长江两侧斜拉桥毕业设计.doc

毕业设计（论文）报告纸长江两侧斜拉桥毕业设计第一章 方案比选1.1概述1.1.1方案比选原则1.认真贯彻国家的各项政策、法规，以及国家和部颁标准、规范、规定和办法；2.使用安全耐久，保养维护方便，行车舒适；3.技术先进可靠，施工方便、快捷，便于工厂化，标准化施工，确保施工工期；4.经济上合理适度，上、下部工程投资适当，节省投资；5.充分考虑堤防要求，满足江堤防洪和跨线的净空的需要；6.尽量减少拆迁、改线的工程数量、降低投资；1.1.2考虑因素1.地形地貌桥位位于，属斜坡浅丘及河流阶地地貌。长江两侧为冲洪积河流阶地，阶面高程189220m,向西侧延伸为斜坡浅丘。地形总体南北两侧高，地面坡度较大，坡角约3055，中间为较平缓的长江阶地。2.气象本区位于亚热带温湿季风气候区，常年平均气温18.4，极端最高气温41.3，极端最低气温-2.3，最冷月（一月）平均气温7.5，常年平均降雨量1185mm，多年平均相对湿度79。3.风况桥位位于长江上游，年平均主导风向以北风为主，平均风速1.1m/s，最大风速28.4m/s。按交通部公路桥涵设计规范（JTJ021-89）中全国风压分布图，桥址位于500Pa等压线上，按公路桥梁抗风设计指南，桥梁设计风速考虑如下：桥址区100年一遇10min设计基本风速为V10=24.052m/s，施工期间采用10年一遇基本风速19.79m/s。4.地层岩性拟建场地的地层主要为第四系全新统残坡积低液限粘土Q4el+dl、冲洪积低液限粘土、砂土及卵石土Q4al+pl，长江北岸陡坡处第四系崩坡积Q4col的块石土，在两岸斜坡部位有少量基岩出露地表，基岩为侏罗系中统沙溪庙组J2s砂岩、泥岩及泥质粉砂岩、粉沙质泥岩。5.规划道路该路为双向六车道，桥梁为直线桥梁，规划路宽33m。通航净空要求为20m200m。1.2比选方案简介根据桥位区水文，气象、地质，通航，防洪等建设条件，结合桥梁建设工期，施工条件，桥面宽度，景观要求等实际情况，适宜的桥型为斜拉桥、连续钢构或悬索桥。在方案设计时，就双塔斜拉桥、连续钢构及悬索桥进行多方案比较。1.2.1方案一：双塔斜拉桥1.桥跨布置该方案为双塔三跨双索面斜拉桥，主桥跨布置为40+160+370+160+40=770m，边主跨比为0.43，塔高92.5，高跨比1/4，采用半漂浮体系，桥面设双向横坡为2%。2.主梁主梁断面采用钢主梁与混凝土板共同受力的结合梁，拉索锚固处高3m,跨中高3.422m,桥面宽35m，顺桥向每隔5m设置一道横隔梁。3.索塔索塔包括索塔顶部锚固段、上塔柱、中塔柱、下塔柱和三道横梁。索塔顶部锚固段、上塔柱和两道上横梁采用Q370钢，中塔柱为钢-混组合结构，中横梁及下塔柱为预应力钢筋混凝土结构。索塔高92.5m。4.斜拉索该方案采用双索面扇形体系，全桥共设136组斜拉索。拉索最大倾角71，最小倾角为25，斜拉索采用7mm镀锌高强度低松弛钢丝，匹配相应冷铸镦头锚具。顺桥向标准索距为10m,对靠近边跨端头附近的尾索进行加密，索距为7.5m,23.5m。5.基础承台厚6.5m，顺桥向32m，横桥向32m。采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径2.5m。6.施工方法主桥采用悬臂拼装法施工，引桥为预制拼装法。1.2.2方案二: 四跨连续刚构1.桥跨布置主跨跨径：150+270+270+150=740米，边主跨比：150/270=0.56。2.主梁采用单箱单室箱形截面，桥面采用双幅桥面，单幅桥面宽17米，中央分隔带宽2米。3.基础基础采用大直径钻孔灌注桩群桩基础。桩径2.5m，桩中心距5.75m。承台为矩形承台，厚为5m，承台尺寸为26.616m，采用C40混凝土。桥墩采用双薄壁空心墩，外部尺寸49m,壁厚0.5m。4.施工采用悬臂拚装法施工。1.2.3方案三: 地锚式悬索桥1.桥跨布置跨径布置为： 200+600+200=1000m； 边跨与主跨跨度比为200/600=0.33，垂跨比f/L=60/600=1/10。2.主塔主塔采用门式型混凝土桥塔,桥面以上塔高66.25m,桥面下设一道横梁。塔柱为变截面矩形混凝土塔，外形轮廓尺寸为4.86.4m(顺桥向)5m。3.加劲梁:主梁断面采用扁平钢箱梁的形式，桥面净宽33m，钢横梁桥中线处高2.80m,顺桥向每隔5m设置一道。4.吊杆:全桥共设长短吊杆81根，吊杆间距12m,由镀锌高强低松弛钢丝束构成。5.锚碇：采用重力式锚碇。6.基础:采用钻孔灌桩基础,承台厚6.00m,矩形为24m24m，有16根桩，桩径2.5m。.7.施工：采用满堂支架施工，先架设主梁，再搭设主缆，悬挂吊杆，成桥。1.3方案评价根据桥梁设计的原则“适用、经济、安全、美观”及桥型方案应满足结构新颖、受力合理、技术可靠、施工方便的原则对以上三个方案进行评价。方案一：双塔斜拉桥是斜拉桥体系中采用最为广泛的形式，索面为双索面倾斜布置，具有很好的抗扭、抗风性能。索塔顶部拉索锚固区采用钢塔段可以减小基础工程量，提高抗震性。桥面体系主梁受轴力和弯矩，支撑体系以拉索受拉和索塔受压为主。拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支撑，从而大大减小了梁内弯矩、使主梁内力分布更加均匀合理，桥梁跨越能力显著增大，。斜拉桥是超静定结构，使用性能好。主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好。方案二：预应力混凝土连续刚构桥结构线条明快流畅，与周围景观搭配协调。此桥采用平衡悬臂施工法，由于结构上墩梁固结，为多次超静定，次内力较大。为减小次内力的敏感性，必须选择抗压刚度较大，抗推刚度较小的单壁或双壁的薄壁墩，使墩适应梁结构的变形。通过加大梁根部梁高，可以使正弯矩减小，主梁大部分承受负弯矩，施工较简单。修建时须采用高墩大跨，当墩的高度较矮时将受到限制，对基础要求较严格。对连续钢构方案进行了详细的分析计算，分析表明：由于边主墩较矮，在恒载、活载及温降工况组合下，虽然采取了边跨配重措施，边跨主墩仍产生巨大的偏心弯矩，边主墩不能满足受力要求。若抬高桥面标高加大边主墩高度以改善受力，势必增加引桥长度，经济上无可比性。方案三：地锚式悬索桥跨越能力大，轻型美观，抗震性能好，但该桥位处受地质条件限制需要巨大的重力式锚碇，占用桥端空间多，而且对施工要求高，满堂支架架设主梁时，影响通航，另外，需建造较高的桥塔，施工难度较大，否则桥塔的景观性差。近年来，我国在斜拉桥建设方面取得了突出的成绩，积累了丰富的设计和施工建设经验。我国已建和在建的斜拉桥多以混凝土材料为主，钢材选用较少，桥塔材料除南京三桥外基本上也都为混凝土塔，从长远来看，由于混凝土材料拆除后不可再用，对环境污染大，且混凝土材料的延性差，抗震性能指标较差。综上所述，根据目前的社会经济水平和技术水平，考虑桥梁是技艺结合的产物，与周围环境景观协调的要求，故最终决定采用双塔斜拉桥方案。第二章 总体设计2.1技术标准1）道路等级 高速公路2）桥面宽度 215m +2.0m（中央分隔带）+20.5m（防撞栏杆）=33m3）设计荷载 公路I级4）桥面横坡： 2%5）设计年限 100年2.2设计规范及标准依据的规范有：1) 中华人民共和国行业标准（交通部发布） 公路工程技术标准（JTJ001-1997）2）中华人民共和国行业标准（交通部发布）公路桥涵设计通用规范（JTJD60-2004）3）中华人民共和国行业标准（交通部发布） 斜拉索热挤拉索技术标准（征求意见稿）4）中华人民共和国行业标准（交通部发布） 公路斜拉桥设计规范（试行1966-12-01）2.3桥梁总体结构形式2.3.1.结构设计材料参数1. 普通钢筋采用I级和II级钢筋，其技术标准符合国家GB 13013-91和GB 1499-91的规定。2. 预应力钢铰线采用j15钢铰线,公称直径15.24mm，标准强度1860Mpa ，弹性模量为1.95*105MPA,锚具采用OVM15-22型群锚系列及相应钢铰线匹配的成套产品，包括锚垫板、锚头、夹片和螺旋筋等。4. 钢材钢板梁横梁及防撞护栏立柱采用符合GB.T1591-94要求的低合金钢Q345-D，纵梁采用Q370，防撞护栏横梁采用符合GB/T 1591-94要求的低合金钢Q390-D。高强度螺栓应符合GB 3077-88的要求，螺母及垫圈应符合GB 699-88的要求。普通螺栓应符合 GB 700-88或GB 3077-88的要求。5. 焊接材料焊接材料应结合焊接工艺，通过焊接工艺评定试验进行选择，保证焊缝性能不低于母材，工艺简单，焊接变形小，所选焊条，焊剂，焊丝均应符合相应国家标准的要求。CO2气体保护焊的气体纯度应大于99.5。6 斜拉索钢丝及锚具斜拉索采用直径为7mm的镀锌高强度低松弛钢丝，应符合GB 5223-85的要求。冷铸锚锚杯及螺母采用40Cr，抷件为锻件，符合YB/T 036.7要求。2.3.2.结构形式根据桥位区水文，气象、地质，通航，防洪等建设条件，结合桥梁建设工期，施工条件，桥面宽度，景观要求等实际情况，跨径布置为40（端锚跨）+160（设辅助墩51+109）+370+160+40770m。方案总体结构形式为采用半飘浮体系。主跨L1=370m，边跨L2=160m，L2/L1=0.43，且距边跨51m处设一辅助墩，以改善梁的受力性能。主桥在索塔处设置12.5MN的盆式橡胶支座，上游侧为单向支座，下游侧为双向支座，在横向设置6MN的单向支座作为侧向抗风支座，在辅助墩及过渡墩处设置了抗拉400吨、抗压1300吨拉压盆式橡胶支座。1.索塔桥面以上索塔高92.5米，塔顶拉锁锚固区为钢塔段，采用Q370。上塔段采用钢混凝土的组合材料。下塔段采用预应力混凝土，桥面以下承台以上索塔高58米。索塔共设三个横梁。图2-1 钢塔段示意图钢塔段与普通的混凝土索塔相比，体积小，自重轻，抗震性能好；施工方面，采用工厂化加工，易于保证精度，机械化程度高，工期快。由于钢截面刚度小，且以受压为主，设计上必须考虑结构局部屈曲和失稳。虽然钢索塔本身造价较混凝土索塔高，但其与基础相结合的总造价反而较低，这是因为钢索塔自重轻使基础尺寸较小。为了方便索塔的施工放样、立模、钢筋绑扎，保证索塔线形及拉索的精确定位，在索塔塔柱中应设置劲性骨架，特别对倾斜塔柱更是必不可少。劲性骨架由等边角钢焊接而成。斜拉桥的索塔一般较高，一般为主跨的1/21/5左右，本斜拉桥索塔高92.5m（桥面以上），为主跨的1/4，桥塔上部采用等截面全钢结构，桥塔下部采用变截面预应力混凝土结构，塔中部采用钢混凝土组合材料。上塔柱的截面为矩形空心截面，截面为5000mm3400mm（纵横），切角为490450mm桥塔壁厚纵桥向36mm，横桥向30mm，桥塔顺桥向设两道壁板，如图2-1所示。2.斜拉索斜拉桥上部结构的自重和活载通过斜拉索传递到塔柱上。斜拉索由钢索和锚具组成。斜拉索主要承担拉力，其技术经济指标为：强度、刚度、耐疲劳性能、耐腐蚀性能、施工难易及价格。斜拉索钢丝采用部颁行业标准斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（JT/T6-94）直径为7mm镀低松弛钢丝，其抗拉强度不低于1670MPa。锚具采用冷铸锚。全桥共采用了134组拉索。拉索布置形式为双索面扇形体系。拉索在索塔上的锚固形式为内侧对称锚固。塔上拉索间距从上到下依次为2m13+2.5m2，3.5m。顺桥向标准索距为10m,对靠近边跨端头附近的尾索进行加密，索距为7.5m,23.5m。拉索全桥共计104根，成对称形式布置，具体参见全桥布置图。斜拉索在风力作用下，气流在拉索的背面生成卡门涡流，涡流脱落的频率正好与斜拉索自身的某一阶频率合拍，使斜拉索受激产生震动。另外，主梁与索塔的震动也会引起斜拉索的震动。斜拉索的震动使其在根部出现反复绕曲，索中的钢丝产生附加的绕曲应力。这种绕曲应力的反复作用，将加速钢丝的疲劳。另外，斜拉索的持续震动会使人们对桥梁结构的可靠性和稳定性产生怀疑。因此，斜拉索必须进行防震设计。本方案采用气动控制法。将斜拉索原来的光滑表面做成带螺纹的非光滑表面。通过提高斜拉索表面的粗糙度，使气流经过拉索时在表面边界层形成湍流，从而防止涡激共震的产生，防止斜拉索的风振。拉索表面的条纹还能防止雨振的发生。3.主梁：由于桥面宽度较宽，工期较紧，若主梁采用预应力混凝土结构，抗裂性及综合施工质量难以保证，施工中不可预见的因素较多，施工风险性较大；若采用钢箱主梁，则用钢量过大，经济性难以保证。综上，本方案采用钢主梁与混凝土板共同受力的结合梁形式，同时保证了施工质量和经济性。主梁断面如图2-2所示。图2-2 主梁断面图主梁采用钢梁与混凝土板共同受力的结合梁，主梁为Q370，横隔梁是Q345，图2-2组合梁截面示意图混凝土板采用C60混凝土。下部结构基础均为桩基础。主桥桥面铺装采用0.8cm厚的沥青混凝土铺装桥梁支座采用盆式橡胶支座。2.4设计荷载及荷载组合2.4.1设计荷载恒载(永久荷载)：结构自重,二期恒载。活载(基本可变荷载)：公路I级。温度影响力(其他可变荷载)：结构整体升温20C； 结构整体降温20C。支座沉降：设三个支座沉降组，每个支座可能沉降取-0.01m，取沉降组合的最大效应。2.4.2主要荷载组合根据结构各部分对强度、刚度、稳定性的验算需要,设计中考虑的主要荷载组合见表2-1。组合种类荷载组合内容组合1自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移组合2自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移+系统升温+风荷载组合3自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移+系统降温+风荷载表2-1 荷载组合2.5计算模型2.5.1.建立几何模型模型采用韩国大型土木工程软件Midas Civil 6.71版建立。该模型共有309个节点，310个单元。主梁和塔柱采用梁单元，拉索采用桁架单元，在做施工阶段分析时，把桁架单元全部替换为索单元进行分析，最后再将索单元转换为桁架单元进行成桥阶段分析。材料特性表如表2-2。表2-2 材料特性表名称类型弹性模量(kN/m2)泊松比热膨胀系数1/T比重(kN/m3)主梁Q3902.0600e+0080.31.2000e-0057.6980e+001横梁Q3452.0600e+0080.31.2000e-0057.6980e+001斜拉索C503.4554e+0070.21.0000e-0052.5000e+001桥面板c603.5992e+0070.21.0000e-0052.5000e+001拉索镀锌高强钢丝2.0500e+0020.31.2000e-0057.8500e-0082.5.2.边界条件索塔的底端采用固端约束，辅助墩和边跨采用一般支撑条件。辅助墩和边跨的边支撑约束竖向（即约束Dz），塔梁处采用弹性支撑进行竖向和横向限位。2.5.3.荷载定义恒荷载自重：为施工阶段程序自动加上，且考虑到梁的加劲肋、横隔板及灯柱等的影响，及等效后钢与混凝土自重换算的原因，自重取本身的0.501倍。二期恒载：二期恒载的集度q=61kN/m活载等依据设计要求及公路桥涵设计通用规范取值。2.5.4.定义施工阶段全桥共定义了21个施工阶段，采用正装分析的方法。施工阶段分别定义如下：CS0：建造桥墩，施工桥塔，塔梁处为临时固结；CS1：施加挂篮荷载，吊装桥面板，挂斜拉索17及18；CS2：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索16及19；CS3：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索15及20；CS4：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索14及21；CS5：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索13及22；CS6：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索12及23；CS7：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索11及24；CS8：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索10及25；CS9：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索9及26；CS10：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索8及27；CS11：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索7及28；CS12：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索6及29；CS13：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索5及30；CS14：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索4及31；CS15：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索3及32；CS16：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索2及33；CS17：挂篮前移，吊装桥面板，挂斜拉索1及34；CS18：挂篮前移，吊装桥面板，主跨和龙；CS19：拆除挂篮，体系转换。CS20：施加二期恒载，成桥。2.5.5.模型单元与节点表图2-3 结构模型图有限元模型如图2-3示： 当索与梁间的倾角增大，则索力减小，虽然由于索力的减小，索塔的截面可以相应减小但塔的高度与索的长度都要增加，。拉索倾角为45度时，拉索材料最经济。根据资料统计，拉索的倾角宜控制在25至45左右。模型拉索单元信息如下表2-3。 拉索名称单元号长度（m）水平倾角（）拉索1183,217,251,268179.7527拉索2184,218,252,269175.9427拉索3185,219,253,270171.9327拉索4186,220,254,271164.3727拉索5187,221,255,272154.6228拉索6188,222,256,273144.9329拉索7189,223,257,274135.3131拉索8190,224,258,275125.7832拉索9191,225,259,276116.6634拉索10192,226,260,277107.4536拉索11193,227,261,27897.9939拉索12194,228,262,27989.1242拉索13195,229,263,28080.5645拉索14196,230,264,28172.4350拉索15197,231,265,28264.4656拉索16198,232,266,28357.2362拉索17199,233,267,28451.0771拉索18234,200,302,28551.4371拉索19235,201,303,28657.6662拉索20236,202,304,28765.1056拉索21237,203,305,28873.1850拉索22238,204,306,28981.4145拉索23239,205,307,29090.0442拉索24240,206,308,29198.9839拉索25241,207,309,292108.1536拉索26242,208,310,293117.4834拉索27243,209,311,294126.9632拉索28244,210,312,295136.5431拉索29245,211,313,296146.2129拉索30246,212,314,297155.9528拉索31247,213,315,298165.7427拉索32248,214,316,299175.5927拉索33249,215,317,300185.4726拉索34250,216,318,301195.3925表2-3 拉索单元信息2.6计算理论2.6.1.总体概述斜拉桥是一种高次超静定结构，其力学结构行为和一般桥梁有所不同。对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定以后，结构的恒载内里随之基本确定，无法进行较大的调整；而对于斜拉桥，首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线性和内力状态，其中最主要的是斜拉索的初张力。斜拉桥静力分析的基本过程大致可以分为以下三步：（1）确定成桥的理想状态，即确定成桥阶段的索力、主梁的内力、位移和桥塔的内力。（2）按照施工过程、方法和计算的需要划分施工阶段。（3）计算确定施工阶段的理想状态，经过多次反复才可以达到成桥阶段的理想状态。2.6.2.斜拉桥索力调整理论斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于，恒载作用下斜拉索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支撑，更重要的是它能通过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才可以改变主梁的受力条件。活载作用下斜拉索对主梁提供了弹性支撑，使主梁相当于弹性支撑的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。图2-4 调索说明图张拉斜拉索时，实际上已经将该斜拉索脱离出来单独工作，因为斜拉索的张力和结构的其它部分无关，而只与千斤顶有关，因此在张拉斜拉索时，其初张力效应必须采用隔离体分析。设在某个阶段张拉第5号和6号索时，其初张力分别为P5和P6。首先将斜拉索从结构中隔离出来，其内力为初张力P5和P6，而斜拉索对结构的影响可以采用一对反向的集中力作用在桥塔和主梁上，如图2-4所示。将主梁和桥塔上的集中力等效为节点荷载，迭加进入右端的荷载向量中，求解结构平衡方程得到结构的位移。斜拉桥的调索方法较多，目前较为常用的主要有刚性支撑连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法等。（1）刚性支承连续梁法刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支撑连续梁的内力状态一致。因此，可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。（2）零位移法 零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索交点的位移为零。对于满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。（3）倒拆和正装法倒拆法是斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法，通过倒拆、正装交替计算，确定各施工阶段的安装参数，使结构逐步达到预定的线形和内力状态。（4）无应力控制法无应力控制法分析的基本思路是：不计斜拉索的非线性和混凝土收缩徐变的影响，采用完全线性理论对斜拉桥解体，只要保证单元长度和曲率不变，则无论按照何种程序恢复还原后的结构内力和线形将与原结构一致。应用这一原理，建立斜拉桥施工阶段和成桥状态的联系。本设计中采用以控制主梁线形为主兼顾主塔位移的零位移法，进行斜拉索索力的调整和优化。第三章 斜拉桥分析3.1成桥阶段索力确定斜拉桥索力调整采用以控制主梁线形为主兼顾主塔位移的零位移法，首先根据拟定的截面尺寸和所选材料建立计算模型，为了调索方便，此时模型中的所有索单元均用桁架单元代替，并给桁架单元给了1kN的单位初拉力，施加约束条件，给全桥施加自重和二期恒载。运行分析后，利用Midas软件中后处理阶段中的未知荷载系数模块，设置主梁和主塔的控制参数，根据初步给出的未知荷载系数和主梁线形、主塔位移的控制结果，手动对未知荷载系数进行调整，调整时按照以线形即控制条件为目标的原则进行调整。为了保证桥梁的线型与受力，在自重与二期恒载作用下主梁线型和主塔变位必须控制在一定范围内，从而确定出拉索的初拉力。进行索力调整时选取主梁上的点作为约束条件，由于结构为对称结构，所以只要求约束结构的一半，所选的部分参数控制情况如表3-2：表3-2：约束条件及参数控制情况表所约束节所在位置控制参数限值(m)理论控制值166主梁Dz0.02-0.02-0.007167主梁Dz0.02-0.02-0.012168主梁Dz0.02-0.02-0.013169主梁Dz0.02-0.02-0.02170主梁Dz0.02-0.02-0.014171主梁Dz0.02-0.02-0.018172主梁Dz0.02-0.02-0.013173主梁Dz0.02-0.02-0.02174主梁Dz0.02-0.02-0.02175主梁Dz0.02-0.02-0.016176主梁Dz0.02-0.02-0.019177主梁Dz0.02-0.02-0.019178主梁Dz0.02-0.02-0.02179主梁Dz0.02-0.02-0.019180主梁Dz0.02-0.02-0.015181主梁Dz0.02-0.02-0.015182主梁Dz0.02-0.02-0.02183主梁Dz0.02-0.02-0.018184主梁Dz0.02-0.02-0.018185主梁Dz0.02-0.02-0.02186主梁Dz0.02-0.02-0.017187主梁Dz0.02-0.02-0.02188主梁Dz0.02-0.02-0.018189主梁Dz0.02-0.02-0.008190主梁Dz0.02-0.020.001191主梁Dz0.02-0.02-0.007192主梁Dz0.02-0.02-0.016193主梁Dz0.02-0.02-0.02194主梁Dz0.02-0.02-0.019195主梁Dz0.02-0.02-0.017196主梁Dz0.02-0.02-0.02197主梁Dz0.02-0.02-0.02198主梁Dz0.02-0.020199主塔Dz0.02-0.02-0.007242主塔Dx0.02-0.02-0.02（注：上表中Dz表示桥梁竖向位移，负号表示方向向下；Dx表示纵向位移，负号表示向边跨侧倾斜。）经过索力调整后使主跨跨中向上产生3.7cm的位移，以减小车辆荷载作用在跨中时产生较大的挠度。本桥斜拉索安全系数为2.5。最大索力考虑了结构的恒载及移动荷载作用。拉索从两边到中跨中央依次编号为1到34。根据的索力的控制条件，经过反复调整得到桁架单元的未知荷载系数如下表所示：表3-3 未知荷载系数调整结构拉索拉索1拉索2拉索3拉索4拉索5拉索6拉索7拉索8拉索9拉索10拉索11拉索12初拉力（kN）676066626466636862726174598758845782539652924992拉索拉索13拉索14拉索15拉索16拉索17拉索18拉索19拉索20拉索21拉索22拉索23拉索24初拉力（kN）480446574431441644164416441644354447459347265128拉索拉索25拉索26拉索27拉索28拉索29拉索30拉索31拉索32拉索33拉索34初拉力（kN）5427554857575929616362306368646664986660图3-1 未知荷载系数组合下结构变形图在以上系数组合的荷载工况下，塔最大位移为4.4cm。主梁最大挠度3.7厘米。其变形图如图3-1所示。由理论控制值和施工模拟到成桥后的实际控制线形来看，控制值与实际成桥后的差值 很小，说明线形控制的较好。调整未知荷载系数满足要求后，根据拉索的受力情况确定拉索的型号，各个拉索的型号如下表：表3-4 拉索型号表拉索规格设计索力 kn公称破断索力kn拉索规格设计索力 kn公称破断索力kn拉索1PESC7-265727518188拉索18PESC7-187480712018拉索2PESC7-265727518188拉索19PESC7-187480712018拉索3PESC7-253650416260拉索20PESC7-187480712018拉索4PESC7-253650416260拉索21PESC7-187480712018拉索5PESC7-253650416260拉索22PESC7-187480712018拉索6PESC7-241619615489拉索23PESC7-187480712018拉索7PESC7-241619615489拉索24PESC7-211542413561拉索8PESC7-241619615489拉索25PESC7-223573314332拉索9PESC7-241619615489拉索26PESC7-223573314332拉索10PESC7-211542413561拉索27PESC7-241619615489拉索11PESC7-211542413561拉索28PESC7-241619615489拉索12PESC7-199511612790拉索29PESC7-241619615489拉索13PESC7-187480712018拉索30PESC7-253650416260拉索14PESC7-187480712018拉索31PESC7-253650416260拉索15PESC7-187480712018拉索32PESC7-253650416260拉索16PESC7-187480712018拉索33PESC7-253650416260拉索17PESC7-187480712018拉索34PESC7-283727518188调整索力后的主梁弯矩如图3-2，主梁的最大正弯矩（57552.9kNm）发生在跨中，最大负弯矩（-79997.6kNm）发生在塔梁处，主梁符合受力要求。图3-2 主梁弯矩图3.2施工阶段分析施工阶段的计算方法有正装法和倒拆法等，本设计中采用正装法进行分析。3.2.1施工阶段受力与变形分析斜拉桥是高次超静定结构，施工期间随着拉索的张拉及主梁的架设，斜拉桥体系中的内力不断的发生变化。为保证成桥后的线形，需要对结构进行实时监控，调整体系中出现的不利情况。因此，分析施工阶段斜拉桥体系的内力对保证施工阶段的安全乃至成桥后的安全使用起着至关重要的作用。进行施工阶段分析时，需修改单元参数，把求得的桁架单元的未知荷载系数作为初拉力赋予索单元，用只受拉的索单元替换桁架单元。确定桥梁的施工方法，划分施工阶段。每挂一根索，就把成桥阶段所确定的拉索未知荷载系数当成初拉力赋予对应的斜拉索。采用无挂篮悬臂拼装的施工方法，全桥共划分为21个施工阶段，从主塔的施工（CS0）到合龙后二期恒载的施加（CS20）。经分析，在CS0阶段（即裸塔阶段），钢塔无拉索的约束，处于裸塔阶段。其中索塔受最大压应力22.66Mpa，最不利的受力部位发生在上塔柱与第二上横梁结合处，最大拉应力3.13Mpa，最不利的受力部位发生在混凝土中横梁与中塔柱结合处。在CS20阶段，全桥已合龙，并给成桥后的结构体系施加二期恒载。内力最大单元使用应力均小于容许应力，此时结构的变形就是原来的控制线形，跨中60节点上拱3.6cm，符合设计要求，结构安全。找出施工阶段弯矩或轴力最大的单元进行应力验算。对比材料的容许应力，可知各个施工的使用应力远远小于容许应力，结构安全。图3-3 特殊点在各施工阶段下的变形图选取主跨跨中节点（60），边跨跨中节点（35），塔顶节点（244）等特殊点进行位移验算。以上各控制性节点在各施工阶段的变位如图3-3。各施工阶段主梁和塔的最大变位满足要求。图3-4 各施工工况中的最大变形图各施工荷载合计下，各个施工阶段中的最大的变形如图3-4，发生的最大变形为58.8cm.。3.2.2施工阶段索单元分析由于斜拉桥是高次超静定结构，每一次张拉新的拉索对原来已有的拉索会产生影响，斜拉桥的结构体系不断的变化着，所以同一拉索的索力在不同施工阶段有不同的索力。为了保证施工阶段的顺利进行，拉索在各施工阶段的索力不能为负值，也不能过大。经计算分析，各拉索在施工阶段受拉，拉索在所有施工阶段中的最大索力如下表3-5。表3-5 拉索在施工阶段中的最大受力表拉索施工阶段最大索力kN最大索力所在施工阶段拉索施工阶段最大索力kN最大索力所在施工阶段拉索17203CS20拉索182262CS20拉索26996CS20拉索192814CS9拉索35813CS20拉索203458CS20拉索45061CS14拉索214059CS20拉索54915CS13拉索224287CS20拉索64778CS12拉索234317CS20拉索74636CS11拉索244513CS20拉索84872CS10拉索254725CS20拉索94818CS9拉索264828CS20拉索104590CS20拉索274968CS20拉索114560CS20拉索285078CS20拉索124385CS20拉索295269CS20拉索134278CS20拉索305388CS20拉索144031CS20拉索315626CS20拉索153373CS20拉索325963CS20拉索162846CS9拉索336416CS20拉索172299CS20拉索347158CS20图3-5 部分拉索在不同施工阶段应力变化图图3-5以拉索3,7,13,19,24,29,34为例给出了拉索在各个施工期间索力的变化情况：从以上分析可知，在各个施工阶段，钢构件应力远远小于容许应力，应力也符合要求，故结构安全。由变形可看出，最大变形发生在主跨跨中节点，为58.8cm，是跨径的1/6291/400。图3-6恒载作用下钢索塔及主梁弯矩图3.3成桥阶段分析3.3.1成桥阶段恒载状态分析成桥阶段，在自重和二期恒载的作用下，主梁的最大弯矩为57552.9kNm，发生在跨中；最小弯矩为-79997.6kNm，发生在塔梁结合处。主塔的最大弯矩为15920.9kNm，发生在钢塔与钢混凝土组合塔段的结合处和下横梁处；最小弯矩为-14586kNm，发生在下塔段底部。恒载作用下钢索塔及主梁弯矩图如图3-6。图3-7车道荷载作用下塔梁位移图3.3.2成桥阶段移动荷载分析移动荷载分析是指沿着车辆荷载的移动路径，对车辆移动的全部过程进行结构分析，求出各位置的最大、最小内力值。根据要求在模型中定义了六个车道，采用公路工程技术标准(JTG B01-2003)，车道荷载定义为公路一级。由位移包络图3-7可知，在移动荷载作用下，主梁上主跨跨中竖向位移最大，上拱35.9cm。主塔背向主跨塔顶水平位移接近7.3cm。钢主梁在汽车荷载作用下的最大竖向挠度小于L/400(83cm)，其变形满足要求。3.3.3成桥阶段温度和支座沉降影响下的内力分析图3-9主梁上缘降温20梁单元My图图3-8主梁上缘升温20梁单元My图考虑的温度变化情况有：系统升温20；整体降温20。其受力图如图3-8，3-9：在模型中，每个支座处设置了一个支座沉降组，全桥共三个支座沉降组，每个沉降组都考虑了可能发生1cm的沉降，程序自动计算出每一个或几个沉降发生时，对结构产生的最大的影响。支座沉降下的受力图如图3-10。图3-10 支座沉降My图综合分析各工况状态下的内力、位移及应力信息，得出以下结论：在温度、车道荷载及支座沉降对结构体系的影响中，温度作用产生的响应较后两者的大。3.3.4成桥阶段荷载组合下的内力分析选取主梁的中点，四分点，八分点等节点进行主梁内力分析。对索塔分析时，在下塔柱，中塔柱及索塔顶部锚固段选取节点进行分析。由于结构对称，故只选取结构的一半进行分析。各种荷载组合下代表性的单元内力如下表3-6至表3-14。l 组合一(自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移)表3-6组合一下的主梁内力表主梁单元号荷载位置轴向 (kN)剪力-z (kN)弯矩-y (kNm)28边跨1/8处组合一I28-40500.1-716.8713773.2组合一J29-40500.15184.025051.9930边跨1/4处组合一I30-60189.6-77.6316342.83组合一J31-60189.65851.63-433.3332边跨3/8处组合一I32-75893.7-2.9717829.53组合一J33-75893.75460.59-2735.7534边跨1/2处组合一I34-91854.3-871.2510546.79组合一J35-91854.35021.951782.9536边跨1/2处组合一I36-105750-1024.8510527.05组合一J37-1057504895.38451.3738边跨3/4处组合一I38-116756-1254.35460.62组合一J39-1167564706.15-2603.5240边跨7/8处组合一I40-124618-2012.531368.98组合一J41-1246183972.851084.9345中跨1/8处组合一I45-116260-2954.88-4202.99组合一J46-1162602958.745013.1650中跨1/4处组合一I50-85035.3-3121.23-1488.64组合一J51-85035.32700.0210401.7654中跨3/8处组合一I54-48554.7-3467.341674.21组合一J55-48554.72306.3718068.0659中跨1/2处组合一I594934.88-2280.28-2780.57组合一J604934.881162.767341.41表3-7组合一下的主塔内力表单元荷载位置轴向(kN)剪力-z(kN)弯矩-y(kNm)弯矩-z(kNm)1索塔下部组合一I13-122142-215.5424539.7977643.81组合一J1-145330-215.5462228.21-12238613下横梁处组合一I1546495.5811494.44-8197.392939.51组合一J1346495.