小跨吊桥设计悬索桥毕业设计说明书

1、石家庄铁道学院毕业设计小跨吊桥设计The Design of Shot-spanSuspension Bridge 2003 届 土木工程 分院专 业 土木工程 学 号 学生姓名 指导教师 张志国 完成日期 二四 年 六 月 五 日目录摘要.Abstract.第一章绪论11.1 悬索桥的分类、构造及主要特点.11.1.1 分类11.1.2 主要构造11.2 悬索桥的发展概况.31.3 悬索桥的计算理论简介.41.4 本文的主要工作.5第二章悬索桥结构设计.62.1 设计方案比选.62.2 桥面系计算.62.2.1 桥面系构造.62.2.2 桥面系纵、横梁内力计算72.3 主索和边索的计算.20

2、2.3.1 基本参数.202.3.2 主索内力计算.202.3.3 边索内力计算.222.3.4 索的强度验算.222.4 挠度验算.222.4.1 主索因温度及荷载作用下的挠度计算.222.4.2 边索因温度及荷载作用下引起主索跨中挠度的计算.252.4.3 最不利情况下跨中失高变化值的计算.27 2.5 抗风索的计算.272.5.1 抗风索布置.272.5.2 抗风索的设计.282.5.3 抗风索锚碇的设计.302.6 吊杆设计.322.6.1 吊杆形式和各部尺寸.322.6.2 吊杆承受的荷载内力.322.6.3 吊杆及连接件设计.332.7 索夹设计.342.7.1 索夹尺寸.342.

3、7.2 U形环强度验算.342.7.3 索夹净截面强度验算.342.8 桥塔设计.352.8.1 桥塔及基本尺寸.352.8.2 桥塔计算.352.8.3 桥塔基底应力检算.512.9 锚碇设计桥塔基底应力检算.51第三章设计总结.55参考文献.56致谢.57附录1 .58附录2 .87毕业设计开题报告题目小跨吊桥设计专 业土木工程班 级土9901-9学生姓名李仁强本课题为小跨度吊桥设计。悬索桥是指以主缆受拉为主要承重构件的桥梁结构。在桥梁设计时，当需要桥梁跨度在600m及以上时，总是首选悬索桥这一经典桥型。其原因是以高强钢丝作为主要承拉结构的悬索桥具有跨越能力大、受力合理、最能发挥材料强度和

4、造价经济等特点，同时还以其整体造型流畅美观和施工安全快捷等优势而倍受推崇。我国是悬索桥的发源地，古代悬索桥的修建比欧洲早1000多年。现代悬索桥以高速公路为契机，揭开了新的历史篇章。从20世纪90年代起，已经建成了汕头海湾大桥，西陵长江大桥，广东虎门大桥，江阴长江大桥，香港青马大桥等一系列悬索桥。西方发达国家和日本在大跨悬索桥的建设上更是世界领先。悬索桥相对于其他结构桥梁结构更加复杂，结构受力分析也很困难，在此背景下从事悬索桥的设计更有挑战性，也更有实际意义。悬索桥主要由桥面系、主索、抗风索、桥塔、吊杆、锚碇等部分组成。大跨度悬索桥都有加劲梁，考虑到本桥跨度相对较小，不设加劲梁。本桥全长94m

5、，分三跨对称布置，根据桥址地形图和当地自然条件选取主跨为68m边跨各13m。本设计主要工作就是在此基础上熟悉悬索桥的一般构造和特点，掌握柔性吊桥的全桥设计方法，包括上面提到的所有各部结构，利用结构力学、结构设计原理、桥梁等基本相关知识，解决钢桥面系、单索及索塔的计算。根据给定的已知条件，选择构件结构形式和具体尺寸，然后根据所给荷载进行计算，根据桥梁规范和要求进行荷载组合，用容许应力法和极限状态法进行各部验算。我知道大跨悬索桥的建设，要经过调研、规划、设计、制造和施工等阶段，常常需要10年左右的时间。实际工作并不一定很顺利。常常要反复进行桥梁方案比选、论证、修正和结构受力分析试算及工程造价的费用

6、估算、概算和预算。由于设计时间紧迫和本人水平有限，设计中难免会有考虑不到之处和错误。我会多查参考书和设计规范，多请教指导老师和同学，争取把失误控制到最小。我要通过这次设计全面复习过去学过的基础知识和专业知识，根据自己在设计过程中发现的知识盲点及时补上，然后不断学习需要的新的专业知识，尽自己所能在保证质量的前提下尽快完成设计任务。指导教师签字时 间年月日第一章绪论1.1 悬索桥的分类、构造及主要特点1.1.1 分类悬索桥按有无加劲梁可分为无加劲梁和有加劲梁悬索桥两种。现代大跨度悬索桥都是有加劲梁的，根据已建和在建大跨度悬索桥的结构形式，悬索桥有以下几种：1.1.1.1 美国式悬索桥其基本特征式采

7、用竖直吊索，并用钢桁架作为加劲梁。这种形式的悬索桥绝大部分为三跨地锚式。加劲梁是不连续的，在主塔处有伸缩缝，桥面为钢筋混凝土桥面，主塔为钢结构。其优点是可以通过增加桁架高度来保证桥梁有足够的刚度，且便于实现双层通车。1.1.1.2 英式悬索桥60年代英国提出了新型的悬索桥，突破了悬索桥的传统形式。英国式悬索桥的基本特征是采用呈三角形的斜吊索和高度较小的流线型扁平翼状钢箱梁作为加劲梁。除此之外，这种形式的悬索桥采用连续的钢箱梁作为加劲梁，桥塔处设有伸缩缝，用混凝土桥塔代替钢桥塔。有的还将主缆与加劲梁在主跨中点处固结。英式悬索桥的优点是钢箱加劲梁可减轻恒载，因而减小了主缆的截面，降低了用钢量总造价

8、。1.1.1.3 日式悬索桥日本的悬索桥出现在20世纪70年代以后，国际上悬索桥的技术发展已日臻完善，日本结合自己的国情，吸收了世界上先进的技术，形成了日式流派，其主要特征是：主缆一律采用预制束股法架设成缆。加劲梁主要沿袭美式钢桁梁形式，少数公路桥也开始采用英式流线形箱梁结构。吊索沿用美式竖向4股骑挂式钢丝绳。桥塔采用钢结构，主要采用焊接，少数用栓接。鞍座采用铸焊混合式，主缆采用预应力锚固系统。1.1.1.4 混合式悬索桥其特点是采用竖直吊索和流线型钢箱梁作为加劲梁。混合式悬索桥的出现，显示了钢箱加劲梁的优越性，同时避免了采用有争议的斜吊索。1.1.2 主要构造现代悬索桥通常有桥塔、锚碇、主缆

9、、吊索、加劲梁及鞍座等主要部分组成。1.1.2.1 桥塔桥塔是支撑主缆的重要构件。悬索桥的活载和恒载(包括桥面、加劲梁、吊索、主缆及其附属构件，如鞍座和索夹等的重量)以及加劲梁主承在塔身上的反力，都将通过桥塔传递到下部分的塔墩和基础。桥塔采用钢结构，随着预应力混凝土和爬模技术的发展，造价经济的混凝土桥塔将有发展的趋势。1.1.2.2 锚碇锚碇是主缆的锚固体。锚碇将主缆的拉力传递给地基基础。通常采用的有重力式锚碇和隧洞式锚碇。重力式锚碇依靠巨大自重来抵抗主缆的垂直分力，水平分力则由锚碇与地基间的摩擦力或嵌固力来抵抗。隧洞式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。1.1.2.3 主缆主缆是悬索

10、桥的主要承重构件。除承受自身恒载外，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面)的恒载。除此之外，主缆还承担一部分横向风载，并将它直接传递到桥塔顶部。主缆有钢丝绳和平行线钢缆等，由于平行线钢缆弹性模量高，空隙率低抗锈性能好，因此大跨度悬索桥的主缆都采用这种形式。现代悬索桥的主缆多采用直径5mm的高强度镀锌钢丝组成，设计中一般将主缆设计成二次抛物线的形状。1.1.2.4 吊索吊索也称吊杆。是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。吊索的布置形式有垂直式和倾斜式等。其上端与索夹相连，下端与加劲梁连接。吊索宜用有绳蕊的钢丝绳制作，其组成可以是一根、二根或四根一组。1.1.2.5 加劲梁加劲梁的

11、主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形。加劲梁是承受风荷载和其他横向水平力的主要构件，长大悬索桥的加劲梁均为钢结构，一般采用桁架梁形式和箱梁形式。目前看来预应力混凝土加劲梁仅适用于跨径500m以下的悬索桥。在长大悬索桥设计中，加劲梁宽度与主跨径的比例，即宽跨比将是一个涉及风动稳定的突出问题。由于板梁作加劲梁抗风稳定性很差，因此现在已不再用板梁作为长大悬索桥加劲梁了。1.1.2.6 鞍座鞍座是支承主缆的重要构件，通过它可以使主缆中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀地传到塔顶式锚碇的支架处。鞍座可以分为塔顶鞍座，设置在桥塔顶部，将主缆荷载传到塔上；锚固鞍座(亦称扩展鞍座)设置

12、在锚碇的支架处，主要目的是改变主缆索的方向，把主缆的钢丝绳股在水平及竖直方向分散开来，并把它们引入各自锚固位置，为了减少塔顶鞍座处钢丝的弯曲次应力，塔顶鞍座弯曲半径一般为主缆主径的8-12倍；而扩展鞍座必须按照钢丝绳股的水平曲率半径的倍以上来确定鞍座的形状。1.2 悬索桥的发展概况1.2.1 中国悬索桥的发展历程中国近代悬索桥的发展。1938年，湖南一座公路悬索桥建成，该桥可通行10吨汽车，随后又有一批悬索桥建成通车。新中国成立后，共建成70多座悬索桥，但其结构形式都比较简洁，跨径不太大，工程规模较小。进入20世纪90年代，中国现代悬索桥的建设揭开了新的历史篇章，修建了一批结构复杂，造型美观的

13、大跨悬索桥。可以预见，随着我国桥梁科研、设计、施工队伍科技水平的不断提高，跨越中国辽阔大地上的江河湖泊、海峡港湾的悬索桥会修建得更多更美。1.2.2 欧洲悬索桥的发展历程20世纪以前欧洲的悬索桥。国外悬索桥的修建历史较中国晚了1000多年，据文献史料记载，1734年萨克森的军队远征但泽，途径奥得河时，修建了西方第一座临时性铁索桥。1741年，英国建成一座铁链悬索桥，跨度，使用了61年，毁坏于1802年。20世纪的欧洲悬索桥：欧洲悬索桥的建设继续发展并有所创新。法国于1959年建成了主跨为680m的缇卡维尔悬索桥是发展中的一个新的里程碑。该桥的创新特点体现在第一次采用了扁平纤细，截面具有良好的抗

14、风性能的全焊流线型钢箱梁，打破了钢桁架加劲梁一统天下的局面，另外，该桥还采用了斜吊索以提高桥梁的抗风阻尼。欧洲现代大跨度悬索桥的修建确定了混凝土桥塔，扁平流线型全焊加劲钢箱梁悬索桥的优势。且此桁架式加劲梁节省工程投资费用10%左右。因此欧洲大部分悬索桥为英国人设计，所以形成了英国悬索桥风格。1.2.3 美洲悬索桥的发展历程美洲20世纪前的悬索桥。李约瑟认为是由中国人传入美洲的。20世纪美国的悬索桥，20世纪中叶，美国大城市的兴起，促进了大跨桥梁建设的发展，至今美国仍是世界上拥有悬索桥最多的国家。在科研、设计和施工技术上形成优势，是悬索桥成为唯一超过千米的成熟桥型，并形成美国流派的悬索桥风格。日

15、本悬索桥的建设日本近代悬索桥发展势头迅猛，后来居上，日本的悬索桥，大部分为钢塔和钢桁加劲梁，并且大多为公铁两用悬索桥。综上所述，国内外悬索桥的建设一次次刷新了桥梁的跨径记录，并将在21世纪桥梁的建设中，继续显示出特大跨悬索桥的勃勃生机。1.3 悬索桥的计算理论简介1.3.1 传统的“弹性理论”简介大缆支点位于塔顶，越过塔顶后，大缆两端在地面附近进入锚碇。在主跨范围内，其加劲梁的跨度是。在主跨之内，用许多竖向设置的吊索将缆和加劲梁连接起来。在缆的边跨范围，可设置若干个小跨度，因其在结构上同所说的悬索桥无关，这里不再分析。弹性理论是悬索桥最早的计算理论，它使用超静定结构计算方法，将悬索桥的结构看作

16、主缆与加劲梁的结合体，在计算中只考虑由荷载产生的新的构件之间的平衡，其特点是恒载与活载的内力计算方法没有差别，也就是在计算活载内力时没有计入恒载产生的初始内力，此理论已经对悬索桥的整体刚度作出贡献。此理论是建立在不考虑荷载的产生会影响内力大小与方向的基础之上。因此，弹性理论是基于变形非常微小而可以忽略的计算假设，只能满足早期跨度较小且加劲梁刚度相对较大的悬索桥的使用。1.3.2 挠度理论挠度理论认为主缆在恒载作用下取得平衡时的几何形状(二次抛物线)将因活载的作用而发生改变。主缆因活载作用而增加的拉力所引起的伸长量也应当在计算中加以考虑。用挠度理论计算所得内力比用弹性理论要小得多，根据悬索桥跨度

17、大小，加劲梁的刚度大小，以及活载影响与恒载影响的比例，一般挠度理论的内力计算值比弹性理论减少-，因此，采用挠度理论来设计大跨悬索桥可比弹性理论大大节约材料。这也是相当长的一段时期内挠度理论在大跨度悬索桥设计计算中一直起主导作用的原因。1.3.3 有限位移理论当现代悬索桥的跨径进一步增大时，加劲梁的刚度不断相对减小。当加劲梁的高跨比不小于时，采用线性挠度理论分析悬索桥产生的误差将不容忽视，为此，有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中，基于矩阵位移法的有限元技术更能适应解决复杂结构的受力分析。一些有代表性的研究成果逐渐完善和发展了有限位移理论，应用有限位移理论的矩阵法可以综合考虑体系节点位移

18、影响和轴力效应，把悬索桥结构分析方法统一到一般非线性有限元中，是目前大跨悬索桥分析计算中普遍采用的方法。1.4 本文主要工作本文主要设计13m+68m+13m三跨柔性悬索桥，上部结构设计包括桥面系、横梁、纵梁、主索、边索、吊杆等。下部结构设计包括索塔、基础、锚碇。在下面几章详细介绍和计算各部结构。第二章 悬索结构设计2.1 设计方案比选布置形式三跨(13m+68m+13m)失高垂跨比=吊杆间距2.2 桥面系的计算2.2.1 桥面系构造桥面系采用I字钢横梁，I字钢纵梁上加钢板组成横梁间距3.5m采用I36b纵梁间距 采用I14桥面钢板厚上加0.06m沥青砼铺装纵梁共12根I14钢，衡梁全桥共18

19、根I36b钢栏杆和缘石共宽纵梁跨径为的多跨连续梁横梁跨径为m的简支梁5204909×35390470图2-1 桥面横截面布置2.2.2桥面系纵、横梁内力计算假定钢桥面板宽为m的简支无限长板，纵横梁构造如图2-2采用钢桥Pelikan-Esslinger法计算。即第一阶段把纵梁作为横梁刚性支承的多跨连续梁，第二阶段考虑横梁的弹性变形对多跨连续纵梁内力进行修正。2.2.2桥面系纵、横梁内力计算2.2.2.1 截面几何特征值的计算(1)第一阶段计算第一阶段计算时纵梁有效宽度考虑到车轮承受处桥面板要与纵肋共同工作，应计算纵肋的有效宽度，而纵肋的有效宽度与纵肋间距和纵肋的有效跨径有关，也就是在

20、计算有效宽度前应确定纵肋有效跨径。纵肋的有效跨径t，在第一阶段中，认为纵肋是支承在横肋上的刚性支承连续梁，这样假设的情况下的有效跨径可取弯矩部分的平均长度，其值一般为倍的纵肋跨长 即又纵肋跨径m(横肋间距)，m，汽车-10级的后轮荷载着地宽度m，根据在钢桥图(b)9×35350350350490I36b350I14图2-2 纵、横梁布置曲线上查得又由查钢桥图得；由此可求出图1-4a所示相应与第一阶段的纵梁截面几何特征值第二阶段计算时纵梁有效宽度在计算第二阶段横肋变形影响时，纵肋有效跨径往往很大，故可近似采用；纵肋有效间距近似等于纵肋间距，查钢桥图得得纵肋在计算第二阶段时有效宽度为由上

21、面的有效宽度，可求出图2-3b所示相应于第二阶段纵梁的截面几何特征值横梁桥面钢板有效宽度14图2-3a 第一阶段截面几何特征14图2-3b 第二阶段截面几何特征I36b图2-3c 工字钢工36b截面按纵横梁重叠的构造处理(图2-2)，横梁翼缘有效宽度为I字钢的翼缘宽，其截面几何特征值列于图(2-3c)。用于第二阶段计算中的相关刚度系数，可根据钢桥公式()计算得2.2.2.2 第一阶段的计算(1)作用于纵梁上的荷载计算作用于纵梁上的活载：汽-10加重车作用下，冲击系数前轮 从钢桥图查得后轮从钢桥图查得，作用于纵梁上的恒载：纵梁单位长度重力：见公路桥涵设计手册基本资料上册(人民交通出版社，1976

22、)表299钢板单位长度重力：截面几何特性按有效宽度计算，重力同样按有效板宽度计算沥青铺装总重力(2)纵梁跨中弯矩计算如图2-4布置活载，纵梁跨中弯矩根据钢桥公式(1.39d)计算350175400350175400350175400350175400225175400175400400图2-4 荷载布置图同样的根据钢桥公式(1.39c)计算式中：y荷载作用点与支点的距离m是加载节点编号中数值较小的那个编号活载作用下纵梁跨中弯矩：恒载作用下纵梁跨中弯矩：(3)纵梁支点弯矩计算纵梁支点o的弯矩，按荷载最不利布置，如图2-5对称o点布置。根据钢桥公式()计算支点o的弯矩()2004002004004

23、00350400350400350400350400图2-5 荷载布置图同样根据钢桥公式()计算y=200cm t=350cm活载作用下纵梁支点弯矩恒载作用下纵梁支点弯矩(4)横梁内力计算将后轮布置在所计算横梁处，如图2-6得横梁最大反力，按钢桥公式()计算前轮对所计算横梁反力(y=50cm t=350cm)18049000350400350400350400400350400350400350400350040350400350400350400图2-6 荷载布置图横梁跨中弯矩活载作用下梁跨中弯矩，按荷载对称布置最为不利如图2-6横载作用下梁跨中弯矩I字钢横梁单位长度重力(据公路桥涵设计手册

24、-基本资料下册)表20-10查得桥面铺装单位长度重力钢桥面板单位长度重力纵梁单位长度重力(横桥共12根)2.2.2.3 第二阶段的计算(考虑横梁的弹性变形的修正)根据前面求得的相关刚度系数 ，从钢桥图图求出等跨弹性支承上的无限长连续梁的跨中弯矩支点弯矩和支点反力影响线纵距 ， ，等值列于表2-1。表2-1 ， ，支点编号01234000(1)纵梁弯矩修正值计算首先假定横梁为刚性支承，按图2-4和图2-5布载情况，各支点反力根据钢桥公式()进行计算。当荷载作用在所求支点节间时当荷载作用在其他节间时纵梁跨中弯矩修正值：按图2-4荷载作用于节间荷载中时，各支点反力值(列于表2-2)计算纵梁跨中弯矩修

25、正值。计算横梁挠曲影响时，为了求出作用于纵梁上的计算荷载，应把作用于桥面的荷载按富里叶级系数展开正弦分布荷载(取n=1)表2-2 图2-4荷载位置的支点反力支点m0123456后轮前轮合计支点m0123456后轮前轮0合计只有一辆车时，按钢桥公式()计算(2-0)将代入(2-0)式得纵梁跨中弯矩修正值按钢桥公式()计算(见表2-3)表2-3的计算支点m0123456101066002200000222000支点m0123456050282002200000111000纵梁支点弯矩修正值纵梁支点弯矩修正值同跨中弯矩修正值一样计算。首先按图1-6对称于所求支点布载，然后求出各支点反力。计算公式同样

26、采用钢桥公式()计算，现将结果列于表2-4表2-4 图2-5荷载位置的支点反力支点m01234567后轮.5067.03067.002201前轮.5067.69078.036189.002597-.0007合计.5763.0280.0020.0001支点m123456后轮.6908.03619-.0007前轮.03067.002201合计.5763.0280.0020-.0005同前计算纵梁支点弯矩修正，同样按钢桥公式()计算(见表2-5)表2-5 的计算支点m0123456000000支点m123456000000(2)横梁弯矩修正值的计算横梁弯矩修正值的计算，同样按前面的假设，把纵梁看成刚

27、性支承连续梁，求出布载下各支点反力然后计算纵梁弯距修正值。现按图2-6情况求各支点反力(见表2-6)表2-6 图2-6荷载位置的支点反力支点m0123456后轮000000前轮00007合计00007支点m0123456后轮0000000前轮合计用钢桥公式计算为此需先计算出，同样按一辆车对称布载时图2-6进行计算，采用钢桥公式1-3(2-1)式中：b横梁计算跨径bd两轮中心至横梁支点距离，由于对称布载Z车轮中心线2分之1 ZX横梁弯矩位置。跨中弯矩代入(2-1)式计算得：然后根据表2-1和表2-6计算见表2-7表2-7 得计算支点m012340000支点m012340000b代入式计算2.2.

28、2.4 弯矩和弯曲应力计算(1)纵梁跨中弯矩恒载弯矩活载弯矩(包括冲击影响)横梁弹性变形的附加弯矩(纵梁弯矩修正值)合计：(2)纵梁支点弯矩恒载弯矩活载弯矩(包括冲击影响)横梁弹性变形的附加弯矩：合计：括号内数字为不加修正时的支点弯矩下同(3)横梁跨中弯矩恒载跨中弯矩活载跨中弯矩(包括冲击影响)横梁弹性变形的附加弯矩合计(4)纵、横梁的截面应力计算计算纵梁的截面应力时，对第一阶段的弯矩截面几何特征值应采用图2-3a的数值。对于第二阶段的弯矩则应采用图2-3b的数值纵梁跨中截面应力纵梁截面支点应力横梁跨中截面应力2.3 主索和边索计算基本参数主跨：取计算跨径：计算矢高：计算矢跨比：主索在桥塔顶倾

29、角：边索在桥塔顶倾角：主索内力计算：恒载计算桥道恒载(按横梁间距内计算)纵梁：横梁：钢桥面板：桥面铺装：沿桥半边重力：主索重力：吊杆重力：(约)抗风索：合计：2.3.2.2恒载作用下主索水平拉力：2.3.活载内力计算最不利偏载时的横向分布系数计算。桥面净宽(横梁计算跨径为，偏载车轮距车道，车轮距横梁支点距离为，如图2-7所示180100490图2-7 荷载布置图冲击系数等代荷载查公路设计手册桥涵基本资料上册P41汽-10，。汽-10作用下主索水平拉力2.3.2.4 主索水平拉力主索在索鞍处最大内力计算 边索内力计算边索倾角：索的强度验算主索采用七根，抗拉强度，整条钢丝破断拉力为(公路设计手册桥

30、涵基本资料下册，以边索最大内力进行验算。安全系数(安全)2.4 挠度验算主索因温度及荷载作用下的挠度计算建桥地区最高温度建桥地区最低温度安装完毕时的温度主索长度温度上升温度下降荷载作用下主索弹性伸长(2-2)(2-3)代入(2-3)式(查公路设计手册桥涵基本资料)下册，直径39mm的全部钢丝断面积汽-10全跨布载时弹性伸长代入(2)式得恒载作用时弹性伸长同样采用上面的公式主索伸长引起跨中矢高的变化由E.E.吉勃施曼所著公路钢桥公式可得得升温时降温时活载作用时恒载作用时最不利情况活载作用和升温时边索因温度及荷载作用下引起主索跨中挠度的计算同主索一样的公式进行计算温度变化和荷载作用下的边索伸长左岸

31、边索伸长度升温时降温时活载作用时由主索传来的边索活载拉力，可将主索传来的恒载和活载的拉力减去恒载引起的边索拉力，边索恒载拉力恒载作用时右边计算同左边略温度和荷载作用下边索伸长组合左岸右岸边索温度及弹性伸长引起主索跨中矢高的变化计算公式按公路钢桥式(2-4)将代入(2-4)式式简化最不利情况下跨中矢高变化值计算安全抗风索的计算抗风索布置抗风索曲线方程(跨中为坐标原点)抗风索平面与水平面成角抗风索矢高(，按主跨范围内为曲线范围外为直线)抗风索在跨端处的切线倾角(2-5)将代入(2-5)式抗风索的边索与水平面夹角为取右边索为例，推算各边索夹角边角实际长度(抗风索直线段)对应直角边长b在垂直方向的投影

32、高边索倾角拟使边索垂直于锚碇桩，因而锚碇桩与垂直方向夹角为，见图2-8图2-8 锚桩 抗风索的设计2.5.2.1抗风索风力计算横桥向迎风面积计算栏杆桥面系式中：栏杆高(m)缘石高(m)计算跨径减去桥塔宽(m)迎风面折减系数，见公路桥涵设计遍用规范附录三 0.07桥面铺装高衡梁：风压强度桥位处基本风压，风压力.2.2.抗风索主索设计主索水平拉力主索最大拉力主索强度验算采用有机物蕊的钢绳，破断拉力为安全系数风力为次要的可变荷载，对此已属安全抗风拉索的设计如图2-9取跨中节点，作用于节点上的力为522×350图2-9 抗风索结点从图2-9得按公路桥涵设计手册基本资料取，钢丝绳(带有机物蕊)

33、破断拉力为安全系数安全抗风索锚碇的设计重力式锚碇验算见图2-10抗风主索水平拉力图2-10 锚碇倾角滑动稳定验算重力式锚台体积安全系数安全锚碇拉杆设计采用圆钢拉杆其面积有效面积半径15mm锚碇桩设计锚碇桩25号混凝土，尺寸按最低配筋率配筋：0.15%钢筋总面积为选用光圆钢筋的总面积锚碇拉力由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范条式中0.25m为缆索锚碇拉力作用点至锚台顶的距离受弯正截面强度，按平衡条件计算中性轴(2-6)代入(2-6)式正截面强度公式2.6 吊杆设计吊杆形式和各部尺寸吊杆间距：设计荷载：汽-10吊杆构造见大图吊杆承受的荷载内力桥道恒载：(半桥)抗风索恒重：最大吊杆自重估计：

34、一根吊杆承受恒重为：由于桥窄(如图1-2)，不能偏载布置只能对称布置，横向分布系数对任一吊杆，最不利位置为汽-10车轮作用于一吊杆处(见图2-11)400350350图2-11 荷载布置图吊杆承受恒、活载内力吊杆及连接件设计吊杆由上、下两段组成，上段由一根轧制圆钢通过上连接块连接，下段由两根轧制圆钢与横梁连接，以便在安装和使用过程中适当调节吊杆长度。下吊杆设计选用的下吊杆、螺纹深度，以螺杆最小净截面验算实际应力上吊杆设计选用48上吊杆，螺纹深度连接块验算上连接块验算钢下连接块最小截面比上连接块大，可不验算。2.7 索夹设计2.7.1 索夹尺寸见大图3U形环强度验算U行环采用45号铸钢-截面拉应

35、力验算-截面剪应力验算-截面剪应力-截面剪应力验算-截面钢销对U形环的挤压应力容许挤压应力为()2.8 桥塔计算2.8.1 桥塔及基础尺寸-102.地基：强风化黑云斜长片麻岩500Pa用20号钢筋混凝土，基础下半部用20号混凝土2.8.2 桥塔计算基本假定1.桥塔本身为一框架结构，塔脚当作嵌固考虑，桥塔分别按纵向(顺桥方向)及横向(垂直桥轴方向)两种情况计算应力2.风力只计算横向引起的应力3.温度变化使桥塔产生的应力只计温度降低的影响，因控制桥塔设计的外力主要是垂直力，而温度降低时产生的垂直力最大。4.混凝土收缩影响。按照温度降低考虑。5不计地震力2.8.2.2 塔拄承受的荷载计算帽梁：每个柱

36、上柱每个柱横梁每个柱下柱每个柱基础边跨支反力估计200kN每根塔柱重力式桥墩(以南岸桥墩计算为例)表2-8表2-8塔柱承受的垂直力及水平力汇总表项目活载靠近塔柱水平力垂直力垂直力合计钢索传来的力恒载570汽车活载人行活载87温度索鞍重力3030塔顶力的总合-断面帽梁上柱横梁下柱汽车荷载5050人群风力合计-断面墩身合计辊轴滚动产生的摩阻力按下式计算式中：塔顶处垂直力辊轴半径对塔未计入温度影响 计入温度影响 得2.8.2.3 桥塔内力计算桥塔分别按顺桥方向(纵向)及垂直桥面轴方向(横向)二种情况进行计算桥塔纵向内力计算不计地震荷载的内力计算桥塔的纵向作用力为主索，锚索传来的垂直力及索鞍辊轴与支座

37、的水平摩擦力。不考虑塔柱平面的扭曲作用及剪力引起的应力，塔柱弯曲应力由下式计算式中：分别为作用塔顶的纵向水平力和竖向力y塔柱顶的水平位移量c索鞍位移量桥塔各断面的变位计算由辊轴滚动摩擦力塔顶与计算断面间的位移以塔顶为原点值可采用近似公式计算(即将用级数展开)式中：hmx塔顶到计算断面距离塔顶水平位移桥塔18.57m 塔顶水平位移采用材料力学的方法计算表2-9 应力计算表塔顶作用力续表2-9计算断面至塔顶作用点距离计算断面垂直力(kN)索鞍辊轴位移量边跨自重反力(kN)200支点到断面中心距e(m)主桥活载反力主桥支座偏心桥制动力(kN)150制动力距计算断面距离d(m)边跨支座摩擦力f(kN)

38、105F距各断面距离e(m)塔顶荷载偏心弯距组合+弯距组合+断面积正应力截面抵抗距摩应力 续表2-9弯应力桥塔横向内力计算系数计算(1)帽梁(横梁)a-b的截面特征计算(图2-12)图2-12 ab梁截面m(2)cd梁截面150100图2-13 cd梁截面主力计算(1)横梁重力计算上横梁a-b重力下横梁c-d重力ansys计算结果如下：PRINT FORC ELEMENT SOLUTION PER ELEMENT * POST1 ELEMENT NODE TOTAL FORCE LISTING * LOAD STEP= 0 SUBSTEP= 1 TIME= 2.0000 LOAD CASE=

39、0 THE FOLLOWING X,Y,Z FORCES ARE IN GLOBAL COORDINATES ELEM= 1 FX FY MZ 1 -6.9367 -246.15 16.094 2 6.9367 246.15 31.491 ELEM= 2 FX FY MZ 2 -16.823 -135.52 59.387 3 16.823 135.52 82.433 ELEM= 3 FX FY MZ 6 6.9367 -246.15 -16.094 5 -6.9367 246.15 -31.491 ELEM= 4 FX FY MZ 5 16.823 -135.52 -59.387 4 -16.

40、823 135.52 -82.433 ELEM= 5 FX FY MZ 3 -16.823 -135.52 -82.433 4 16.823 -135.52 82.433 ELEM= 6 FX FY MZ 2 9.8866 -110.62 -90.879 5 -9.8866 -110.62 90.879 (2)风荷载作用下桥塔杆件内力计算锚索外露高度7m 锚索长度 则锚索纵断面高度为(风力)主索风压力自上部结构计算约得桥塔本身承受的风力为简化计算：假定风力分别作用在帽梁和横梁承受本身风力及柱风力的一半，横梁承受上下柱风力一半和来自桥上的风力。帽梁本身风力横梁承受风力主桥面及人行道迎风面高迎风面积边跨 (3)风力作用时的内力将作用于塔顶风力移至帽梁a-b节点处，并附加一力