玻璃悬索桥分析与设计要点精讲

玻璃悬索桥分析与设计要点精讲北京XX公司年月号玻璃悬索桥那些事儿玻璃悬索桥那些事儿工程概况：桥名云天渡，由中铁大桥勘测设计院设计，中建六局施工，获得35届国际桥梁大会亚瑟·海顿奖。主缆跨度430m，距离谷底约300m，为空间索面地锚式悬索桥，主缆矢跨比1/10，全桥4根塔柱均为钢筋混凝土独柱结构，塔顶不设横梁连接，桥塔基础均为桩基础。西侧两锚碇为隧道式锚，东侧两锚碇为重力式锚。加劲梁为纵、横梁体系，跨度373ｍ，梁高0.6m，标准段梁宽6m，边纵梁内灌注混凝土，钢纵、横梁间露空部分铺设钢化夹胶玻璃。国内近些年的玻璃桥—雨后春笋国内近些年的玻璃桥—雨后春笋行业参考标准与规范《人行玻璃栈道及悬索桥技术规程》(DB13(J)T《公路悬索桥设计规范》JTG/TD65-05-2015《重要用途钢丝绳》标准GB8918-2006《人行玻璃栈道及悬索桥技术规程》(DB13(J)T《公路悬索桥设计规范》JTG/TD65-05-2015《重要用途钢丝绳》标准GB8918-2006《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-20152018年8月1号实施2016年3月1号实施2006年9月1号实施2015年12月1号实施主跨246m空间地锚式玻璃悬索桥分析工程概况工程概况工程概况：结构主跨为246m，桥面全长为269.07m，矢高为20m，垂跨比为：1/12.3，该桥面净宽度为2.0m，横梁总宽度为3.0m，桥面结构为三层钢化玻璃组成。主缆采用7根公称直径Φ48mm镀锌钢丝绳，强度为1770MPa；吊索采用1根Φ22mm镀锌钢丝绳，抗风主索为1根Φ48mm镀锌钢丝绳，抗风拉索为1Φ16mm镀锌钢丝绳，强度为1670MPa。桥型布置图定义结构材料4.定义构件截面4.定义构件截面注意：定义主缆、吊杆、抗风缆截面，不能直接按公称直径来输入，需要根据实际的有效面积，进行换算，而后得到等效直径；对于材料容重，需要根据规范进行换算后输入，不能直接输入78.5KN/m3的钢材重量。5.确定荷载数据5.确定荷载数据1 32 46.建模助手参数定义6.建模助手参数定义关键操作要点：区分带有抗风缆连接以赋予非常小的力；技巧：利用横向初始力来判断主缆规格是否满足7.完善结构模型7.完善结构模型结构模型修改要点：138.进行悬索桥精确平衡分析8.进行悬索桥精确平衡分析平衡态模型，最大位移0.45mm主梁内力基本为弹性支撑连续梁状态9.倒拆分析求空缆线型9.倒拆分析求空缆线型空缆跨中向上竖向位移750.5mm注意要点：倒拆关键拆除吊杆与桥面系主梁即可；注意要点：倒拆关键拆除吊杆与桥面系主梁即可；选择结构组在施工阶段钝化，类似中单元生死的功能；查看CS合计下，结构的位移即可；影响索鞍预偏量与主缆竖向位移大小的因素：跨中段恒载大小、边主缆的角度；10.抗风缆平衡态求解思路10.抗风缆平衡态求解思路抗风缆平衡态求解思路：抗风缆平衡态求解思路：1、利用建模助手建立单面抗风缆主缆，而后进行旋转120度，到设计位置，手动连接横向拉索，镜像；2、利用精确平衡分析功能，定义平衡荷载，进行重新找形分析，最后得到抗风缆空间平衡态模型；11.抗风缆建模助手数据定义11.抗风缆建模助手数据定义关键操作要点：关键操作要点：对于抗风缆建模助手竖向力的计算，需要注意；抗风缆的空间设计垂跨比，需要根据图纸复核；建模助手中主梁、主塔数据，可以与主桥一致；抗风缆建模助手，关键是求抗风主缆的平衡态；12.抗风缆精确平衡分析12.抗风缆精确平衡分析旋转镜像关键操作要点：关键操作要点：抗风缆精确平衡分析时候，施加的竖向力要注意，为0.642KN/m；对于分析模型中，不考虑主梁的自重，把材料容重改成很小数值；主梁部分可以通过主桥模型，直接合并数据文件，导入进来即可；最后更新完以后，得到新的抗风缆平衡态模型，与主桥模型合并；13.建立标准全桥模型13.建立标准全桥模型合并合并：抗风缆模型与主桥模型进行；定义：人群荷载，风荷载，温度荷载；3）人群：2.0KN/m2；4）温度：整体升降温25度；5）风载：0.56KN/m；组合一组合一：自重恒载+人群荷载；组合二：自重恒载+人群荷载+整体升温+设计横风；组合三：自重恒载+人群荷载+整体降温+设计横风；组合四：自重恒载+百年一遇横向风。14.人群荷载效应计算14.人群荷载效应计算荷载作用下主缆最大缆力（kN） 人群荷载作用下吊索最大索力（kN）人群荷载作用下桥面系纵梁最大正应力（MPa） 人群荷载作用下结构最大竖向位移（m） 15.风荷载作用效应计算15.风荷载作用效应计算主缆最大缆力（kN） 载作用下吊索最大索力（kN） 风荷载作用下桥面系纵梁最大正应力（MPa） 风荷载作用下结构侧向位移（m）结构验算17.主塔静力验算17.主塔静力验算 验算要点：索鞍顶部考虑固结后，取移动荷载与温度荷载作用下，塔顶的最大水平力验算主塔基础，保证偏压构件承载能力与裂缝均满足规范要求0#塔有限元模型 1#塔有限元模型验算要点：索鞍顶部考虑固结后，取移动荷载与温度荷载作用下，塔顶的最大水平力验算主塔基础，保证偏压构件承载能力与裂缝均满足规范要求18.主塔抗震验算18.主塔抗震验算852KN.mE2地震下顺桥向弯矩（852KN.mE2地震下顺桥向弯矩（KN.m）1226KN.mE21226KN.mE2地震下横桥向弯矩（KN.m）19.问题思考-是否需要算稳定？19.问题思考-是否需要算稳定？中主塔顶部有索鞍约束；全桥稳定计算中，索单元要转化为桁架；20.锚碇验算20.锚碇验算注意：注意：其他索结构实际案例常见分析问题案例1—山区柔性索桥案例1—山区柔性索桥其他类似案例思考与拓展其他类似案例思考与拓展1-农村人行铁索桥设计 2-大跨悬索桥猫道设计 3-悬索皮带运输机设计1-农村人行铁索桥设计2-大跨悬索桥猫道设计3-悬索皮带运输机设计案例2—单跨空间索面人行悬索案例2—单跨空间索面人行悬索人群作用下主梁应力图人群作用下主梁应力图基本组合下主缆应力图基本组合下主塔应力图E2地震作用下主塔应力图案例3—玻璃悬廊方案PAGE1案例3—玻璃悬廊方案PAGE1思考问题：这种结构传力体系？关键控制点有哪些？这个结构可否优化？改进：撤销前面混凝土挡墙；将主塔变成混合结构；撤销塔底钢桁架横梁；案例4—空间自锚人行索桥案例4—空间自锚人行索桥案例5—双跨空间索面地锚式人行桥案例5—双跨空间索面地锚式人行桥工程概况：玻璃桥横跨两个岛屿，采用空间索面地锚式悬索结构，总长441.452m工程概况：玻璃桥横跨两个岛屿，采用空间索面地锚式悬索结构，总长441.452m，，主桥中间宽4.6m，桥面采用全透明的夹胶玻璃，桥面主结构为钢骨架，采用隧道式锚碇锚固主缆，桥塔为箱型钢塔柱。中间圆形桥面宽3.3m，圆桥中轴线直径35.63m，桥面主结构为钢骨架，采用圆管柱支撑整个桥面，圆桥为自成结构体系的钢框架结构，桥面距水面相对高度约30m。百年风作用下结构横向变形基本组合下主梁应力

人群作用下主梁竖向变形基本组合下主塔顺桥向剪