云南澜祥临沧江悬索桥散索套支架分析计算书.doc

国道214线云南祥临公路1合同段澜沧江悬索桥 散索套支架分析计算书计算说明：1澜沧江大桥临时散索鞍支架分析计算书是根据散索架预埋件设计图和散索鞍支架设计图进行编制；对于支架及临时散索鞍的构件修改，现场交底施工时要根据此计算书的说明执行。2临时散索鞍采用30mm厚钢板作为鞍体制作而成，对于主缆索股在鞍槽内的安装非常有利，提供了较大的支撑面，但槽内钢板棱角要打磨光滑、圆顺，以免损伤索股钢丝、伤人。3临时散索鞍钢板计算时从高强螺栓连接和整块钢板两个模型进行分析计算，均可采用，但整块钢板要考虑散索套安装及成桥后拆除问题。4散索鞍30mm厚钢板与16mm厚底座板、16m厚加劲板均进行焊接，焊缝厚度hf8mm，制作时要满足此要求。5散索鞍钢板与底座板的焊安角度要依据设计图纸精确测放，安装高程由支腿I18工字钢精确控制，做好标记线，切割打磨后焊安，保证角度、里程及标高。6支腿I18工字钢已植入锚室底板砼内100cm深，计算模型中此处均按固结考虑；祥云岸支腿亦要按此施工，浇筑砼时要提前测放点位和标高，准确预埋，支腿型钢要与钢筋进行焊连固定。7支腿型钢原设计只采用505mm角钢进行平联，经模拟计算抗弯强度不能满足要求，所以要按计算书中要求焊安斜撑，方能满足强度要求。8主缆空缆在临时散索鞍处受力模型按成缆后安装散索套的模型进行分析计算，散索套计算采用的公式按北京建达道桥咨询公司自行推导的公式进行分析计算。9主缆空缆对钢板的剪力、轴向抗拉及根部抗弯均假设一半主缆只对散索鞍钢板产生轴向力，而不产生水平向外崩力，这种状态下进行分析计算，从其他桥采用经验及实践上可行。10临时散索鞍只实行于散索套安装之前时期，成缆后必须先安装散索套，再安装其他索夹及安装缆载吊机，严防产生过大超载的水平向外崩力，剪断钢板伤人；散索鞍周围要做必要的钢丝防护。11临时散索鞍的单根最长支腿能承受最大的竖向力为559.7kN，所以在设计空缆线形状态下满足稳定的要求；经过西南交大计算，在空缆线形成形后会对临时散索鞍产生80多吨的竖向力，则每个支腿要承受20多吨的竖向力，仍小于最大的竖向力559.7kN，所以仍满足要求。澜沧江大桥散索套支架分析计算1计算依据澜沧江大桥施工图设计 第四册：缆索系统澜沧江大桥施工图设计 第二册：锚碇路桥施工计算手册 人民交通出版社公路桥涵钢结构及木结构设计规范 交通部1987年颁发公路桥涵设计手册 基本资料 人民交通出版社澜沧江大桥施工图设计计算书 云南省公路规划勘察设计院2工程概况澜沧江大桥主缆共2根，每根主缆中含52股平行钢丝索股，每股含91丝直径为5.0mm镀锌高强钢丝，每根主缆共4732丝，竖向排列成尖顶的近似正六边形。紧缆后，主缆为圆形，其直径为390mm(索夹处)和395mm（索夹间）。见附图主缆一般构造图。对于散索构造，本桥设计采用散索套，国内采用的散索套均为传统的预偏主鞍、顶推鞍座形式下的成熟技术，本桥所用的散索套为：利用散索套把边跨的52根索股紧紧抱合在一起，在索塔张拉纠偏过程中满足设计要求的塔顶水平位移5cm，索股间应力差150MPa条件下，对索塔进行分阶段、分步张拉纠偏作业。但在架设主缆过程中，散索套难以安装到位，只能待主缆索股全部安装完毕后，才能在两端施加抱箍，收紧发散的主缆，安装散索套到位，然后在施加荷载时进行纠偏作业。在主缆索股架设到安装散索套之间，散索套处只能采用临时散索鞍；临时散索鞍由施工单位自行设计，设计拟采用锚碇侧距IP点沿主缆130cm安装一块厚30mm钢板，中间制作成近似于主鞍的鞍槽，支腿采用四根I18工字钢植于锚室底板砼内100cm深。 3荷载分析3.1 主缆空缆恒载主缆索股915mm每米重量为：14.014kg/m（由上海浦江缆索厂提供）则主缆每米的集度为q=14.014kg/m1m52股 =0.72873t/m3.2 空缆线形参数由监控单位提供数据如下：（参见监控单位提供的空缆线形图），监控单位根据设计图纸、现场无应力下料长度、现场各种材料参数、张拉边跨索股上部施工工艺以及施工现场情况等因素，对设计图纸的空缆线型进行修正，重新得到空缆线型。中跨边跨垂度参数表如图所示，即中跨垂度为：33142.6mm；边跨垂度为3487mm。中跨线形：中跨矢高fz：33.1426m；中跨跨度lz：380.0m；边跨线形：边跨矢高fb：3.487m；边跨跨度lb：120.0m；两支点高差c：43.3757m；4、空缆缆力由等高支点的自由索分析公式得中跨缆力：Hz ql20.728733802396.878t8f833.1426由不等高支点的自由索分析公式得边跨缆力：Hb ql20.728731202399.993t8fcos83.487cos19.873 arctg(c）arctg(43.3757）19.873lb120由公式可得：TAHb1+（4f-c)2399.9931+（43.487-43.3757)2ll120120 =411.84t5临时散索鞍的假设悬索桥设计规范中没有对散索套部分作具体规定，根据曲线部分决定竖直力，直线部分决定水平力的原则。由于临时散索鞍只是一块30mm厚的钢板，空缆缆力在法向所产生的分力无法准确计算得出，若把临时散索鞍部分看作是一个已安装的散索套，则对于空缆缆力所产生的向外崩力使临时散索鞍处于最不利状态，此种临时散索鞍的假想可行。6临时散索鞍的受力分析6.1 向外崩力计算由于空缆缆力TA=411.84t作用产生的力使临时散索鞍产生像散索套一样产生向外崩的力，悬索桥设计规范中无此种算法的公式。 采用北京建达道桥咨询公司推导的公式：Qj=Tcos2其中：为曲线部分弧外角（索股发散角，取弧度=arctg3.568.10.1414）25180R为弧线半径取6m，L为弧线长度R0.8484m则：Qj=411.840.1414cos8.12=18.49t6.2 螺栓连接临时散索鞍钢板的计算按临时散索鞍钢板从中间分为两半，用12根M22高强螺栓进行连接，连接盖板采用厚25mm钢板。如计算书附图所示。6.2.1 螺栓的强度计算6.2.1.1 螺栓容许承载力计算选用M22普通螺栓，d0=23mm，纵向排列，初步排列如计算书附图所示。查资料可得螺栓的抗剪容许应力l=80MPa，容许承压应力1c=170MPa，则每只螺栓抗剪和承压容许应力为：N1njd21122280=30.41kNj44N1c=d1c=2225170=93.5kN；则Nmin=30.41 kN。6.2.1.2 螺栓的强度计算从螺栓布置图中可以看出，螺栓1离螺栓群重心最远，因此该螺栓受力最不利，那么有：y1=86mm x1=56mmx12+y12 =4（862+562）=42128mm2由公式可得：RM=Mr146.23256862+56228.83kN(xi2+yi2）42128RMX=My146.232568624.16kN(xi2+yi2）42128RMy=Mx146.232565615.73kN(xi2+yi2）42128RQ=P46.237.71kNn6则Rmax=R2Mx+(RMy+RQ)224.162+（15.73+7.71）233.66 kNNmin=30.41 kN（否）所以采用普通螺栓M22不能满足强度要求。6.2.1.3 高强螺栓计算若采用M22高强螺栓，则高强螺栓容许承载能力：NL=P.n1900.30133.53kN33.66kN（否）K1.7若采用M24高强螺栓，则高强螺栓容许承载能力：NL=P.n2250.30139.711kN33.66kN（可）K1.7P高强螺栓的预拉力；摩擦系数；n传力摩擦面数目；K安全系数，采用1.7。所以将M22普通螺栓换为M24的高强螺栓，能承担所要求的荷载。6.3 临时散索鞍采用整块钢板的计算临时散索鞍采用整块厚30mm钢板制作而成，比用高强螺栓连接更安全、可靠。6.3.1 钢板焊缝检算钢板与底板的焊接焊缝厚度hf=8mm，焊缝长度lf=600mm。则贴角焊缝连接的抗剪强度计算：=6M646.23239210320.7hflf220.786002=53.94 MPa=80MPa（可）6.3.2 钢板的抗拉计算临时散索鞍钢板最薄弱面为钢板顶部下面的第一个直角位置，钢板轴向抗拉计算为：=Qjmax184.9/292.4512.28MPaA2513025130=140MPa(可）6.3.3 钢板根部弯应力计算钢板根部在水平力作用下产生的弯矩为：M=Qj/2L=184.9/2200mm =1.849107N.mm钢板根部产生的应力为：=1.849107=41.09MPa=140MPa(可）4.51056.3.4 钢板抗剪计算临时散索鞍钢板的最薄弱面也为钢板顶部下面第一个角点处则钢板抗剪强度为：=Qjmax184.9/292.4512.28MPaA2513025130=85MPa6.3.5 钢板的抗撕裂计算按规范要求，第一角部位置的钢板净面积应比计算所需面积大40A=Qymax=184.9103=1320.7mm2140A=25130=7530mm2K=A=7530=5.71.4满足要求A1320.76.4 临时散索鞍支腿计算临时散索鞍支腿采用4根I18工字钢植入砼内100cm深作为刚性支撑，4个支腿间采用505mm角钢予以焊连为整体。从设计图分析，崩力沿主缆径向均存在，所以简化受力图示为：=arctg(81.37)=19.82225.79QjH=Qjcos=184.9cos19.82=173.95 kN；QJv=Qjsin=184.9sin19.82=62.69 kN。6.4.1 临时散索鞍支架抗弯计算6.4.1.1 临时散索鞍单一支架计算对QJv作用在支架上，使支架产生侧向弯矩；支腿由于植于砼中100cm深，所以看作两个固定支座。计算简图如下：经过PSAP结构计算程序计算可得如下结果（见计算书所附计算结果一）。从计算结果可以看出支架杆件1#、3#、5#、7#应力均超过=170MPa要求，所以将杆件间焊连505mm角钢，支架制作为桁架结构，支架的强度得以提高。6.4.1.2 临时散索鞍桁架计算杆件间焊连505mm角钢后，桁架结构的计算简图为：经过PSAP结构计算程序计算可得如下结果（见计算书所附计算结果二）。从计算结果可以看出桁架杆件1#、11#单元应力比较大，但1#单元：1=136MPa=170MPa；11#单元：11=115MPa=170MPa（可）6.4.2 临时散索鞍支腿稳定性计算由于临时散索鞍支腿处于锚室台阶处，前后两个支腿长度为：120cm和130cm，选择长的支腿，按弱轴方向进行计算，则计算基础数值为：l=130cmIy=122.9cm4A=30.74cm2i=Iy=122.9=2.0cmA30.74以支腿植入砼内100cm考虑，按一端铰支，一端固结计算，=0.7。=l=0.7130=45.5i2由公式：0.86721030.7410-4559.7kN173.95/44349kN（可）。附件：临时散索鞍支架抗弯计算书（一）【原始数据】 文件名称：临时散索鞍支架计算1主控数据节点总数:8 单元总数:9 荷载总数:2 支座约束总数:6单元截面种类:3 钢材弹性模量:2.10E+8 保护层厚度:0节点座标1(0，0)2(0，.4)3(0，.8)4(0，1.2)5(.25，1.2)6(.25，.8)7(.25，.4)8(.25，-.1)约束信息支座节点号X轴约束|大小Y轴约束|大小枳莬大小1|0|0|08|0|0|0单元信息单元号小节点大节点截面类型号 单元类型单元号小节点大节点截面类型号 单元类型 1 1 2 1 (1)梁单元 2 2 3 1 (1)梁单元 3 3 4 1 (1)梁单元 4 4 5 3 (1)梁单元 5 5 6 1 (1)梁单元 6 6 7 1 (1)梁单元 7 7 8 1 (1)梁单元 8 2 7 2 (4)杆单元 9 3 6 2 (4)杆单元单元截面类型定义类型号:1 截面类型:其它 截面面积:.006148 Ix:2.46E-6 Iy:0 Jz:0 截面高度:.094 截面钢筋面积:0 主材弹性模量:2.10E+8类型号:2 截面类型:其它 截面面积:.0009606 Ix:2.24E-7 Iy:0 Jz:0 截面高度:.0284 截面钢筋面积:0 主材弹性模量:2.10E+8类型号:3 截面类型:其它 截面面积:.004 Ix:2.10E-5 Iy:0 Jz:0 截面高度:.016 截面钢筋面积:0 主材弹性模量:2.10E+8荷载信息受载单元号距小节点距离荷载大小荷载类型 40-62.7X方向集中力 4.125-174Y方向集中力【计算结果】结构变形节点号X轴正向位移Y轴正向位移枳 10 0 0 2-2.83E-3 -7.35E-5 1.15E-2 3-7.57E-3 -1.47E-4 1.10E-2 4-1.04E-2 -2.21E-4 1.18E-3 5-1.04E-2 6.38E-5 1.45E-3 6-7.56E-3 4.41E-5 1.11E-2 7-2.86E-3 2.45E-5 1.05E-2 80 0 0 说明：位移的单位是米结构内力单元号 轴力1 轴力2 剪力1 剪力2 弯距1 弯距2 应力1上 应力1下 应力2上 应力2下 12.37E+2 -2.37E+2 -5.17E+1 5.17E+1 -2.51E+1 4.46E+0 -5.19E+5 4.42E+5 -1.24E+5 4.66E+4 22.37E+2 -2.37E+2 -2.54E+1 2.54E+1 -4.46E+0 -5.71E+0 -1.24E+5 4.66E+4 7.06E+4 -1.48E+5 32.37E+2 -2.37E+2 -3.46E+1 3.46E+1 5.71E+0 -1.96E+1 7.06E+4 -1.48E+5 3.35E+5 -4.12E+5 43.46E+1 2.81E+1 2.37E+2 -6.33E+1 1.96E+1 1.80E+1 -1.20E+3 -1.61E+4 1.57E+2 1.39E+4 5-6.33E+1 6.33E+1 -2.81E+1 2.81E+1 -1.80E+1 6.79E+0 -3.34E+5 3.55E+5 -1.19E+5 1.40E+5 6-6.33E+1 6.33E+1 -3.73E+1 3.73E+1 -6.79E+0 -8.12E+0 -1.19E+5 1.40E+5 1.66E+5 -1.45E+5 7-6.33E+1 6.33E+1 -1.10E+1 1.10E+1 8.12E+0 -1.36E+1 1.66E+5 -1.45E+5 2.71E+5 -2.51E+5 82.62E+1 -2.62E+1 0 0 0 0 -2.73E+4 -2.73E+4 -2.73E+4 -2.73E+4 9-9.18E+0 9.18E+0 0 0 0 0 9.55E+3 9.55E+3 9.55E+3 9.55E+3 注：轴力1:小端节点受的轴力 轴力2:大端节点受的轴力 剪力1:小端节点受的剪力 剪力2:大端节点受的剪力 弯距1:小端节点的弯距 弯距2:大端节点的弯距 应力1上:小端节点截面顶部的应力 应力1下:小端节点截面底部的应力 应力2上:大端节点截面顶部的应力 应力2下:大端节点截面底部的应力 临时散索鞍支架抗弯计算书（二）【原始数据】 文件名称：临时散索鞍支架计算主控数据节点总数:8 单元总数:12 荷载总数:2 支座约束总数:6单元截面种类:3 钢材弹性模量:2.10E+8 保护层厚度:0节点座标1(0，0)2(0，.4)3(0，.8)4(0，1.2)5(.25，1.2)6(.25，.8)7(.25，.4)8(.25，-.1)约束信息支座节点号X轴约束|大小Y轴约束|大小枳莬大小1|0|0|08|0|0|0单元信息单元号小节点大节点截面类型号 单元类型单元号小节点大节点截面类型号 单元类型 1 1 2 1 (1)梁单元 2 2 3 1 (1)梁单元 3 3 4 1 (1)梁单元 4 4 5 3 (1)梁单元 5 5 6 1 (1)梁单元 6 6 7 1 (1)梁单元 7 7 8 1 (1)梁单元 8 2 7 2 (4)杆单元 9 3 6 2 (4)杆单元 10 3 5 2 (4)杆单元 11 3 7 2 (4)杆单元 12 1 7 2 (4)杆单元单元截面类型定义类型号:1 截面类型:其它 截面面积:.006148 Ix:2.46E-6 Iy:0 Jz:0 截面高度:.094 截面钢筋面积:0 主材弹性模量:2.10E+8类型号:2 截面类型:其它 截面面积:.0009606 Ix:2.24E-7 Iy:0 Jz:0 截面高度:.0284 截面钢筋面积:0 主材弹性模量:2.10E+8类型号:3 截面类型:其它 截面面积:.004 Ix:2.10E-5 Iy:0 Jz:0 截面高度:.016 截面钢筋面积:0 主材弹性模量:2.10E+8荷载信息受载单元号距小节点距离荷载大小荷载类型 40-62.7X方向集中力 4.125-174Y方向集中力【计算结果】结构变形节点号X轴正向位移Y轴正向位移枳 10 0 0 2-5.16E-4 -8.68E-5 2.04E-3 3-1.41E-3 -1.74E-4 2.41E-3 4-2.21E-3 -2.08E-4 1.05E-3 5-2.20E-3 7.96E-5 1.32E-3 6-1.41E-3 7.57E-5 2.33E-3 7-5.28E-4 7.19E-5 1.90E-3 80 0 0 说明：位移的单位是米结构内力单元号 轴力1 轴力2 剪力1 剪力2 弯距1 弯距2 应力1上 应力1下 应力2上 应力2下 12.80E+2 -2.80E+2 -1.04E+1 1.04E+1 -4.72E+0 5.47E-1 -1.36E+5 4.46E+4 -5.60E+4 -3.51E+4 22.80E+2 -2.80E+2 -3.24E-1 3.24E-1 -5.47E-1 4.17E-1 -5.60E+4 -3.51E+4 -5.36E+4 -3.76E+4 31.12E+2 -1.12E+2 -1.09E+1 1.09E+1 -4.17E-1 -3.94E+0 -2