《结构力学课程设计》PPT课件.ppt

2019/6/13,结构力学课程设计,-湖南的桥,指导教师邓林,2019/6/13,研究课题:洪山桥,成员： 魏 伟 肖 湘 王玲琳 何 凡,2019/6/13,简 介,跨度高度居世界第一 大桥主桥结构形式为无背索斜塔斜拉桥，也就是说，它是单面拉索。大桥主跨206米，塔高1368米，桥面宽332米，塔身倾角58度。斜拉索采用竖琴式平行钢丝，全桥共13对。斜拉桥塔身通过塔基与基础固结，主梁采用钢混叠合结构。该桥在同类型桥梁中跨度和斜塔高度均居世界第一。,2019/6/13,洪山桥的尺寸,大桥主跨206米，斜塔垂直高度136.8米，塔身倾斜角58度 斜拉索采用竖琴式平行钢丝,全桥共有13对斜拉索,2019/6/13,综合分析,一、大桥地理位置 长沙市洪山大桥是长沙市北二环线上的一座特大桥，跨浏阳河，属环线建设的关键工程之一，洪山大桥南接四方坪立交，北连捞刀河特大桥，桥位座落于洪山庙休闲渡假区，往东不到2km即为机场高速公路，往北不到3km是长沙世界之窗。因该桥地理位置十分重要，业主单位长沙市环线建设指挥部从提高省会城市品位的要求出发，决心将该桥建成长沙市的标志性景观建筑物，后将湖南大学提出的无背索斜塔竖琴式斜拉桥方案提交市府办公会议讨论，获得通过。,2019/6/13,二、地质情况和其他自然条件 北岸主塔塔基地质情况简述如下： 桥址处基岩埋置较浅，大部分地段基岩裸露，岩性为中元古界冷家溪群板岩，板岩各层特征自上而下分别为：强风化板岩，褐黄色，岩性为粉砂质板岩和泥质板岩，岩质软，风化强烈，节理、裂隙极为发育，岩石破碎，采芯率低，层厚为1.86.9m，层顶标高为27.4631.83m，容许承载力0=500KPa。弱风化板岩，黄灰色、灰黄色、灰色，岩性为粉砂岩质板岩及泥质板岩，岩性脆，节理裂隙发育，钻进速度较慢，层厚为2.511.0m，层顶标高为19.5125.66mm，容许承载力0=1200KPa 。,2019/6/13,微风化板岩，青灰色、灰色，岩性为粉砂质板岩及泥质板岩，岩石较新鲜、坚硬，板理发育。钻进速度慢，岩芯多是块状，柱状及碎块状，层顶埋深为13.522.0m，顶板标高为12.819.93m，地质勘察该展未揭穿，容许承载力0=2700KPa 。 桥址处百年一遇20m高10min平均最大风速为28ms，主导风向为西北向。长沙地震基本烈度为度，本桥按度设防，桥址为类场地上。气象方面，长沙地处亚热带地区，受季风影响，雨量充沛，历年最高气温40.6，最低气温-11.4，年平均气温17.1。,2019/6/13,三、主要技本标准和分跨 1.道路等级：城市快速路 2.设计荷载：六车道汽20级，挂车120；人群荷载3.5kN平方米，并以一辆3000kN特重车作验算荷载。 3.桥宽及路幅组成 全桥宽：33.2m 路幅组成：2*0.5m防撞栏+0.5安全带+2*3.75+3.5行车道+0.5安全带+2.1护栏和锚索区十4.0/2人行观光道=33.2m 4.设计车速：60km/h 5.桥上纵坡：0.2464，桥面横坡；1.5% 6.主桥分跨：227m（主跨和塔区）+30.305m（辅助孔）257.305m 7.计算跨径：206m,2019/6/13,四、主桥设计要点 l.索塔和基础 索塔采用预应力混凝土箱形结构。截面外轮廊尺寸为 12m（顺桥向） * 8.2m（横桥向）， 塔的水平倾角为58，塔高（桥面以上）135m。对于无背索斜塔斜拉桥，塔的自重设计是关键 问题之一，为了确保索培处于良好的受力状态，我们按照以下原则确定塔的自重；即当梁上 作用全部恒载和一半活载时，塔处于轴心受压状态， 由几何及平衡关系（拉索平行布置情形），可以得到： 如图2所示。,2019/6/13,索塔节段重量心原则上按上述公式确定，洪山桥的C值为2.432，塔身混凝土体积较大。最后出于降低重心的考虑，将索塔设计成变壁厚的形式（下厚上薄），整个索塔的混凝土体积约6700立方米。 洪山桥的人行道位于桥中央两个索面之间，高出行车道约2m，为方便行人和确保行车顺畅，设计中在塔根部开了一个高9m、宽3m的过人孔。塔内还设有观光电梯，塔顶设有观景台。 由于桥址处地质条件良好，基岩露头，因而墙身基础采用了 31m（顺）*30m（横）* 9m（高）的扩大基础，在最不利组合荷载作用下，基底偏心距小于0.5m。,2019/6/13,2.主梁 主梁为钢混叠合结构，桥中央设一条44m（高）*7.0m（宽）的矩形闭口钢箱梁（箱壁厚28mm），顺桥向每隔4m设一道 长12.9m的箱形钢挑梁，形成脊骨架结构体系。钢结构部分的母材为16Mnq钢，钢挑梁上布210mm厚混凝土桥面板，桥面板与钢挑梁间用22mm、间距为120mm的大头剪力钉连接。 无背索斜拉桥相对于常规斜拉桥来说，拉索吊点所能提供的刚度较小，因而在活载作用下，主梁内力变幅相对较大，普通钢筋混凝土结构难以承受这种大的内力变幅，易开裂，因而洪山桥的混凝土桥面板置于主梁接近中和轴的位置，从总体受力来看，桥面板只承受轴力，而钢箱梁承担了轴力、弯矩和扭转。为防止钢箱梁内出现过大的应力变幅而导致疲劳破坏，洪山桥与西班牙Alamillo桥一样，梁高定为4.4m。 钢箱梁的截面尺寸由扭转控制设计，包括扭转第一类稳定和横桥向扭转刚度。对于钢箱梁承压板的局部稳定问题，由于我国公路桥现未能作出计算规定，我们分别用日本本州四国连络桥上部结构设计标准及解说（1989年）和美国公路桥梁设计规范（1994年）作了计算，二者结果基本一致,2019/6/13,3.斜拉索 洪山桥为单索面结构，横桥向两排索间距为6m，顺桥向梁上索间跨为12m，共13对26根索，索的水平倾角均为25，平行布置，索长65.9289.8m，斜拉索采用7高强度低松弛镀锌高强钢丝，抗拉标准强度1670MPa，斜拉索采用2417和2837两种规格，匹配相应冷铸墩头锚锚具，斜拉索采用预制成品索，总用量约460t。 洪山桥是斜塔单边索斜拉桥，与常规斜拉桥的受力特点明显不同，因而斜拉索在塔和梁上的锚固方式（特别是塔上）值得认真斟酌。 经过多次分析计算，最后将拉索锚固在塔的中和轴上，这是与普通斜拉桥的区别之一，如果将拉索锚固在前箱壁上，锚固点集中力在塔箱截面上产生一个很大的附加力偶，由此产生的塔内弯矩可占总弯短的30以上，造成塔在长期荷载作用下受力不良。因而将锚固点置于中和轴是十分必要的。 拉索的最大应力变幅为90MPa，较小，因而拉索的疲劳不控制设计。,2019/6/13,为确保洪山桥建设的安全，在大桥初步设计完成后，对下列三个问题作了专门的试验研究： （1）全桥1：30相似模型试验。试验主要目的是考察大桥在施工和营运阶段整体受力性能，包括应力、变形、稳定和桥面板有效分布宽度等。 （2）塔梁固结块1：6节段模型试验。试验的主要目的是考察拉索水平分力传至塔根部后的分布规律，并考察钢箱梁的弯曲扭转受力特性是否与设计相符。 （3）节段和全桥模型风洞试验。确定各截面的气动参数，涡激共振风速，抖振最大振幅，颤振失稳临界风速，并给出最大风致内力结果。,2019/6/13,洪山大桥的优点和创新点,1.无背索斜塔斜拉桥的受力特点 2.造型美观 3.桥上人行道与行车道分离、且比行车道高2m，行人舒适、安全，体现了人性化建设理念 4.系统地研究了无背索斜拉桥结构体系，从受力、施工、美观等角度出发，深入研究了主梁截面形式、斜塔倾角和截面布置、梁塔平衡关系、索塔锚固方式和斜拉索布置等关键技术问题 5.混凝土桥面板纵向只受压而不受弯，既防止混凝土开裂又可分担拉索的水平力 6.索塔的重量和拉索锚固方式可使塔处于良好的受力状态 7.提出了考虑初始几何缺陷、焊接残余应力、材料和几何双重非线性的加劲板结构承载力计算方法,2019/6/13,洪山大桥的缺点,工期长，消耗人力物力 多。抗震果差等缺点。,2019/6/13,洪山大桥的受力特点,洪山大桥是无背索斜塔斜拉桥，它是一种由倾斜的索（早期的采用刚性的杆）作为主要受力构件，一端拉着塔柱，一端拉着桥面结构，采用这种方式承受交通荷载的桥。这种桥外形优美，但由于在设计时受力计算复杂，因此在计算机出现之前，只有少数几座，并且它们的斜拉索的数量很少。随着计算机的广泛运用，斜拉桥的复杂的受力计算变得很容易实现了，于是世界各世建造了大量的各式各样的优美的斜拉桥。,2019/6/13,洪山桥的施工步骤,2019/6/13,洪山桥的艺术性,在夕阳下的洪山大桥，即象一把“弦琴”等待着被弹奏，又象一艘巨型“航母”横卧在浏阳河上,2019/6/13,灯光,长沙最具特色的夜景之一 洪山庙大桥斜着身子往北耸立，垂直高度达150余米。因其斜着身子高高耸立，造成设计安装以及未来灯具维护极为艰难。本次亮化对该斜塔进行了投光处理，将其雄伟的原形充分打亮，使灯光自下而上渐弱，具有雕塑般的空间感觉。同时，在斜塔的顶部装了两台7000瓦同步探照灯来进行动态光束表演，使之达到很好的远景效果，成为长沙最具特色的夜景之一。 桥面照明看不到灯杆 据相关专家介绍，洪山庙大桥亮化工程有别于长沙其他大桥的地方在于，大桥桥面车道功能照明不在大桥两侧设任何灯杆，而是在桥中间的防撞栏杆内做一个类似广告面板的灯光架，使之与斜拉索的减震器融为一体，同时，还在灯箱顶部采用250瓦金卤灯对路面进行照明。,2019/6/13,斜拉索选用交叉投光 高高悬在空中的斜拉索是怎样实施亮化的呢？相关专家打比方说，洪山庙大桥斜拉索与大桥桥身共为一体。假设塔与桥面为弓，那么其斜拉索就像弓上的弦；假设塔体是桅杆，那么斜拉索就好比风帆。要体现其相互间的紧密性，实施亮化工程时从色调上不能分开。本次亮化选用了交叉式投光方法将斜拉索照亮。投光灯具分1800瓦、1000瓦、400瓦三种，灯具安装在照明灯柱上，很好地避开了弦光的干扰。 趣味灯遍布大桥周边 本次亮化还在大桥北面匝道范围的周边绿地上，采用一些像椰树灯之类的趣味性灯饰产品，并在其中装上景观灯柱和草坪灯来装饰整个绿化带。同时，还适当增加了类似座椅、凉亭之类的城市休闲器具，以满足市民休闲需要。对大桥两侧的栏杆，本次用黑色“五线谱”钢材装饰，让过往行人有一种美的享受。 另外，对大桥的侧立面，还采用1米长延板灯间隔安装，从而以静态光效表现大桥的宏伟气势。,2019/6/13,心得体会,没