毕业设计---斜拉桥.pdf

本科毕业设计说明书 本科毕业设计说明书 民生大桥初步设计民生大桥初步设计 preliminary design of the bridge peoples livelihood 学院（部） ： 土木建筑学院 专业班级： 土木 07-11 学生姓名： 杨 志 熙 指导教师： 乔成 讲师 2011 年 6 月 6 日 安徽理工大学毕业设计 i 民生大桥初步设计 摘要 本设计根据设计任务要求， 依据现行公路桥梁设计规范， 综合考虑成桥桥位的地质、 地形条件， 经初选后提出了双塔单索面斜拉桥、 五塔双索面斜拉桥、 拱桥三个比选桥型。 按“实用、经济、美观”的桥梁设计原则，比较三个方案的优缺点。比选后把双塔单索 面斜拉桥作为主推荐方案，进行结构细部尺寸拟定、静活载内力计算、斜拉桥整体稳定 验算、斜拉桥整体强度应力验算、拉索应力验算，混凝土箱梁细部设计。经比较分析及 验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。 关键词：斜拉桥，拱桥，单索面，双索面，主推荐设计方案，结构分析， 验算 关键词：斜拉桥，拱桥，单索面，双索面，主推荐设计方案，结构分析， 验算 安徽理工大学毕业设计 ii preliminary design of the bridge peoples livelihood abstract the design requirements according to the design task ,according to the present highway bridge specifications,take the geological and the landform of the bridge site for further analysis,after preliminary selection, three bridge type schemas are presented, they are twin towers cable-stayed bridge with single cable plane, double plane five-tower cable-stayed bridge with low concrete tower and arch bridge. comparing their characters comprehensively, the twin towers cable-stayed bridge with single cable plane is selected as the main design. scheme by the philosophy of bridge design as “practicability, economy, security, aesthetic“. through drawing up of structures dimension, internal force calculation of dead and living load, steel beam stress and strength calculation, fatigue stress calculation, the whole bridge strength calculation, checking computation of cable stress and fatigue stress, living load distortion, drawing up of steel beams dimension. the conclusion can be drawn that the design is up to the assignment. keywords： cable-stayed bridge, arch bridge, single cable plane, double plane,fitague stress; the main design scheme for further analysis, structure analysis and checking computatio 安徽理工大学毕业设计 i 目录 摘要（中文）i 摘要（英文）.ii 1 概述1 1.1 设计依据 1 1.2 技术标准 1 1.3 地址条件 2 1.4 本桥采用材料 2 1.5 设计采用规范 2 2 桥型方案比选3 2.1 构思宗旨 3 2.2 比选标准 3 2.3 比选方案 3 2.3.1 方案一：双塔单索面斜拉桥.3 2.3.2 方案二：钢管混凝土拱桥.5 2.3.3 方案三：双索面五塔低塔混凝土斜拉桥.5 2.4 方案点评 6 2.5 方案确定 6 3 斜拉桥构造设计7 3.1 总体设计 7 3.1.1 采用材料.7 3.2 主梁设计 7 3.2.1 总体布置：.7 3.2.2 主梁材料的要求.8 3.2.3 主梁断面选择.8 3.2.4 混凝土主梁设计.8 3.3 索塔及主墩设计 9 3.3.1 主塔及主墩形状选择.9 3.3.2 尺寸拟定和构造设计.9 3.4 基础设计 .10 3.5 斜拉索设计 .11 3.5.1 类型选择11 3.5.2 斜拉索设计11 安徽理工大学毕业设计 ii 3.6 边跨配重设计12 3.7 附属设施设计 .12 3.7.1 伸缩缝12 3.7.2 避雷系统和航空障碍灯12 3.7.3 塔内爬梯 12 3.8 桥面铺装 .12 4 模型信息建立.13 4.1 荷载13 4.1.1 永久作用13 4.1.2 可变作用13 4.1.3 温度作用14 4.1.4 作用组合14 4.2 计算方法概述 .14 4.3 模型建立 .15 4.4 模型分块 .15 4.4.1 主梁单元分块15 4.4.2 左右主塔单元分块16 4.4.3 左右主墩单元划分17 4.4.4 左右拉索单元划分18 4.5 全桥单元截面特性 .19 4.6 初索力计算 .27 4.7 斜拉桥基频计算29 5 整体静力分析.30 5.1 正常使用极限状态钢束应力验算 .30 5.2 单元抗力与对应内力计算 .35 6 施工组织设计.49 6.1 工程概况 .49 6.2 施工方法和工作程序 .49 6.2.1 挂篮的拼装49 6.2.2 挂篮的制造质量要求49 6.2.3 挂篮的安装程序49 6.2.4 挂篮弹性变形的预防50 6.2.5 挂篮悬浇箱梁节段工艺流程50 6.2.6 主梁悬浇段施工方法及注意事项50 安徽理工大学毕业设计 iii 6.2.7 合拢段施工方法50 6.2.8 线型控制51 6.2.9 施工控制51 6.3 质量保证措施 .51 6.3.1 作好施工材料的质量控制51 6.3.2 加强施工过程的试验和检验52 6.3.3 保证施工中的资料完整齐全52 6.3.4 混凝土工程质量保证措施52 6.4 安全保证措施 .52 6.5 环保措施 .53 6.6 质量检验标准 .54 6.7 后支点挂篮悬浇施工流程图 .55 7 施工阶段应力验算.56 7.1 施工阶段混凝土正应力和主应力验算 .56 7.2 正常使用极限状态裂缝宽度验算 .57 7.3 承载能力极限状态强度验算 .58 7.3.1 正截面抗弯强度验算 58 7.4 截面抗剪强度验算 .58 8 杆系计算结果.60 8.1 计算方法概述 .60 8.2 施工方法模拟 .60 8.3 施工阶段段计算模型（典型施工阶段图示） .60 8.4 相关验算 .65 8.4.1 拉索索力65 8.4.2 纵梁成桥内力及应力67 8.4.3 桥塔成桥内力及应力67 8.5 使用阶段验算 .69 8.5.1 拉索标准组合应力验算69 8.5.2 纵梁标准组合正应力验算71 8.5.3 桥塔标准组合正应力验算71 8.5.4 塔梁标准组合剪应力验算72 8.5.5 纵梁挠度验算73 8.5.6 桥塔水平位移73 8.5.7 支承反力汇总73 安徽理工大学毕业设计 iv 9 拉索强度与疲劳验算.74 9.1 拉索强度与疲劳验算 .74 9.1.1 验算原理74 9.1.2 提高系数 k74 9.2 疲劳包络验算 .74 10 斜拉桥主梁稳定性验算77 10.1 验算原理 77 10.2 斜拉索修正弹性模量计算 77 10.2.1 计算原理.77 10.2.2 修正弹性模量 eeq 计算.78 10.3 线缆弹簧刚度 k 求解 80 10.3.1 计算原理.80 10.3.2 缆索弹簧刚度计算.80 11 斜拉桥变形验算82 11.1 验算规定 82 11.2 桥梁挠度验算 82 11.2.1 桥梁挠度计算.82 总结.84 参考文献.85 致谢.86 安徽理工大学毕业设计 1 1 概述 民生斜拉桥横跨青河，两端连接高速公路，是为适应当地快速增加的交通量，服务 当地经济发展而修建的。青河上原有的几座桥梁已不能满足青河两岸物流交通的需求， 严重了阻碍当地乃至青河两岸整个区域的发展， 因此当地政府决定兴建该桥以服务该区 域发展。桥跨方向呈南北向分布，桥宽 30 米，采用双向六车道布置，桥梁总长 380 米， 连接南北高速主干道，两侧设置具有人行道功能的维修便道。 1.1 设计依据 （1）河道土岩情况：河道内有河道覆盖层和基岩。河道覆盖层由亚砂土、亚黏土、 砂卵石等层组成；基岩为花岗片麻岩，表面风化，呈灰白色、黄色，冲击后呈碎块状。 最低岩面高程 68.88m，最高岩面高程 73.84m。详见地质、地形剖面图(详见见图纸 。 （2） 当地气象部门提供的桥址气象状况： 年平均气温 7.6， 最高月平均气温 28.7 ，最低为-20.5。 （3） 风速：多年平均最大风速 15.3m/s，多年最大风速 21m/s，常年主导风向为 东北偏北。 （4）降水：年平均降水量为 826.8mm，日最大降水量为 185.4mm；年降雪日数历年 平均为 24 天，一次最大积雪深度为 260mm。 （5）地震烈度：地震动峰值加速度 0.1g，地震烈度。 （6）整体温差：降温 25；升温 15 索梁温差10 索塔日照温差5 桥面日照温差 +5 1.2 技术标准 （1）道路等级：高速公路 （2）设计时速：120km/h （3）桥面横向布置：桥面总宽 30m，机动车道为双向 6 车道，3.756m，4.5m 中 央分隔带，桥两侧维护辅道各一个，1.52m。 （4）设计荷载： 车辆荷载：公路-i 级。 （5）桥面横坡：双向 1。 （6）基本风压：700pa。 （7）设计地震烈度：度，按度设防。 （8）水位: 安徽理工大学毕业设计 2 设计洪水位：72.15m (频率 300 年) 丰水期水位: 74.20m 1.3 地址条件 河道土岩情况：河道内有河道覆盖层和基岩。河道覆盖层由亚砂土、亚黏土、砂卵 石等层组成；基岩为花岗片麻岩，表面风化，呈灰白色、黄色，冲击后呈碎块状。最低 岩面高程 68.88m，最高岩面高程 73.84m。 1.4 本桥采用材料 混凝土 斜拉桥主梁 c60 高性能混凝土 索塔及主墩 c50 混凝土 主桥索塔及边跨辅助墩承台 c30 混凝土 湿接缝 c50 混凝土 混凝土调平成坡层 c40 混凝土 防撞护栏、波形梁护栏底座 c30 混凝土 台背 c30 混凝土 桥面铺装垫层 c30 混凝土 主墩基桩 c25 混凝土 桥面铺装 沥青混凝土 预应力钢绞线：预应力钢绞线采用符合 gb/t 5224-2003 的规定，单根钢绞线公称 直径为s=15.24mm，公称面积 a=140mm 2，标准强度：pk=1860mpa，弹性模量 ep=1.95 10 5mpa。 锚具采用钢绞线群锚。 普通钢筋采用 hpb235、hrb335 钢筋 伸缩缝：采用毛勒系列的组合式伸缩缝 桥面铺装：桥面采用 10cm c30 混凝土垫层+10cm 沥青混凝土混凝土铺装层。 1.5 设计采用规范 1、 公路桥涵设计通用规范jtg d60-2004 2、 公路桥涵地基与基础设计规范jtj 024-85 3、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范jtg d62-2004 4、 公路工程抗震设计规范jtj 004-89 5、 公路桥梁伸缩缝装置jt/t327-2004 安徽理工大学毕业设计 3 2 桥型方案比选 2.1 构思宗旨 （1）符合该地区未来一段内的发展规划及现阶段快速发展的经济的交通需要。 （2）桥梁结构造型简洁、轻巧，能够融入到大桥周围的环境，形成当地一道亮 丽的风景线，以体现当地的经济发展实力、现代建桥风格国家的建桥水平。 （3）设计方案力求结构新颖，尽量采用新式桥型，既要满足美观要求，又要是 受力合理，结构力线鲜明，轻盈可靠且施工方便。 2.2 比选标准 安全、实用、经济、具有景观性，其中以安全性和实用性为主，以景观性和经济 为辅。 2.3 比选方案 2.3.1 方案一：双塔单索面斜拉桥 图 2-1 斜拉桥桥跨布置图 （1）孔跨布置：跨径 90+200+90（米） ，全长 380 米。桥面采用双向 1的横坡， 护栏采用金属制桥梁护栏（d25cm） ，其桥跨布置图 2-1 所示。 （2）结构构造： 1）主梁采用单箱五室混凝土箱梁，主梁高 3.6m，为主跨的 1/56，采用顶板、 底板和腹板厚度变化的主梁结构，标准区主梁断面及尺寸如图 2-2 所示： 安徽理工大学毕业设计 4 图 2-2 主梁断面示意图（单位：mm） 2）索塔：为单塔空心混凝土箱型梁，桥面以上高 60 米，横桥向 3.5 米，顺桥 向 6 米。 3）主墩：为空心混凝土箱型梁，主梁底面以下高 10 米，横桥向 15 米，顺桥 向 8 米。全桥采用塔梁墩固结体系。 4）拉索：索塔采用扇形布置，每个索面共张拉 19 对拉索，主梁上边跨密索区 索距 2.5m，标准区 5m；主塔上边跨密索区索距 2 米，标准区 3 米，共两个索面，所 有拉索一端锚固在混凝土主梁内，另一端锚固的索塔上。 5）主墩扩大承台：主墩底扩大承台横桥向 28.5m，顺桥向 20m，厚 4m。 6）群桩基础：索塔采用群桩基础，基桩布置如图 2-3 所示。 图 2-3 主墩扩大承台及群桩布置图（单位：mm） 每塔布置 40 根 s=250cm 的钻孔灌注桩，1#、2#塔桩长均为 100m，均为摩擦桩， 扩大承台厚 5.0m，承台尺寸为 28.5m20m。 安徽理工大学毕业设计 5 7）施工方案：采用对称悬臂施工，从两个主塔向中跨（主跨）和边跨同时对 称施工，在中跨（主跨）中央合龙，悬臂施工阶段采用挂篮施工。 2.3.2 方案二：钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥方案，桥梁全长 28+22+22+29+30+120+30+29+35+24+11=380m,桥 梁主跨布置如下图 2-4 所示： 图 2-4 钢管混凝土拱桥布置图（单位：mm） 主跨为 30m+120m+30m 钢管混凝土展翅系杆拱桥，矢高 24m，矢跨比 1/5，拱轴线 为修正后的二次抛物线。主拱肋由两根80012mm（16mnq）钢管作为弦杆，中心距 2.2m，以2999mm（16mnq）钢管作为腹杆，组焊成单片桁架拱肋，两拱肋平行， 拱趾相距 23.5m，两拱肋间设横撑。拱肋弦杆内填充 50#混凝土，钢管拱肋表层涂防 锈漆。拱肋在工厂预制好后吊装就位，桥面以下外包混凝土。桥面采用间距 8m 的吊 杆，吊起预制的部分预应力混凝土横梁。横梁上安装预制的钢筋混凝土空心板。吊杆 采用高强钢丝冷铸锚制作，外层为热挤压 pe 护套防护。两侧拱桥边跨采用混凝土拱 肋，跨度 60m，间隔 10m 设置混凝土撑杆，桥面为空心板结构，并且桥面中张拉预应 力筋起到系杆的作用。两拱座之间设置横梁，基础为扩大基础。 该方案的优点在于桥型协调、造型优美、结构合理、架设方便，利用原有的部分 桥墩，造价较低。 该方案的缺点在于桥位处已经在上下游各有不同形式的拱桥结构， 所以再修建拱 桥有所雷同。 2.3.3 方案三：双索面五塔低塔混凝土斜拉桥 双索面五塔低塔混凝土斜拉桥，桥梁全长 38m+76m+76m+76m+76m+38m=380m，1/2 桥梁布置如下图 2-5 所示： 安徽理工大学毕业设计 6 图 2-5 1/2 双索面五塔低塔混凝土斜拉桥（单位：cm） 桥面宽度 39m，中间机动车道 22m，拉索区 21.5m，两侧非机动车道 24.5m， 人行道 22.5m。主梁采用双箱截面，梁高 2m，单箱宽 7m，箱中间设横隔梁。塔柱 桥面以上高度 13m，每侧设三根索。3#桥塔、梁、墩固结，2#、4#塔梁墩固结，桥墩 做成双薄壁墩，外面包起来使外形与其它桥墩相同，1#、5#塔梁固结，在桥墩上设置 支座以满足桥梁的温度变形。基础采用扩大基础。 该方案的优点是结构新颖美观，施工方便、造价较低。 该方案的缺点是跨径较小，桥塔略显拥挤。 2.4 方案点评 （1） 根据设计构思宗旨， 桥型方案应满足结构新颖、 受力合理、 技术可靠、 施 工 方便、造价合理的原则。以上三个方案都基本满足这一要求。 （2）从结构外形上看，三个方案分为别双塔斜拉桥、拱桥、双索面五塔斜拉桥 三种桥式。 从受力上看， 都是组合体系桥梁， 各具特点。 但是方案一的力线更加鲜明， 且基础工程量较少， 外形明朗简洁，具有较好的景观想能。方案二的优点在于桥型 协调、造型优美、结构合理、架设方便，造价较低，但缺点在于桥位处已经在上下游 各有不同形式的拱桥结构， 所以再修建拱桥有所雷同。 方案三的优点是结构新颖美观， 施工方便、造价较低，缺点是跨径较小，桥塔略显拥挤。 2.5 方案确定 总结：经过反复思索和比较，方案一表现突出，符合安全、功能、美观要求，体 现了当前的建桥技术水平，能够胜任该地区的交通建设规划要求。因此确定方案一为 推荐方案。 安徽理工大学毕业设计 7 3 斜拉桥构造设计 3.1 总体设计 民生斜拉桥为 90m+200m+90m 三跨双塔单索面混凝土斜拉桥，详见图纸 f01-1。 采用单柱混凝土塔，截面采用 63.5m 矩形空心截面。两塔均高 60m，两个索塔均为 群桩基础。主梁采用变截面单箱 5 室混凝土箱梁，在主梁的不同位置，顶板、底板和 腹板的厚度不同，混凝土主梁高 3.6m，宽 30m。斜拉索采用 250 型系列环氧涂层钢绞 线拉索及相应的锚具， 采用扇形布置， 斜拉索在主梁上标准间距 5m， 边跨密索区 2.5m； 在主塔上标准间距 3m，边跨密索区在主塔上的间距 2m，为密索结构。全桥采用塔梁 墩固结体系，斜拉索下端锚固在主梁中室顶板，锚固处顶板加强，上端对称锚固在索 塔矩形断面的锚固上。拉索索面采用沿塔中心不完全对称布置，索面为扇形布置，在 边跨密索区主梁内配置配重铁砂，密度为 3.5t/m 3，以平衡中跨的不平衡力。 3.1.1 采用材料 表 3-1 斜拉桥所用材料（单位设置 m、kn） 表 3-1 斜拉桥所用材料（单位设置 m、kn） 序 号 材 料 类 型 标 准 弹性模量泊松 比 热膨胀系 数（t） 容重 kn/m 3 1 混凝土 c60 jtg04(rc) 3.60e+070.2 2.60e+01 2 混凝土 c50 jtg04(rc) 3.45e+070.2 1.00e-05 2.60e+01 3 混凝土 c40 jtg04(rc) 3.30e+07 4 混凝土 c30 jtg04(rc) 3.0e+07 2.50e+01 5 混凝土 c25 jtg04(rc) 2.85e+07 6 拉索 15.24 1.86e+08 7 预应力 钢束 15.24 1.86e+08 8 普通钢 筋 hpb235 gb13013-1991 2.05e+05 0.3 1.20e-05 7.70e+01 9 普通钢 筋 hrb335 gb1499-1998 1.95e+05 0.3 1.20e-05 7.70e+01 3.2 主梁设计 3.2.1 总体布置： 桥面布置采用 11.252m 六车道布置，车道宽 3.75m，两侧布置 1.5m 具有人行 道功能的维修便道，中央 4.5m 拉索布置区，桥面总宽 30m。 安徽理工大学毕业设计 8 桥梁总体布置见如下图 3-1 所示： 图 3-1 桥梁总体布置图（单位：mm） 3.2.2 主梁材料的要求 混凝土箱梁所用混凝土为 c60 高性能混凝土。 3.2.3 主梁断面选择 采用单箱五室带悬臂断面，边室倾斜腹板有利于减小风力的不利影响，在主梁的 不同位置采用不同的顶板、底板和腹板厚度，既有利于提高承载能力，又有利于减轻 自重。 3.2.4 混凝土主梁设计 混凝土梁的主要尺寸拟定： 混凝土箱梁高（中心线处）3.6m，除中室外顶面设 1横坡。标准段和边跨段主 梁为单箱五室混凝土箱梁，桥塔区主梁变异为单箱两室，具体布置见图 3-23-4。 图 3-2 标准段主梁截面图（单位：mm） 图 3-3 边跨段主梁截面图（单位：mm） 安徽理工大学毕业设计 9 图 3-4 桥塔区主梁截面图（单位：mm） 3.3 索塔及主墩设计 3.3.1 主塔及主墩形状选择 索塔整体造型既要考虑桥型也要考虑受力，且要施工方便。由于本桥是单索面斜 拉桥，跨径不大，索塔不高，故采用单柱式索塔是合理的。 3.3.2 尺寸拟定和构造设计 索塔桥面以上总高度：1#和 2#主塔桥面以上总高度相同，塔高 60m，塔的高跨比 为 0.300.主梁底面以下主墩高 10m，主塔垂直布置。主塔柱采用矩形截面，横桥向壁 厚 0.5m，顺桥向壁厚 0.8m，塔柱横桥向内壁上设置斜拉索锚块。主墩为单箱四室的 混凝土箱形结构，横桥向 15m，顺桥向 8m，主墩横桥向壁厚 1.0m，顺桥向壁厚 1.5m， 内部支撑壁厚 1.0m，主塔及主墩的形状和尺寸如图 3-53-6 所示。 图 3-5 主塔截面尺寸图（单位：mm） 安徽理工大学毕业设计 10 图 3-6 主墩截面尺寸图（单位：mm） 3.4 基础设计 索塔基础均设置为群桩，由 40 根 s=250cm 的钻孔灌注桩组成，横桥向桩中心距 3.5m，顺桥向中心桩距 4.0m，边桩中心距承台边缘均为 2.0m，南北塔桩尺寸相同， 主墩扩大承台和基桩布置如下图 3-7 所示： 图 3-7 主墩扩大承台和基桩布置图（单位：mm） 安徽理工大学毕业设计 11 3.5 斜拉索设计 3.5.1 类型选择 斜拉索分为平行钢筋索， 平行钢丝索， 平行钢绞线拉索。 平行钢绞索由工厂预制， 在工地安装，质量可靠，但跨径较大时，斜拉索质量较大，需要大型吊装设备；平行 钢绞线拉索在工地组装，可单根穿束，方便灵活。 本桥采用平行钢铰线索，主要考虑以下几点： 钢铰线拉索可以在不影响桥梁 正常使用的前提下，在桥梁使用期限内的任何时间，对钢铰线的无粘结钢铰线进行应 力检测，必要时可进行单根钢铰线换索，方便对桥梁的质量进行监控。 斜拉索外 护套管表面附有双螺旋线，可以减少斜拉索的风雨震动。 平行钢绞线拉索具有较 高的抗疲劳应力幅值，符合三跨混凝土斜拉桥应力幅值大的特点。 3.5.2 斜拉索设计 斜拉索采用平行钢铰线拉索体系。拉索由多股无粘结高强度钢铰线组成，整根拉 索的防护共有三层，由单根钢铰线外涂油脂并带 pe 护套、拉索外层的 hdpe 外防护套 等组成。在锚固区，钢铰线有 pe 导管组件防护，其端部浸泡于油脂中。 （1） 无粘结 pe 钢绞线 1）拉索无粘结 pe 钢绞线，直径 15.24mm，涂油脂并且带 pe 护套的低松弛非 镀锌钢绞线。 2）斜拉索用 pe 钢铰线符合 astm a416-90a（以下简称 pe 钢绞线） 3）pe 钢绞线技术标准 抗拉强度：不低于 1860mpa 最小破断荷载：260.7kn 松弛性能：1000h 最大松弛2.5 伸长率：大于 3.5 不松散性：钢绞线在绑扎的情况下切断不松散。 弯曲度：钢绞线自由放置在一个平面上，从 1m 长基线测量弯曲最大不大 于 25mm 性能均匀稳定的应力/应变曲线 抗疲劳性能：pe 钢绞线在最大应力 0.45 b y r，最大应力幅 300mpa 经 200 万次疲劳试验不断裂 单丝无焊接接头 公称直径及允许偏差 公称直径：15.24mm（-0.15+0.66） 公称截面积：140mm 2 安徽理工大学毕业设计 12 线密度：1102g/m （2）斜拉索 hdpe 外护套管 1）斜拉索 hdpe 外护套，采用双层同步挤压圆形截面的 hdpe 管，内侧黑色， 厚度 1.5mm。外侧颜色经 vr 紫外线测试，表面色泽并无任何明显褪色和改 变。内外层均应具有较好的抗老化及抗紫外线的性能。 2）hdpe 外护套管由黑色内侧及带颜色外侧组成，两侧皆为同一聚合物 pe-hd 材料。 （3）斜拉索锚具设计 锚具型号采用 ovm15-31。 3.6 边跨配重设计 由于拉索采用不完全对称布置，在施工阶段和使用阶段，边跨采用铁砂配重，以 有利于主塔受力，使主塔主要承受轴向压力。 3.7 附属设施设计 3.7.1 伸缩缝 根据民生斜拉桥的活载梁端位移、温度位移，在桥台处设置伸缩量 200mm 的伸缩 缝。 3.7.2 避雷系统和航空障碍灯 按规范在每个索塔的塔顶位置设置避雷设施和航空障碍灯。 3.7.3 塔内爬梯 为方便索塔的养护维修，在每个索塔的塔柱内部均设有爬梯。 3.8 桥面铺装 垫层采用 c40 混凝土 铺装层采用沥青混凝土 粘层：改性沥青 sma 其中： 两层浇筑式沥青混凝土之间不需年层， 当浇筑式沥青混凝土用于表面层时， 表面撒布的碎石为耐磨光材料，粒径为 27mm，磨光值应大于 60。粘结层涂装 23 层，用量 0.20.3l/m 2。 安徽理工大学毕业设计 13 4 模型信息建立 4.1 荷载 4.1.1 永久作用 一期包括主梁、主塔、拉索及防腐材料荷载。混凝土索塔容重 25kn/m 3,两塔按 实际断面计取荷载；斜拉索所需钢绞线荷载 g(1+10)计（其中 10为防腐材料荷 载）。 二期恒载为桥面（路缘石、防撞护栏、栏杆、灯柱、泄水管、桥面铺装等）， 梁内电缆、管线包括在内。桥面铺装厚度为 10cm c30 混凝土垫层+10cm 沥青混凝土 铺装层， 维修便道铺 30cm 厚的 c50 混凝土层， 容重 25kn/m 3。 二期恒载取值 95 kn/m3。 收缩、徐变：主塔及混凝土主梁的收缩、徐变按公路混凝土及预应力混凝土 桥涵设计规范附录四计算。 混凝土的弹性继续熬系数为 0.3，徐变速度系数为 0.021，徐变终极值 2.24， 收缩速度系数为 0.021，收缩终极值为 0.00028. 主梁预应力 钢绞线直径为 15.24mm，标准强度为 1860mpa，张拉控制应力为 1395mpa。钢束 松弛率 0.025，预埋金属波纹管摩擦系数 0.25，孔道偏差系数 0.0015，锚具变形系 数 0.0015，锚具回缩变形 0.006m，弹性模量 ep=1.9510 5mpa，拉索弹性模量要考虑 垂度影响进行修正。 4.1.2 可变作用 活载：采用公路-级车道荷载，车道为六车道。 制动力：参照英国 bs 5400 的规定，制动力全桥按 70t 计。 纵向风力： 基本风压为 700pa， 多年最大风速 21m/s,并考虑主塔高度增大系数。 温度变化:考虑以下几种情况。 体系升降温：升温 15 降温 25 索梁温差10 桥面日照温差 +5 主梁温度梯度计算按照公路桥涵设计通用规范 （jtg d60-2004）中 4.3.10 中规定取值，塔左右、内外日照温差：5。 活载取值按照 jtg d60-2004公路桥涵设计通用规范规定选取：公路-级车 道荷载均布荷载标准值为 qk=10.5kn/m;集中荷载标准值选取 pk=360kn； 计算剪应力是 应乘以 1.2 的系数。 安徽理工大学毕业设计 14 本桥布置 6 车道，应进行多车道效应折减，折减系数采用 0.55。 4.1.3 温度作用 年平均气温 7.6，最高月平均气温 28.7，最低为-20.5 整体温差：降温 25，升温 15 索梁温差10 索塔日照温差5 桥面日照温差 +5 温度作用组合： 升温组合：体系升温+索升温+主梁顶板升温+塔一侧升温。 降温组合：体系降温+索降温+主梁顶板降温+塔一侧降温。 4.1.4 作用组合 表 4-1 作用荷载组合表 表 4-1 作用荷载组合表 荷载组合表 组合1 1.0d 恒载 组合2 1.0d+1.0mv 恒载+汽车荷载 组合3 1.00+1.0st 恒载+温度荷载 组合4 1.00+1.0st+1.0mv 恒载+汽车荷载+温度荷载 组合包络 组合1一4 4.2 计算方法概述 整体静力计算采用有限单元分析，分析软件采用桥梁博士 3.03 版。总体结构根 据结构形成过程进行施工阶段计算，成桥分析根据荷载组合要求的内容进行内力、应 力计算，通过对索力的优化调整，使结构在施工阶段和使用阶段的内力、应力及刚度 均符合规范要求。 在这里计算分析斜拉桥，采用一些基本假定如下： 视斜拉桥为平面线性框架单元结构。 斜拉索的自重垂度及受力后垂度发生变化时，对其变形计算的影响不予考虑， 即视钢索为一直线。 在斜拉桥跨度不大的情况下， 斜缆的非线性影响可以通过修正模量的办法加以 考虑。弹性模量的取值按厄恩斯特（ernst）公式计算： 2 3 1 12 c c e e rl e 式中： r拉索材料比重；l斜缆水平投影长度；斜钢缆索中应力 安徽理工大学毕业设计 15 4.3 模型建立 图 4-1 桥面模拟平面线性单元。 4.4 模型分块 4.4.1 主梁单元分块 图 4-2 为主梁左侧单元划分，共（1-42#）42 个单元。其中 1#边跨单元长 2m， 2-5#密索区单元长 2.5m，6-20#、23-41#标准区单元长 5m，21-22#主塔区单元长 3m， 42#中跨合龙段单元长 2m。 图 4-2 主梁左侧单元 图 4-3 为主梁右侧单元划分，共（43-84#）42 个单元。其中 43#中跨合龙段梁单 元长 2m，44-62#、64-79#标准区梁单元长 5m，63-64#主塔区梁单元长 3m，80-83#密 索区梁单元长 2.5m，84#边跨梁单元长 2m。 安徽理工大学毕业设计 16 图 4-3 主梁右侧单元 4.4.2 左右主塔单元分块 图 4-4 为左侧主塔单元划分，共（89-111#）23 个单元，其中 89#主梁段塔单元 高 3.6m，90-92#无索区塔单元高 2m，93-106#拉索区塔单元高 3m，107-111#拉索区 塔单元高 2m。 图 4-4 左侧主塔单元划分 如下图 4-5 为右侧主塔单元划分，共（112-134#）23 个单元，其中 112-116#单 元高 2m，117-130#有索区单元高 3m，131-133#无索区单元高 3m，134#单元高 3.6m。 安徽理工大学毕业设计 17 图 4-5 右侧主塔单元划分 4.4.3 左右主墩单元划分 图 4-6 为左侧主墩单元划分，共（85-88#）个单元，每个单元高 3m。 图 4-6 左侧主墩单元划分 图 4-7 为左侧主墩单元划分，共（131-134#）个单元，每个单元高 3m。 安徽理工大学毕业设计 18 图 4-7 右侧主墩单元划分 4.4.4 左右拉索单元划分 图 4-8 左侧拉索单元划分 图 4-8 为左侧拉索单元划分，共（139-176#）38 个拉索单元。索面两侧呈不完 全布置。 图 4-9 右侧拉索单元划分 安徽理工大学毕业设计 19 4.5 全桥单元截面特性 表 4-2 全桥单元截面特性 原始信息和毛截面特征 单 元 号 节 点 号 节点 x 坐 标 节点 y 坐标 截面高 度 截面面 积 截面抗 弯惯距 截面中 性轴高 度 单元 重 单元 类型 单元自 重提高 系数 1 0 0 3.6 47.586567.65182.01 2380 1 2 2 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 2 2 0 3.6 47.586567.65182.01 2970 2 3 4.5 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 3 4.5 0 3.6 47.586567.65182.01 2970 3 4 7 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 4 7 0 3.6 47.586567.65182.01 2970 4 5 9.5 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 5 9.5 0 3.6 47.586567.65182.01 2970 5 6 12 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 6 12 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 6 7 17 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 7 17 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 7 8 22 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 8 22 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 8 9 27 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 9 27 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 9 10 32 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 10 32 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 10 11 37 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 11 37 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 11 12 42 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 12 42 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 12 13 47 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 13 47 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 13 14 52 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 14 52 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 14 15 57 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 15 57 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 15 16 62 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 16 62 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 16 17 67 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 17 67 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 17 18 72 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 18 72 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 18 19 77 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 19 77 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 19 20 82 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 20 20 82 0 3.6 63.108175.38521.96 7890 预砼 1 安徽理工大学毕业设计 20 表 4-2 续表 单 元 号 节 点 号 节点 x 坐 标 节点 y 坐标 截面高 度 截面面 积 截面抗 弯惯距 截面中 性轴高 度 单元 重 单元 类型 单元自 重提高 系数 21 87 0 3.6 63.108175.38521.96 21 87 0 3.6 63.108175.38521.96 4730 21 22 90 0 3.6 63.108175.38521.96 预砼 1 22 90 0 3.6 63.108175.38521.96 4730 22 23 93 0 3.6 63.108175.38521.96 预砼 1 23 93 0 3.6 63.108175.38521.96 7890 23 24 98 0 3.6 63.108175.38521.96 预砼 1 24 98 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 24 25 103 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 25 103 0 3.6 47.586567.65182.01 5950 25 26 108 0 3.6 47.586567.65182.01 预砼 1 26 108 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 26 27 113 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 27 113 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 27 28 118 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 28 118 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 28 29 123 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 29 123 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 29 30 128 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 30 128 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 30 31 133 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 31 133 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 31 32 138 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 32 138 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 32 33 143 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 33 143 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 33 34 148 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 34 148 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 34 35 153 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 35 153 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 35 36 158 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 36 158 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 36 37 163 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 预砼 1 37 37 163 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 38 168 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 38 39 173 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 39 173 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 39 40 178 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 40 178 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 40 41 183 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 41 183 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 41 42 188 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 42 42 188 0 3.6 38.859762.29612.06 1940 预砼 1 安徽理工大学毕业设计 21 表 4-2 续表 单 元 号 节 点 号 节点 x 坐 标 节点 y 坐标 截面高 度 截面面 积 截面抗 弯惯距 截面中 性轴高 度 单元 重 单元 类型 单元自 重提高 系数 43 190 0 3.6 38.859762.29612.06 43 190 0 3.6 38.859762.29612.06 1940 43 44 192 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 44 192 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 44 45 197 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 45 197 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 45 46 202 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 46 202 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 46 47 207 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 47 207 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 47 48 212 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 48 212 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 48 49 217 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 49 217 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 49 50 222 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 50 222 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 50 51 227 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 51 227 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 51 52 232 0 3.6 38.859762.29612.06 52 232 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 52 53 237 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 53 237 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 53 54 242 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 54 242 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 54 55 247 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 55 247 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 55 56 252 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 56 56 252 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 57 257 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 预砼 1 57 58 262 0 3.6 38.859762.29612.06 58 262 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 58 59 267 0 3.6 38.859762.29612.06 预砼 1 59 267 0 3.6 38.859762.29612.06 4860 59 60