养分析问题与解决实际问题的能力,发展学生智力,为毕业后能较快的适应工作需要打下基础。
(二)要求
1、设计中学生根据所给资料及查阅补充的必要材料,认真分析研究,拟定设计方案。经过计算对比,进行必要的修改后完成最后的设计成果。设计成果包括设计图纸,计算过程和结果,以及设计说明书;
2、学生应在教师指导下独立思考、独立完成设计,并以此作为评定成绩的依据。允许同学间相互研究讨论,但不得搬用和抄袭他人的成果;
3、图纸要保持整洁,说明书要有条理,简单明了,计算数据要准确;
4、毕业设计所需文具:比例尺1根、三角板一付(22cm )、圆规一支、分规一支以及计算纸、计算用稿纸和说明书用纸和铅笔、橡皮、小刀等;
5、毕业设计需采用设计软件“桥梁大师”和计算软件“桥梁博士”辅助完成,要求对这两种软件能熟练应用。
本次毕业设计包括下列几方面内容:
1)
2)
3)
4)
5) 公路平面设计(纸上定线),确定桥位;桥梁方案比选;桥梁结构设计;施工设计;工程概算。
二、毕业设计的步骤、方法和深度
(一)纸上定线,选择桥位
1、拟定路线走向
在给定的地形图上根据指导老师提供的主要控制点研究线路总体布局,分析地形、地质(本设计暂不考虑)及地物等情况,选择地势平缓、山坡顺直、河谷开阔等有利于展线的地点,拟定线路各种可能的走向。
2、试坡
当遇到纵坡的限制较严时,必须用平均纵坡i 沿各种可能的走向由上而下进行试坡,设等高线间距为h ,取计算等高线的平均长度a ,a =h /i ,用量规开度为a (比例与地形图同),在图上试坡,得出均坡线。
3、定导向线
分析均坡线,结合地形、地物及艰巨工程等情况,选择相应的中间控制,从而调整控制点相应线路的纵坡,重新试坡,得出导向线。
4、修正导向线
参照导向线作平面试线,注明平曲线半径,量出地形变化点桩号及标高,绘制纵断面图。并设计纵坡,得出各桩位概略设计标高。并用“横断面控制”的方法修正导向线。
5、定线
在所定向线的基础上,参照各“经济点”和“活动点”的位置,按规定的技术标准反复试线才能得到满意的结果。
6、选择桥位
一般地,桥位的选择,原则上应服从路线的总方向,路桥综合考虑。
(二)桥梁方案比选
方案比选是桥梁设计过程中的一个极其重要的内容。只有通过详细的优选,才能产生出一个良好、完美的设计方案。
根据现代化桥梁设计的要求,一个桥梁的方案比选,主要应考虑下列标准:技术先进、安全可靠、适用耐久、经济与美观,其中以安全和经济最为重要。随着现代化交通事业的迅速发展,对桥梁功能的要求也日益提高,尤其是桥下的通航净空要求,往往在方案比选中具有举足轻重的地位。至于桥梁美观,要视经济与环境条件而定,在毕业设计阶段,学生应当在教师的指导下,完成方案比选中的下述内容:
1、确定桥孔孔径
根据桥位附近的地形、水文等资料,确定一河一桥或一河多桥的可靠桥位,接着进行桥孔布设,确定桥长,如需要约束桥孔,则应根据《公路桥规》的要求计算冲刷系数,且不能超过规定的容许值。
2、初拟桥梁图式
拟定方案比选阶段的桥梁图式时,思路一定要宽广,只要满足必需的孔径要求,可暂不管经济、美观与否,都可提出,以做到集思广益,一般要求提出较好的4~6个方案以供比较。
比较方案可不拘材料类型,也可同时考虑上、中、下承式各种桥型,总之,凡具有一定优点且可能实现的体系,在初拟图式时均可提出。
拟定方案时,通常先考虑主孔要求,再考虑边孔或引桥,能用标准跨度时,宜优先考虑采用定型图,桥长不大时,往往不分正桥和引桥,而是统筹全长来设计。
3、方案评比和优选
初拟图式(4~6个)完成后,经过初步分析,并征得指导教师同意,将其中竞争性明显不大,或有严重缺点的体系逐步删去,最后提出2~3个具有特色的体系作进一步分析评比,从中选出最佳的推荐方案。
各方案在评比时,应注意它们的评比条件应力求相同,例如桥梁总长(两桥台侧墙的端距)应接近,桥面与桥头接线的标高应相同,冲刷线下的基础埋深要相同。
方案评比的主要内容是:①材料(造价);②施工设备和能力;③工期;④养护和维修运营;⑤抗震性能(若桥址位于地震区);⑥修复;⑦航运和跨线条件;⑧美观。
4、绘制方案图与编制说明书
方案比较阶段的工作成果,归结为绘制方案图与编制说明书。方案图应绘制纵向立面图与横向剖面图。
1)立面图上应标明:桥梁总长度;桥跨结构的计算跨度;同一墩顶上相邻支座的中距;墩台顶帽宽度与墩台斜度;各类水位诸如枯水位、高水位、通航水位与计算洪水位的标高;桥梁纵坡大小等主要数据以及桥墩台的编号。
2)横剖面上则应标明车行道、人行道以及总宽度;主梁的间距,拱宽尺寸;墩台基础的横向尺寸以及横坡大小。
3)各方案图上还应列出方案的主要材料数量,并附注各项说明,诸如图面比例、采用规范名称、荷载等级等。
上述方案比选的工作都应整理成说明书,作为毕业设计的一章。说明书内容应包括:编制方案的根据与原则、桥梁孔径计算、方案评比的论证说明、工程材料的估算和依据等。说明书应言简意赅,其中引用的文献资料名称以及冗繁的计算过程均应列入附录备查。
(三)桥梁结构设计
结构设计是根据方案评比后的推荐方案进行设计计算,这一阶段的设计主要是训练学生正确拟定构造设计,进行上下部结构的力学分析、构件的截面设计、配筋设计和连接计算,进行全桥的整体刚度与稳定性验算。这阶段工作的目的是要求学生全面利用已经学到的基础理论和专业知识,应用有关的设计规范和标准,进行实桥的设计,最后要求绘出结构详图(相当于施工图)。
这一阶段的工作特点是量大面广,独立性很强。学生除定期接受指导教师的辅导外,还应不断查阅各种参考资料和文献,全面地考虑设计、构造和施工等环节和问题。本阶段的设计计算完成后,要求学生绘制必需的结构详图数张(要求用桥梁大师等CAD 绘图软件辅助完成),内容要求包括上部结构(桥梁主体)、下部结构(桥墩和桥台)和各类基础。本部分的设计计算书应在平时不断整理编写至绘图结束时同时完成。
★上部结构设计★
1、截面尺寸的拟定
在方案阶段只是初步选定了截面的形式和轮廓尺寸(如梁高,翼缘宽度等),其余的细部尺寸(如箱梁的顶板厚度、底板厚度、腹板厚度、加腋尺寸等)尚未最后决定。细部尺寸的确定可参考已建
成的相同桥型,相近跨径、桥宽、荷载标准的桥梁的截面尺寸;可根据方案的具体情况进行设计。设计时要考虑以下几方面因素:
1)受力。如:在梁式体系中截面主要受弯,其上下缘承受拉、压力而腹板承受剪力。因此顶板和底板的厚度应由拉、压应力控制,腹板厚度由剪应力控制。梁的翼缘板和箱梁的顶板除了作为主梁的一部分承受纵向弯矩外,还起桥面板的作用,承受横向弯矩,这部分尺寸必需先定下来,以免到最后加大返工工作量。因此,在梁式体系中计算内容的第一部分,就是桥面板的计算。拱式体系的主拱圈主要承压,因此其截面一般是对称的。截面尺寸除了要满足压应力的要求外,还应具有一定的抗弯能力。无铰拱桥是三次超静定结构,拱圈高度定得高,虽然能增大截面的抗弯能力,但超静定次内力也相应增大,不一定有利,所以要兼顾各方面因素后选定。
2)构造。有时截面尺寸不是受力控制而是构造控制。如钢筋混凝土梁的受拉区,混凝土不受力,仅起保护钢筋的作用,此时构件的尺寸在混凝土满足规范要求的保护层厚度的前提下尽量取小值,以减小构件自重;预应力混凝土简支梁或箱梁的顶、底板,腹板厚度除了应满足受力要求外还应考虑预应力管道的布置要求,采用什么预应力体系,管里外径尺寸多大,如果需要多排或多列布置则考虑排、列间距后再加上外面普通钢筋和混凝土保护层即为构造要求的板厚,在预应力筋锚固截面还需考虑锚垫板的尺寸大小及锚头所占的最小尺寸等。
3)施工。不同的施工方法对截面尺寸的要求也不相同。如采用整体浇筑施工法,则要求一定的构造厚度,以适应混凝土的浇捣,而采用滑模施工法的构件尺寸在满足结构受力和管道钢筋布置的条件下有可能进一步减小。
2、内力计算
内力计算包括恒载内力和活载内力计算,如果是超静定结构则还应计算由于温度变化,混凝土收缩、徐变,墩台不均匀沉降等引起的次内力,如果是超静定预应力混凝土结构则应计算张拉预应力引起的预应力二次矩等。
1)恒载内力计算。恒载内力包括自重内力和后期恒载内力(如桥面铺装、人行道、防撞栏杆、灯柱等)两部分。其中自重内力和结构的施工方法有密切关系。如果结构采用分阶段施工,体系不断转换,则截面的恒载内力应是各施工阶段内力叠加的结果。在初步设计时,自重内力的计算有二种方法:
a )采用一次落架法计算,然后和活载内力、附加内力组合后绘制内力包络图,作为配筋设计的依据。但是如果采用悬臂施工法施工时,实际内力包络图在支点和跨中与一次落架的内力包络图相比有较大差别,前者的支点负弯矩较后者的大,而跨中正弯矩却小得多。使得用一次落架法叠加的内力包络图配出的预应力筋束数在支点处显得不足,而在跨中处偏多。此时可用乘系数的方法来减小这些差别,如支点负的弯矩乘以1.1的系数,跨中弯矩乘以0. 5~0.6的系数,如此跨中正弯矩乘以配出的束数是否恰当,可在施工阶段验算时进行调整。
b )按施工程序进行计算,但此时不考虑预应力(也无法考虑)和徐变的影响,施工荷载可用集中力近似代替。这样计算的自重内力与实际受力情况比较符合。
2)活载内力计算。活载内力可按下式计算:
S =(1+μ) ⋅ξ⋅∑m c ⋅P i ⋅y i
式中:μ为冲击系数;ξ为车道折减系数;m c 为横向分布系数;P i 为车辆轴重;y i 为内力影响线坐标。μ和ξ可据结构形式、跨长、车道数查规范计算,内力影响线坐标可用程序计算,这里主要说明横向分布系数计算中的一些问题:
a )各种计算方法的适用对象。在《桥梁工程》课程中介绍过好几种求荷载横向分布系数的方法,有刚性横梁法、刚接梁法、铰接梁法、G-M 法。对于不同的上部结构和横截面形式,可采用不同的方法进行计算。例如:对于宽跨比B /l ≤0.5,并具有可靠横向联结的梁系结构可采用刚性横梁法;对于采用刚性联结的多个单箱截面,可采用刚接梁法;对于刚性联结的二个单箱单室截面或单箱多室截面,可采用杠杆法或刚接梁法;对于铰接空心板桥可采用铰接梁法;对于密排梁系,尤其是宽桥,G-M 法是一种比较合适的计算方法。在拱式体系中,对于双肋式下承式或中承式拱桥,系杆拱桥一般采用杠杆法,多肋的上承式拱桥一般采用刚性横梁法。支点截面的荷载横向分布系数都是采用杠杆法。
b )非简支体系荷载横向分布系数的计算。这些方法的荷载横向分布系数都是在简支梁桥的跨中截面上推导出来的,即得到的是跨中截面的荷载横向分布系数。计算弯矩时其他截面(除支点截面)只是借用了此值;计算剪力时,支点截面上采用的是杠杆法,从支点截面到第一片横梁(或跨)直线变化。当设计采用的是悬臂梁或连续梁体系,通常的做法是:①借用简支梁的值;②参考桥工教材介绍的方法进行修正;③采用空间程序计算内力影响面,在影响面上加载。由于活载内力在全部结构内力中占的比例不大,尤其跨度大时活载内力所占比例更小,因此,活载横向分布系数有些差别,对整个结构的受力影响不大,故一般采用第一种方法。
3)附加内力计算
附加内力是指风力或离心力等某些可变荷载引起的内力。
4)结构次内力计算
在超静定结构中,温度变化,混凝土收缩、徐变,预应力张拉,墩台的不均匀沉降和位移都会产生次内力,这些次内力虽然都可用计算机进行计算,但学生在运用程序时应掌握这些计算的基本概念以及注意参数的取用,能定性的判断计算结果的正确性。
3、内力组合
应按承载内力极限状态和正常使用极限状态两种组合进行。
4、绘制内力包络图
在内力组合的基础上就可以绘制包络图了。包络图有弯矩包络图和剪力包络图,它们是配筋设计的依据。当同一截面有多片主梁时,可选用各片梁的最大值。由于计算了两种极限状态的内力组合值,因此弯矩和剪力各有两个包络图。
5、配筋设计
截面的配筋设计可根据混凝土结构设计原理(按规范JTG D62)或桥梁工程教材中提供的公式进行,同一截面的预应力筋(或钢筋)可按正常使用极限状态和承载能力极限状态的最大组合内力配置,然后取其大值。在预应力结构中为了防止预留管道在施工工程中堵塞,设计时应多留3~4个
孔道。
在正负弯矩区,如果需要调整束数,则当截面承受负弯矩时,截面下部需多配n 束,则上部也要相应地增配n 束才能满足σ上≥0的条件。同理,在承受正弯矩时,截面上部也要相应地增配n 束,
则下部也应相应多配n 束。
6、施工验算
施工验算是按照施工步骤,把荷载效应逐阶段进行叠加,每一阶段的计算荷载包括节段自重,施工荷载(施工机具、施工人员、模板等)和预应力。如果用程序进行验算,则应确定每一阶段的计算图式,把荷载全部作用到正确位置进行计算。在验算构件吊装阶段的应力时应乘以动力系数。
7、应力验算
应力验算主要指正常使用阶段的应力计算。对于钢筋混凝土结构主要进行变形和裂缝宽度的验算;预应力混凝土结构主要验算在使用荷载和预加力作用下,混凝土和预应力钢筋的应力,变形及B 类构件裂缝宽度。值得注意的是,在进行变形计算时,不论构件处在开裂或不开裂状态,都假定是理想的弹性体,只是构件的刚度要进行折减,钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件的刚度折减见“桥规”。
8、强度验算
可参见规范提供的计算公式及有关规定。
★下部结构设计★
下部结构包括桥墩、桥台和基础。它们的设计与上部结构设计一样也由类型选择、尺寸拟定、内力计算、强度验算、稳定性验算及抗震验算等几部分组成,对于钢筋混凝土和预应力混凝土墩台还应进行配筋设计。由于不同类型的墩台其计算项目和计算方法也不相同,因此这部分内容可参考公路桥涵设计手册《墩台与基础》第二、三章中的设计与计算部分。考虑到毕业设计的工作量可选做桥墩或桥台设计(两选一)。
(四)施工设计
正规的施工设计应包括施工程序设计、施工设备的设计、施工组织设计、绘制施工进度表、场地布置及综合概预算。由于毕业设计时间的限制,只要求做施工方法设计并绘制施工流程图。这里所指的施工方法应包括上、下部结构。
施工方法在拟定方案时就已选定了,因为结构的自重内力的计算和施工方法有密切关系。在选择施工方法时要考虑工期、造价的因素,在场地条件许可或桥址离预制场近的条件下优先考虑预制装配方案,为抢工期,尽量考虑上、下部同时施工的方案。基础和墩台施工应安排在枯水期,在洪水到来以前最好把桥墩抢出设计洪水位。施工设备的选择,尽可能采用一机多用,利用率要高。一座桥的施工,不宜采用多种施工方法,这样会增加机具设备费用,加大造价。这些仅是选择的原则,在具体设计时不可能做到尽善尽美,只能抓住主要矛盾。
(五)工程概算
概预算总金额组成分为七大类,即:建筑安装工程费;设备、工具、器具购置费;工程建设其
他费用;预留费用;大型专用机械设备购置费;固定资产投资方向调节税;建设期贷款利息。其中:建筑安装工程费是指直接发生在建筑安装工程、施工过程中的费用,施工企业在组织管理施工过程中间接地为工程支出的费用,同时为扩大施工技术装备所需的费用,以及按国家规定收取的利润和缴纳的税金的总称,该费用为概、预算的主要部分,同时计算工作量也是相当大的。
设备、工具、器具购置费由建设单位根据工程规模确定需用的机械、设备等而定,且由建设单位负责使用。
工程建设其他费用,为工程建设过程中必要开支的费用,由建设单位掌握使用。
预留费用是一种有可能发生但又无法准确估算的费用。该费用只有在实际发生的情况下经有关部门核定批准后方可动用。预留费只在概算中计列,但采用施工图预算加系数包干的工程,在预算中计列预算包干费,并由施工单位包干使用。
大型专用机械设备购置费是为复杂的特大工程所必需的,且经主管部门批准购置所发生的费用。该财产为投资单位所有,施工单位可向建设单位租用。
建设期贷款利息为采用贷款方式筹集资金的项目建设期的贷款利息。
三、应完成的设计文件
1、设计说明书
设计说明书中应包括如下内容:
中英文摘要
第一章设计任务和桥位选定
第二章桥梁方案比选
第三章桥梁上部结构设计
第四章桥梁下部结构设计
第五章施工设计
第六章工程概算
第七章设计总结(包括展望与谢辞)
参考文献
2、图纸
(1)路线平面设计图(含桥位平面布置)(1:5000)
(2)桥型布置图(平面、立面和横截面)(A3)
(3)配筋构造(桥面板、主梁和横隔梁)(A3)
(4)人行道、栏杆及墩(台)帽构造详图(A3)
(5)施工平面布置图(A3)