学士悬索桥设计毕业doc

PAGE82第一章绪论悬索桥的分类、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。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、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。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21.34m，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。1.2.4日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7.158m垂跨比=吊杆间距3.5m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0.35m采用I14桥面钢板厚0.01m上加0.06m沥青砼铺装纵梁共12根I14钢，衡梁全桥共18根I36b钢栏杆和缘石共宽0.4m纵梁跨径为3.5m的多跨连续梁横梁跨径为4.9m的简支梁52049037.537.59×3539052049037.537.59×35390470图2-1桥面横截面布置图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4.9m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eq\o\ac(○,1)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0.7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1.32(b)37.59×3537.535035035037.59×3537.5350350350490I36b350I14I36b350I14图2-2纵、横梁布置曲线上查得又由查《钢桥》图1.33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eq\o\ac(○,2)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1.33得得纵肋在计算第二阶段时有效宽度为由上面的有效宽度，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eq\o\ac(○,3)横梁桥面钢板有效宽度54.1451454.14514图2-3a第一阶段截面几何特征38.51438.514图2-3b第二阶段截面几何特征I36bI36b图2-3c工工字钢工36b截面按纵横梁重叠的的构造处理理(图2-2))，横梁翼翼缘有效宽宽度为I字钢的翼缘缘宽，其截截面几何特特征值列于于图(2-3cc)。用于于第二阶段段计算中的的相关刚度度系数，可可根据《钢钢桥》公式(1.11136))计算得2.2.2.22第一阶段段的计算(1)作用于纵纵梁上的荷荷载计算作用于纵梁上的的活载：汽-10加重车作作用下，冲冲击系数前轮从《钢桥》图11.32查得后轮从《钢桥》图11.32查得，作用于纵梁上的的恒载：纵梁单位长度重重力：[见《公路桥涵设设计手册—基本资料料》上册(人民交通通出版社，19766)表2—99]钢板单位长度重重力：截面几何特性按按有效宽度度计算，重重力同样按按有效板宽宽度计算沥青铺装总重力(2)纵梁跨中中弯矩计算算如图2-4布置活载载，纵梁跨跨中弯矩根根据《钢桥桥》公式(1.339d)计算350175400350175400350175400350175400225175400175400400350175400350175400350175400350175400225175400175400400图2-4荷载载布置图同样的根据《钢钢桥》公式式(1.339c)计算式中：y——荷荷载作用点点与支点的的距离m——是加载节点编号号中数值较较小的那个个编号活载作用下纵梁梁跨中弯矩矩：恒载作用下纵梁梁跨中弯矩矩：(3)纵梁支点点弯矩计算算纵梁支点o的弯弯矩，按荷荷载最不利利布置，如如图2-5对称o点布置。根根据《钢桥桥》公式(1.338a)计算支点o的弯矩()200400200400200400400350400350400350400350400图2-5荷载载布置图同样根据《钢桥桥》公式(1.338b)计算y=2000cmt=3500cm活载作用下纵梁梁支点弯矩矩恒载作用下纵梁梁支点弯矩矩(4)横梁内力力计算将后轮布置在所所计算横梁梁处，如图2-6得横梁最最大反力，按按《钢桥》公公式(1..40b))计算前轮轮对所计算算横梁反力力(y=50ccmtt=3500cm)1804900035040035040035040040035040035040035040035004035040035040035040018049000350400350400350400400350400350400350400350040350400350400350400图2-6荷载载布置图横梁跨中弯矩活载作用下梁跨跨中弯矩，按按荷载对称称布置最为为不利如图图2-6横载作用下梁跨跨中弯矩I字钢横梁单位长长度重力(据《公路路桥涵设计计手册-基本资料料》下册)表20-110查得桥面铺装单位长长度重力钢桥面板单位长长度重力纵梁单位长度重重力(横桥共12根)2.2.2.33第二阶段段的计算(考虑横梁梁的弹性变变形的修正正)根据前面求得的的相关刚度度系数，从《钢钢桥》图1.588-图1.60求出等跨弹弹性支承上上的无限长长连续梁的的跨中弯矩矩支点弯矩矩和支点反反力影响线线纵距，，等值列于于表2-1。表2-1，，支点编号012340.022-0.02100.0010.0010.083-0.040-0.0030.00100.7280.160-0.0390(1)纵梁弯矩矩修正值计计算首先假定横梁为为刚性支承承，按图2-4和图2-5布载情况况，各支点点反力根据据《钢桥》公式(1.40)进进行计算。当荷载作用在所所求支点节节间时当荷载作用在其其他节间时时纵梁跨中弯矩修修正值：按图2-4荷载作用用于节间荷荷载中时，各各支点反力力值(列于表2-2)计算纵梁梁跨中弯矩矩修正值。计算横梁挠曲影影响时，为为了求出作作用于纵梁梁上的计算算荷载，应应把作用于于桥面的荷荷载按富里里叶级系数数展开正弦弦分布荷载载(取n=1)表2-2图22-4荷载位置置的支点反反力支点m0123456后轮0.6005-0.127440.034133-0.0091140.002455-0.00066560.0002前轮0.4101660.7744-0.1362290.0365112-0.0097780.002622-.0007合计1.0106660.674-0.1021160.0274-0.0073330.0019664-.0005支点m0123456后轮0.6005-0.127440.034133-0.0091140.002455-0.00066560.0002前轮-0.0976680.0261669-0.0070010.001888-0.000550.00010合计0.502822-0.1012230.027122-0.0072260.001955-0.0005560.0002只有一辆车时，按按《钢桥》公公式(1.334)计算(2-00)将代入(2--0)式得纵梁跨中弯矩修修正值按《钢钢桥》公式式(1.1116a))计算(见表2-3))表2-3的计计算支点m01234561．010660.647-0.1021160.0274-0.0073330.0019664-0.000550．022-0.02100.0010.001000．0222-0.0136600.0000227-.000000700支点m01234560．50282-0.1012230.027122-0.0072260.001955-0.0005560.00020．022-0.02100.0010.001000．01110.00212250-7.26E--61.95E-6600纵梁支点弯矩修修正值纵梁支点弯矩修修正值同跨跨中弯矩修修正值一样样计算。首首先按图1-6对称于所所求支点布布载，然后后求出各支支点反力。计计算公式同同样采用《钢钢桥》公式式(1.440)计算，现现将结果列列于表2-4表2-4图22-5荷载位置置的支点反反力支点m01234567后轮.5067-.114499.03067-.008222.0022011-5.9E-441.58E-44-4.2E-55前轮.5067.69078-.135088.0361899-.009699.0025977-.00071.86E-44合计1.0134.5763-.1044.0280-.0075.0020-.0005.0001支点m123456后轮.6908-.135088.03619-.009699-.0025997-.0007前轮-.1145.03067-.008222.0022011-.00005591.58E-44合计.5763-.104411.0280-.0075.0020-.0005同前计算纵梁支点弯矩修修正，同样样按《钢桥桥》公式(1.1116a))计算(见表2-5))表2-5的计计算支点m01234561.01340.5763-0.104440.028-0.007550.0020-0.0050.083-0.040-0.0030.0010000.084111-0.0230050.00031130.0000228000支点m1234560.5763-0.104440.028-0.007550.0020-0.005-0.040-0.0030.001000-0.0230050.00031130.0000228000(2)横梁弯矩矩修正值的的计算横梁弯矩修正值值的计算，同同样按前面面的假设，把把纵梁看成成刚性支承承连续梁，求求出布载下下各支点反反力然后计计算纵梁弯弯距修正值值。现按图图2-6情况求各支点点反力(见表2-6))表2-6图22-6荷载位置置的支点反反力支点m0123456后轮1.00000000前轮-0.0880.95870.139766-0.036770.0098-0.002660．0007合计0.9120.95870.139766-0.016770.0098-0.002660．0007支点m0123456后轮0000000前轮0.024-0.0630.0017-0.0004450.000122合计0.0024-0.0630.0017-0.0004450.000122用《钢桥》公式式1.1220计算为此需先计算出出，同样按按一辆车对对称布载时时图2-6进行计算算，采用《钢钢桥》公式式1-3(2-11)式中：b——横横梁计算跨跨径b=4.99md——两轮轮中心至横横梁支点距距离，由于于对称布载载Z——车轮轮中心线2分之1Z=0.99mX——横梁梁弯矩位置置。跨中弯弯矩代入(2-1)式计计算得：然后根据表2--1和表2-6计算见表2-7表2-7得计计算支点m012340.9120.95870.139766-0.036770.00980.7280.160-0.039000.66393360.1533992-0.005445100支点m012340.024-0.0630.0017-0.0004450.0001220.7280.160-0.039000.0174772-0.010008-0.0000066300b=4..9m代入式计算2.2.2.44弯矩和弯弯曲应力计计算(1)纵梁跨中中弯矩恒载弯矩活载弯矩(包括括冲击影响响)横梁弹性变形的的附加弯矩矩(纵梁弯矩矩修正值)合计：(2)纵梁支点点弯矩恒载弯矩活载弯矩(包括括冲击影响响)横梁弹性变形的的附加弯矩矩：合计：括号内数字为不不加修正时时的支点弯弯矩下同(3)横梁跨中中弯矩恒载跨中弯矩活载跨中弯矩((包括冲击击影响)横梁弹性变形的的附加弯矩矩合计(4)纵、横梁梁的截面应应力计算计算纵梁的截面面应力时，对对第一阶段段的弯矩截截面几何特特征值应采采用图2-3a的数值。对对于第二阶阶段的弯矩矩则应采用用图2-3b的数值纵梁跨中截面应应力纵梁截面支点应应力横梁跨中截面应应力主索和边索计算算2.3.1基基本参数主跨：取计算跨径：计算矢高：计算矢跨比：主索在桥塔顶倾倾角：边索在桥塔顶倾倾角：2.3.2主索内力力计算：2.3.2.11恒载计算算桥道恒载(按横横梁间距3.5m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：(约约)抗风索：合计：2.3.2.22恒载作用用下主索水水平拉力：：2.3.2.33活载内力力计算最不利偏载时的的横向分布布系数计算算。桥面净净宽(横梁计算算跨径为，偏偏载车轮距距车道，车车轮距横梁梁支点距离离为，如图2-7所示180100180100490490图2-7荷载载布置图冲击系数等代荷载查公路路设计手册册《桥涵基基本资料》上上册P41汽-10，。汽-10作用下主主索水平拉拉力2.3.2.44主索水平平拉力2.3.2.55主索在索索鞍处最大大内力计算算2.3.3边索内力力计算边索倾角：2.3.4索的强度度验算主索采用七根，抗抗拉强度，整整条钢丝破破断拉力为为(公路设计计手册《桥桥涵基本资资料》下册册，以边索索最大内力力进行验算算。安全系数(安全)2.4挠度度验算2.4.1主索因温温度及荷载载作用下的的挠度计算算建桥地区最高温温度建桥地区最低温温度安装完毕时的温温度主索长度温度上升温度下降荷载作用下主索索弹性伸长长(22-2)(2-33)代入(2-3)式(查公路设计手册册《桥涵基基本资料》)下册，直径39mm的全部钢钢丝断面积积汽-10全跨布载载时弹性伸伸长代入(2)式得恒载作用时弹性性伸长同样采用上面的的公式主索伸长引起跨跨中矢高的的变化由E.E.吉勃施施曼所著《公公路钢桥》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温时2.4.2边索因温温度及荷载载作用下引引起主索跨跨中挠度的的计算同主索一样的公公式进行计计算温度变化和荷载载作用下的的边索伸长长左岸边索伸长度度升温时降温时活载作用时由主索传来的边边索活载拉拉力，可将将主索传来来的恒载和和活载的拉拉力减去恒恒载引起的的边索拉力力，边索恒恒载拉力恒载作用时右边计算同左边边略温度和荷载作用用下边索伸伸长组合左岸右岸边索温度及弹性性伸长引起起主索跨中中矢高的变变化计算公式按《公公路钢桥》eq\o\ac(○,11)式(2-44)将代入(2-4)式式简化2.4.3最不利情情况下跨中中矢高变化化值计算安全2.5抗风风索的计算算2.5.1抗风索布布置抗风索曲线方程程(跨中为坐坐标原点)抗风索平面与水水平面成角角抗风索矢高((，按主跨跨范围内为为曲线范围围外为直线线)抗风索在跨端处处的切线倾倾角(22-5)将代入(2-5)式抗风索的边索与与水平面夹夹角为取右边索为例，推推算各边索索夹角边角实际长度((抗风索直直线段)对应直角边长b在垂直方向的投投影高边索倾角拟使边索垂直于于锚碇桩，因因而锚碇桩桩与垂直方方向夹角为为，见图2-8图2-8锚桩桩2.5.2抗风索的的设计2.5.2.11抗风索风风力计算横桥向迎风面积积计算栏杆桥面系式中：1.2———栏杆高(m)00.25——缘石高(m)666.5——计算跨径径减去桥塔塔宽(m)00.2——迎风面折折减系数，见见《公路桥桥涵设计遍遍用规范》附附录三00.07——桥面铺装装高衡梁：风压强度桥位处基本风压压，风压力力2.5.2.22.抗风索主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的钢绳，破破断拉力为为安全系数风力为次要的可可变荷载，对对此已属安安全2.5.2.33抗风拉索索的设计如图2-9取跨中节节点，作用用于节点上上的力为52522×350图2-9抗风风索结点从图2-9得按《公路桥涵设设计手册—基本资料料》取，钢丝绳(带—有机物蕊)破断拉力力为安全系数安全2.5.3抗风索锚锚碇的设计计重力式锚碇验算算见图2-10抗风主主索水平拉拉力图2-10锚锚碇倾角滑动稳定验算重力式锚台体积积安全系数安全锚碇拉杆设计采用圆钢拉杆其其面积有效面积半径115mm锚碇桩设计锚碇桩25号混混凝土，尺尺寸按最低配筋率配配筋：0.155%钢筋总面积为选用光圆钢筋的的总面积锚碇拉力由《公路钢筋混混凝土及预预应力混凝凝土桥涵设设计规范》4.1..12条式中0.25m为缆缆索锚碇拉拉力作用点点至锚台顶顶的距离受受弯正截面面强度，按按平衡条件件计算中性性轴(2--6)代入(2-6)式正截面强度公式式2.6吊杆杆设计2.6.1吊杆形式式和各部尺尺寸吊杆间距：设计荷载：汽--10吊杆构造见大图图2.6.2吊杆承受受的荷载内内力桥道恒载：(半半桥)抗风索恒重：最大吊杆自重估估计：一根吊杆承受恒恒重为：由于桥窄(如图图1-2)，不能偏偏载布置只只能对称布布置，横向向分布系数数对任一吊杆，最最不利位置置为汽-10车轮作用用于一吊杆杆处(见图2-111)400400350350图2-11荷荷载布置图图吊杆承受恒、活活载内力2.6.3吊杆及连连接件设计计吊杆由上、下两两段组成，上上段由一根根轧制圆钢钢通过上连连接块连接接，下段由由两根轧制制圆钢与横横梁连接，以以便在安装装和使用过过程中适当当调节吊杆杆长度。下吊杆设计选用的下吊杆、螺螺纹深度，以以螺杆最小小净截面验验算实际应应力上吊杆设计选用48上吊杆杆，螺纹深深度连接块验算上连接块验算钢下连接块最小截截面比上连连接块大，可可不验算。2.7索夹夹设计2.7.1索夹尺寸寸见大图32.7.2U形环强度度验算U行环采用45号号铸钢Ⅰ-Ⅰ截面拉应力验算算Ⅱ-Ⅱ截面剪应力验算算Ⅲ-Ⅲ截面剪应力2.7.3索夹夹净截面强强度验算Ⅰ-Ⅰ截面剪应力验算算Ⅱ-Ⅱ截面钢销对U形形环的挤压压应力容许挤压应力为为(查《公路路桥涵钢结结构及木结结构设计规规范》1.22.5)2.8桥塔塔计算2.8.1桥塔及基基础尺寸1.设计荷载汽-1102.地基：强风化黑黑云斜长片片麻岩3.风压500Paa4.材料桥塔用200号钢筋混凝凝土，基础础下半部用用20号混凝土5.构造见图2.8.2桥塔计算算2.8.2.11基本假定定1.桥塔本身为一框框架结构，塔塔脚当作嵌嵌固考虑，桥桥塔分别按按纵向(顺桥方向)及横向(垂直桥轴轴方向)两种情况况计算应力力2.风力只计算横向向引起的应应力3.温度变化使桥塔塔产生的应应力只计温温度降低的的影响，因因控制桥塔塔设计的外外力主要是是垂直力，而而温度降低低时产生的的垂直力最最大。4.混凝土收缩影响响。按照温温度降低考考虑。5．不计地震力2.8.2.22塔拄承受受的荷载计计算帽梁：每个柱上柱每个柱横梁每个柱下柱每个柱基础边跨支反力估计计200kkN每根塔塔柱重力式桥墩(以以南岸桥墩墩计算为例例)表2-8表2-8塔柱柱承受的垂垂直力及水水平力汇总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666.18280.462899.64570汽车活载516.15217.242244.41441.65人行活载87温度132.191366.52268.71索鞍重力3030塔顶力的总合1128.75511397..46Ⅰ-Ⅰ断面帽梁184.5184.5上柱331.2331.2横梁88.12588.125下柱331.2331.2汽车荷载5050人群15.1315.13风力13.313.3合计2167.200522435..915Ⅱ-Ⅱ断面墩身2229.5合计4346.700544665..415辊轴滚动产生的的摩阻力按按下式计算算式中：——塔顶顶处垂直力力———辊轴半径径对塔未计入温度度影响计入温度影响得2.8.2.33桥塔内力力计算桥塔分别按顺桥桥方向(纵向)及垂直桥桥面轴方向向(横向)二种情况况进行计算算桥塔纵向内力计计算不计地震荷载的的内力计算算桥塔的纵向作用用力为主索索，锚索传传来的垂直直力及索鞍鞍辊轴与支支座的水平平摩擦力。不不考虑塔柱柱平面的扭扭曲作用及及剪力引起起的应力，塔塔柱弯曲应应力由下式式计算式中：——分别别为作用塔塔顶的纵向向水平力和和竖向力y——塔塔柱顶的水水平位移量量c——索索鞍位移量量桥塔各断面的变变位计算由辊轴滚动摩擦擦力塔顶与计算断面面间的位移移以塔顶为为原点值可采用近似公公式计算(即将用级数数展开)式中：h——塔塔柱高度18.557mx——塔顶顶到计算断断面距离——塔顶水平位移桥塔18.577m塔顶水平位移采采用材料力力学的方法法计算表2-9应力力计算表塔顶作用力1128.755续表2-911.88计算断面至塔顶顶作用点距距离15.770.001777计算断面垂直力力(kN)2167.2005索鞍辊轴位移量量0.0258187.35边跨自重反力((kN)200支点到断面中心心距e(m)-0.6-120.000主桥活载反力65.13主桥支座偏心0.639.08桥制动力(kNN)150制动力距计算断断面距离dd(m)7.421114.5边跨支座摩擦力力f(kN)105F距各断面距离ee(m)8.04844.2塔顶荷载偏心0.02757731.12弯距组合Ⅰ①++②+③+④+⑥1252.055弯距组合Ⅱ①++②+③+④+⑤+⑥2096.255断面积1.8正应力1.2截面抵抗距0.9摩应力1.28续表2-9弯应力2.322.482.52-1.12-1.32桥塔横向内力计计算系数计算(1)帽梁(横横梁)a-b的截截面特征计计算(图2-122)图2-12aab梁截面=0.448m(2)cd梁截面面150150100图2-13ccd梁截面主力计算(1)横梁重力力计算上横梁a-b重重力下横梁c-d重重力ansys计算算结果如下下：PRINTFFORCELEMMENTSOLUUTIONNPERRELEEMENTT*****POSTT1ELLEMENNTNOODETTOTALLFORRCELLISTIING*******LOADSTEPP=0SUBBSTEPP=1TIMEE=2.00000LOAADCAASE=0THEFFOLLOOWINGGX,YY,ZFFORCEESARREINNGLOOBALCOORRDINAATESELEM==11FXXFYMZ1--6.93367--246..1516.009426.93367246..1531.4491ELEM==22FXXFYMZ2--16.8823--135..5259.3387316.8823135..5282.4433ELEM==33FXXFYMZ66.93367--246..15--16.00945--6.93367246..15--31.4491ELEM==44FXXFYMZ516.8823--135..52--59.33874--16.8823135..52--82.4433ELEM==55FXXFYMZ3--16.8823--135..52--82.4433416.8823--135..5282.4433ELEM==66FXXFYMZ29.88866--110..62--90.88795--9.88866--110..6290.8879(2)风荷载作作用下桥塔塔杆件内力力计算锚索外露高度77m锚索长度则锚索纵断面高度度为0.1117m(风力)主索风压力自上上部结构计计算约得00.1桥塔本身承受的的风力为简化计算：假假定风力分分别作用在在帽梁和横横梁承受本本身风力及及柱风力的的一半，横横梁承受上上下柱风力力一半和来来自桥上的的风力。帽梁本身风力横梁承受风力主桥面及人行道道迎风面高高迎风面积边跨(3)风力作用用时的内力力将作用于塔顶风风力移至帽帽梁a-bb节点处，并并附加一力力偶风力(主索及锚锚索承受的的风力距帽帽梁形心)则ansys计算算结果如下下：PRINTFFORCELEMMENTSOLUUTIONNPERRELEEMENTT*****POSTT1ELLEMENNTNOODETTOTALLFORRCELLISTIING*******LOADSTEPP=1SUBBSTEPP=1TIMEE=1.00000LOAADCAASE=0THEFFOLLOOWINGGX,YY,ZFFORCEESARREINNGLOOBALCOORRDINAATESELEM==11FXXFYMZ122.447232.0033--89.88282--22.4472--32.0033--64.3331ELEM==22FXXFYMZ23.799166.99971--9.811723--3.79916--6.99971--22.1146ELEM==33FXXFYMZ621.9948--32.0033--87.77775--21.994832.0033--62.7785ELEM==44FXXFYMZ53.82284--6.99971--10.77764--3.822846.99971--21.4497ELEM==55FXXFYMZ3--3.822846.9997119.778643.82284--6.9997121.4497ELEM==66FXXFYMZ2--18.111925.003574.1148518.1119--25.003573.5561(4)温度降低低及混凝土土收缩引起起的桥塔杆杆件内力的的计算最高温度最低温度合拢温度温度变化混凝凝土收缩按按相当于降降温考虑，其其计算温度度中横梁对塔柱脚脚相对变位位为，将中横梁两端固固定时，由由于相对位位移产生的的固端弯距距(2-77)代入(2-7)式ansys计算算结果如下下：PRINTFFORCELEMMENTSOLUUTIONNPERRELEEMENTT*****POSTT1ELLEMENNTNOODETTOTALLFORRCELLISTIING*******LOADSTEPP=1SUBBSTEPP=1TIMEE=1.00000LOAADCAASE=0THEFFOLLOOWINGGX,YY,ZFFORCEESARREINNGLOOBALCOORRDINAATESELEM==11FXXFYMZ143.5573-00.248895E--14--99.00992--43.557300.248895E--14--199..81ELEM==22FXXFYMZ220.6674-00.267766E--14--140..093--20.667400.267766E--14--34.1195ELEM==33FXXFYMZ6--43.557300.577786E--1499.0099543.5573-00.577786E--14199..81ELEM==44FXXFYMZ5--20.667400.195536E--14140..09420.6674-00.195536E--1434.1195ELEM==55FXXFYMZ320.6674-00.355527E--1434.11954--20.667400.355527E--14--34.1195ELEM==66FXXFYMZ222.88990.00000--117..105--22.88990.00000117..10三项总和anssys计算结果果如下：PRINTFFORCELEMMENTSOLUUTIONNPERRELEEMENTT*****PPOST11ELEEMENTTNODDETOOTALFORCCELIISTINNG******LOADSTTEP=1SSUBSTTEP=1TIME=1..00000LOOADCCASE==00THEFOLLLOWIINGXX,Y,ZZFORRCESAREINGGLOBAALCOOORDIINATEESELEM=1FXFFYMZZ159..109-2144.12-1722.832-59..1092144.12-2322.65ELEM=2FXFFYMZZ27.66422-1288.53-90..5153-7.664221288.5326..092ELEM=3FXFFYMZZ6-14..689-2788.18-4.77726514..6892788.181055.54ELEM=4FXFFYMZZ5-0.222166EE-01-1422.5269..92240.222166EE-011422.52-69..735ELEM=5FXFFYMZZ30.222166EE-01-1288.53-28..4524-0.222166EE-01-1422.5269..735ELEM=6FXFFYMZZ214..667-85..590-1333.835-14..667-1355.662811.542.8.2.44桥塔横梁梁设计(1)ab梁图2-14aab梁在截面上缘采用用下缘采用用(图2-144)上缘钢筋面积下缘钢筋面积顶横梁ab与柱柱相连处为为一危险截截面，危险险截面距柱柱中心距离离为60ccm上横梁的计算跨跨径为5990cm上横梁重力正弯弯距由表查杆端最大大弯距由图2-15得606060295295图图2-155横梁重力负弯距距按极限状态进行行强度检算算荷载组合按容许应力法进进行验算(2)cd梁在截面上缘配筋筋采用下缘缘用上缘钢钢筋面积下缘钢筋截面积积塔柱与横梁cdd的连接处处应力验算算断面处恒载弯距距查表荷载组合按极限状态法进进行强度验验算按容许应力法验验算符合要求2.8.2.44桥塔塔柱柱设计断面尺寸及钢筋筋布置已在在塔柱纵向向计算中确确定根据容许应力计计算结果，柱柱边缘出现现拉应力，属属大偏心构构件，现沿沿柱周边配配受力钢筋筋如图2--16所示立面截面1212Φ2512015012Φ25图2-166塔拄截面面布置按单筋计算安全2.8.3桥塔基底底应力验算算基底应力检算：：安全2.9锚碇碇计算锚碇的拉杆按六六边形均匀匀分布于20001500cm的范围内内，其锚碇碇板为板长长6.4m宽3m厚1.5m的钢筋混混凝土板，混混凝土标号号为20号，支承承于全风化化斜长片麻麻岩。计算数据主索最大拉力荷载组合：承托板采用200号混凝土土，尺寸为为钢筋采用用承托板两端支承承于岩石上上，承压应应力支承岩石抗剪力力取承托板的计算承托板计算按等等厚度简支支板计算跨径内力计算处的弯距正截面设计跨中截面主筋采用层钢筋筋受拉钢筋净保护护层取5ccm中性轴位置按《桥桥规》式44.1.66-2计算单筋截面安全全受压区高度符合合条件处截面主钢筋采用两层层钢筋安全受压区高度符合合条件斜截面抗剪强度度验算箍筋采用，间