悬索桥设计计算书

哈尔滨工业大学毕业设计(论文)自锚式悬索桥作为一种特殊悬索桥桥型，在沉寂了多年之后，现在又重新引起工程界的兴趣。它保留了传统的悬索桥桥型，以其优美的外形受到工程师们的青睐。但此种桥型结构复杂，国内外对其研究的资料和成果也很少。本文主要是对一座中等跨度的正在施工中的混凝土自锚式悬索桥—抚顺万新桥进行设计和计算分析。1.理想索力的计算。悬索桥一般要求恒载作用下索力均匀，这样弯矩和剪力就分布均匀。此桥主塔采用滑动索鞍以及有一定的预偏量，所以桥塔在恒载作用下不受弯，调索时只需控制主梁的弯矩。使主梁弯矩尽量上下均匀，可得吊索的理想索力。2.主梁的计算。自锚式悬索桥是将主缆直接锚固于加劲梁的两端，所以求得的主梁的轴力很大，主梁的纵向只需配置普通钢筋。3.桥面板的计算。桥面板为双向板，按双向板求内力配筋。关键词混凝土，自锚式，悬索桥，设计哈尔滨工业大学毕业设计(论文)Asaparticularkindofsuspensionbridge,self-anchoredsuspensionbridgehasmadeanappearanceinfieldofengineeringafteryears'dreariness.Preservingshapeoftraditionalsuspensionbridge,itcausestheengineer'sfavorbyitselegantfigure.Howener,duetocomplexityofitsstructure,therearelittleresearchdataorachievementathomeandabroad.Thispaperhasputemphasisondesignandcomputationalanalysistoamiddle-spanconcreteself-anchoredsuspensionbridgeinconstruction—FuShunWanXinBridgearedone.1.Calculationofthereasonalforceofcable.Thesuspensionbridgeiscommonlyrequiredtheforceofcableareuniformitywhenthedeadloadactedonthebridge.Thentheshearandbendingmomentwilldistributeuniformly.Thetowerofthisbridgeadoptsaslipingsaddleandtherearesomedeclinations.Thereforethebridgetowerdoesn'thasbendingmomentwhenthedeadloadactedonthebridge.Whenweadjusttheforceofthecable,wejustneedcontrolthebendingmomentofthegirder.Ifthedistributionofthegirderbendingmomentisuniformly,theforceofthecableisthereasonalforceofcable.2.Calculationofgirder.self-anchoredsuspensionbridge,thecableanchoredatthetwoendsofthegirderdirectly,sotheaxial-forceofthegirderisverygreatThereforethegirderonlyneedordinaryreinforcingbar.3.Calculationofdeckslab.Thedeckslabistwo-wayslab,woneedcalculatethedeckslabaccordingtothetwo-wayslab.Keywordsconcrete,self-anchored,suspensionbridge,design哈尔滨工业大学毕业设计(论文)摘要 IAbstract I 11.1课题背景 11.1.1自锚式悬索桥的发展概况 11.1.2自锚式悬索桥的特点 21.1.3设计的主要内容 3第2章总体设计和构造形式的选择 42.1大桥概况 42.2总体设计及构造形式的选择 42.2.1结构体系 42.2.2构造形式 42.3主桥施工方法 5第3章理想索力的计算 63.1恒载集度计算 63.2吊索的理想索力计算 63.3索力调整的分析 73.3.1静载作用下索力调整的分析 73.3.2考虑活载作用索力调整的分析 9第4章主梁内力计算 4.1恒载内力计算 4.2活载内力计算 4.2.1横向分布系数计算 4.2.2活载内力计算 4.3温度内力计算 4.4收缩、徐变 4.5荷载组合画内力包络图 第5章主梁配筋计算 5.1本章小结 哈尔滨工业大学毕业设计(论文)5.2截面配筋 5.3截面验算 5.3.1垂直于弯矩作用平面内的截面复核 5.3.2弯矩作用平面内的截面复核 5.4应力验算 5.5挠度验算 第6章横梁及桥面板计算 6.1横梁计算 6.1.1预应力损失计算 6.1.2应力验算 6.1.3截面强度验算 6.2桥面板计算 参考文献 哈尔滨工业大学毕业设计(论文)1第1章绪论自锚式悬索桥不同于一般的悬索桥，它不需要庞大的锚碇，而是把主缆直接锚固到桥面板或加劲梁的两端，由它们来承担主缆中的水平力。因此，端部支撑只需承担拉索的竖向分力，这给不方便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决方法。过去建造的自锚式悬索桥加劲梁大多采用钢结构。2002年7月在大连建成了世界上第一座钢筋混凝土材料的自锚式悬索桥—金石滩金湾桥，为该类桥型的研究提供了宝贵的经验。世纪后半叶，奥地利工程师约瑟夫·朗金和美国工程师查理斯·本德分别独立构思出自锚式悬索桥的造型。本德于1867年申请了专利，朗金于1870年在波兰建造了一座小型的铁路自锚式悬索桥。20世纪初期自锚式悬索桥在德国兴起。1915年，德国在科隆的莱茵河上建造了第一座大型自锚式悬索桥——科隆—迪兹桥，主跨185m。世界各国的工程师都认为该桥是一种创新，在它建成的15年里影响了其它桥梁的设计。于1929年在德国建成的科隆—米尔海姆桥，主跨315m,是当时欧洲跨径最大的悬索桥。此桥虽于1945年被毁，但它至今仍然保持着自锚式悬索桥的跨径记录。在20世纪30年代，工程师们认为自锚式悬索桥加劲梁中的轴力将使该种桥梁的受力性能接近于弹性理论，所以这段期间美国和德国修建了许多座自锚式悬索桥。1.1.1.3现代自锚式悬索桥1990年修建的日本此花大桥，又名大阪北港桥，是自1954年以来修建的第一座大型自锚式公路悬索桥，跨径300m。韩国永宗大桥是世界上第一座双层行车的公铁两用自锚式悬索桥，其结构造型和尺寸都与此花大桥很相似。此外，还有美国旧金山—奥克兰海湾新桥、韩国Sorok桥、爱沙尼亚Muhu岛桥等都是自锚式悬索桥。自锚式悬索桥在我国修建较少，而且这种桥型在国内的发展也较落后于国外。2002年在大连建成了世界上第一座加劲梁采用钢筋混凝土材料的哈尔滨工业大学毕业设计(论文)自锚式悬索桥，使这种桥型在我国也得到发展。至目前为止，国内外自锚式悬索桥已修建了20余座。自锚式悬索桥的主缆直接锚固在加劲梁的两端，所以它有其自身的特1.不需要修建大体积的锚碇，可以在地质条件差的地方修建。2.因受地形限制小，可结合地形灵活布置，既可做成双塔三跨的悬索桥，也可做成单塔双跨的悬索桥。3.保留了传统悬索桥的外形，桥梁外形美观。4.采用混凝土加劲梁的自锚式悬索桥：1).钢筋混凝土加劲梁由于承受主缆传递的压力，刚度会提高，可节省大量预应力构造及锚具，同时也克服了钢在较大轴向力下容易压屈2).克服了以往自锚式悬索桥用钢量大，建造和后期维护费用高的缺点，能取得很好的经济效益和社会效益。3).采用钢筋混凝土材料造价低，结构合理，桥梁外形美观，所以不仅局限于在地基很差、锚碇修建困难的地区修建。自锚式悬索桥是一种在中小跨径上很有竞争力的方案。1.由于主缆直接锚固于加劲梁上，梁承受了很大的轴向力，为此需加大梁的截面，对于钢结构的加劲梁会明显增加造价，对于混凝土梁则增加了主梁自重，从而增加了主缆用钢量，所以这种桥型的跨径是受限的。2.施工步骤受到限制，主缆锚固于主梁上，所以必须在主梁、主塔做好之后再吊装主缆，安装吊索，因此需要搭建大量临时支架以安装主梁。所以自锚式悬索桥若跨径增大，其额外的施工费用就会增3.锚固区局部受力复杂。哈尔滨工业大学毕业设计(论文)1.1.3设计的主要内容了解自锚式悬索桥的结构形式及结构特点；掌握这类桥梁的结构计算方法，包括静载索力计算、主梁内力计算、温度梯度计算、配筋计算等；熟练运用各种程序进行桥梁设计计算，熟悉计算机绘图，提高桥梁设计的能索力调整模型，利用程序求得结构在静载作用下的索力。在恒载、活载、温度作用下的内力，再进行内力组合，画出主梁的内力包络1.1.3.3主梁配筋计算由于主梁承受很大的轴向力，相当于提供了免费的预应力，只需配普通钢筋。按偏心受压构件进行主梁配筋计算并验算。绘制桥型布置图、结构图、配筋图。哈尔滨工业大学毕业设计(论文)4第2章总体设计和构造形式的选择2.1大桥概况万新大桥位于抚顺市区东部，跨越浑河，道路等级为城市主干道，机动车道为双向6车道，横断面布置形式为：2.5m人行道+3.5m非机动车道+2.5m索区+24m机动车道+2.5m索区+3.5m非机动车道+2.5m人行道=41m。万新大桥全长476.15m,跨径布置为(35+18+15+70+160+70+15+16+24+其中主桥为自锚式钢筋混凝土悬索桥，长度330m,跨径为南岸引桥为(35+18)m两跨预应力混凝土箱梁，北岸引桥为16m跨径预应力混凝土简支空心板和(24+29.15+24)m三跨预应力混凝土箱梁。2.2总体设计及构造形式的选择主桥为双索面自锚式混凝土悬索桥，主跨160m,边跨70m,边主跨之比1:2.29。锚固跨15m,全长15+70+160+70+15=330m。主梁为单箱五室箱梁，主缆中心距26.5m。图2—1主桥平面图主梁采用钢筋混凝土箱梁，箱梁标准端面为单箱五室，梁宽41m,梁哈尔滨工业大学毕业设计(论文)52.12中心高度2.5m,设双向1.5%横坡。箱梁顶板厚20cm,底板厚18m,边腹板厚50cm,中间腹板厚40cm。箱梁内每5m设一道横梁，横梁中间厚度40cm,端部加厚为95cm,横梁内配置54根φ15.24mm钢绞线预应力束，分两束布41412,52.882.52,5人行道图2—2主梁横断面图索塔上设置装饰性避雷针，使门式塔形成富于变化且高而挺拔的H型刚性桥塔。主塔采用矩形截面，尺寸2.5m*3.5m。上横梁采用由两条曲线组成的变截面梁。塔柱为实体截面，上下横梁为箱形截面。基础采用扩大基础。边墩采用钢筋混凝土双圆柱墩，直径2.0m。基础采用扩大基础。主缆与主梁的夹角为8度，失跨比采用1:6。主缆直径54.3cm,由85根φ54mm镀锌钢丝绳组成，钢丝标准强度为1960Mpa,主缆由单根连续的钢丝绳绕过全图2—3主塔部索鞍形成。吊杆沿顺桥向间距5m,吊杆采用121*φ7.1mm镀锌高度平行钢丝，强度为1670Mpa。首先施工主塔及边墩扩大基础，爬模施工塔柱和边墩，同时施工临时墩，安装贝雷桁架，立模浇筑锚固跨。安装塔顶索鞍和梁上索鞍，架设主缆，同时在支架上施工主跨和边跨主梁。主缆和主梁完成后，张拉主梁内横向预应力筋，安装索夹、并张拉吊杆使主梁脱模，张拉吊杆过程中需顶推塔顶索鞍。引桥主梁同步施工完毕后，进行全桥桥面铺装、护栏、伸缩缝等施哈尔滨工业大学毕业设计(论文)第3章理想索力的计算在CAD中求得主梁面积、惯性矩，由面积及容重可求得一期、二期恒载集度。计算列于表3-1:表3-1恒载集度计算表面积(m²)容重(KN/m³)集度(KN/m)主梁417.352桥面铺装2.64(混凝土垫层)1.44(沥青层)索区6.057*0.95*57*2/300横梁8.4096*0.4*5*61/30088.91758.0496*0.55*61/600斜承5.298*0.95*61*2/30021.545侧立板0.6554*0.95*61*2/300人盖板人行道0.23*2非机道0.21*2栏杆 总荷载集度q=795.7154KN/m。悬索桥的理想索力的计算和斜拉桥类似，主要采用不可压缩或拉伸的结构了计算静载内力。最方便直观的方法就是将主缆和吊索切断，用力代替。具体计算方法如下：忽略主缆对主梁的轴向作用，只取主梁为计算构件，原吊杆作用位置用一个竖向支撑代替，静力计算后，原吊索处的支反力就接近于理想索力。计算模型如图3-1所示，用struct程序进行计算，可求得原吊索处的各支撑的支反力，所得支反力就接近于理想索力，见表3-2。哈尔滨工业大学毕业设计(论文)7Xr图3—1索力计算模型表3-2原吊索处支反力吊索编号索力(KN)吊索编号索力(KN)吊索编号索力(KN)34511.6053978.45153835.7523978.5683979.04574016.8473978.5793976.83293968.3223978.5763985.0913981.3273978.5773954.2653977.8323978.5774036.7263978.8083978.5774036.7263978.3993978.5773954.2653979.0593978.5773985.0923976.8283978.5773976.8283985.0923978.5773979.0593954.2653978.5773978.3994036.7263978.5773978.8084036.7263978.5773977.8323954.2653978.5773981.3273985.0913978.5763968.3223976.8323978.5794016.8473979.0453978.5683835.7523978.4514511.6053.3.1静载作用下索力调整的分析由于主塔采用滑动索鞍以及有一定的预偏量，可以使桥塔在恒载作用下不受弯，调索时只需控制主梁的弯矩。使主梁弯矩尽量上下均匀。哈尔滨工业大学毕业设计(论文)将得到的初始索力读入struct程序，建模时忽略吊杆单元，模型见图3—2,将初始吊索力按节点荷载加在原吊索两端。经过计算可得到主梁、主缆等的内力，而实际的吊索力就是读入的初始索力。调整时根据主梁的弯矩图来调整读入的初始索力值，直到主梁的内力满足要求为止。图3—2索力调整模型将表3-2中的初始索力读入struct程序，可得主梁内力图，见图3一3所示。Q(剪力图)092344图3—3主梁恒载内力图哈尔滨工业大学毕业设计(论文)9由于主梁在恒载及读入的初始索力作用下的内力图较均匀，则认为读入的表3-2中的初始索力即为吊索在恒载作用下的理想索力。3.3.2考虑活载作用索力调整的分析考虑恒载和活载叠加后的效果，可以用恒载的应力抵消一部分活载产生的应力。即使主梁在恒载作用下的跨中弯矩为负而支点处的弯矩为正，反复调整读入的索力值，直到主梁内力满足要求为止。调整后吊索的理想索力见表3-3:表3-3吊索的理想索力(考虑活载作用)吊索编号索力(KN)吊索编号索力(KN)吊索编号索力(KN)34511.6053978.45153835.7523978.5683979.04574016.8473978.5793976.83293968.3223978.5763985.0913981.3273978.5773954.2653977.8323978.5774036.7263978.8083978.5774036.7263978.3993978.5773954.2653979.0593978.5773985.0923976.8283978.5773976.8283985.0923978.5773979.0593954.2653978.5773978.3994036.7263978.5773978.8084036.7263978.5773977.8323954.2653978.5773981.3273985.0913978.5763968.3223976.8323978.5794016.8473979.0453978.5683835.7523978.4514511.605调整后主梁的内力见图3-4。这时主梁的弯矩不均匀，吊索力也比不考虑活载的情况稍大一些。但叠加活载后产生的应力可抵消一部分活载产生的不利应力，从而使结构的总体受力更合理。哈尔滨工业大学毕业设计(论文)-2051729642919-368529642919Q(剪力图)N(轴力图)图3—4主梁恒载内力图哈尔滨工业大学毕业设计(论文)第4章主梁内力计算用ansys程序建立成桥模型并进行计算。模型共210个节点，265个单元，主梁、主塔单元类型为beam3,主缆和吊索单元类型为link10。主缆吊索的初应变由主缆内力及吊索的理想索力反求得到。主缆线型为二次抛物线。模型如图4-1所示。在调整模型的过程中发现，主缆线型对吊索内力的影响非常大，反复调整主缆线型，使恒载作用的下吊索内力接近与理想索力，于是可得主缆线由程序计算可得主梁的恒载内力，弯矩值列于表4-1,剪力值列于表4-2,内力图见图4-2。节点号弯矩节点号弯矩节点号弯矩14305344.742383616.921-1916232.73120201.93-4230362.4-508190.167036547.624-3400359.8-4097743.95955297.15-7567953.4-2571607.39969905.726-6294142.8-60430678986918.1哈尔滨工业大学毕业设计(论文)7-10017929-4395035.38-8303412.7-7744599.99-11586493-5971356-9434888.8-9195708.4-12280881-7294428-9696306.4-10390744-12109328-8359104.6-9096396.1-11325062-11081060-9161249.3-7644859.7-11995033-9206255.4-9697748.56450981.07-5352342.7-12398060-6496026.2-9966520.1-2230410.9-12532577-2962384.1-2962391.8-9966521.4-2230399.5-12398062-6496011.2-9697752.4-53523256450988.11-11995039-9206235.16522633.05-9161255.8-7644837.5-11325069-11081036-8359113.6-9096371.3-10390754-12109303-7294439.7-9696280.7-9195721.3-12280855-5971370.3-9434864-7744615.5-11586469-4395052.2-8303390.5-6043085.1-100179088986951.51-2571626.7-62941259969937.88-4097764.6-7567938.2-508212.16-3400348●)(】7036577.26-1916256-42303543120230.27383621.1424305371.85492891.338492917.171哈尔滨工业大学毕业设计(论文)表4—2主梁恒载剪力节点号剪力节点号剪力节点号剪力1-1152966481830-5254622846072.5-1562736-25660583-1331520436302.2-5670194667518.2-1609974-26053635-1509043-6063246489995-1658732-26422457-1685326-6432068-1708817-26765399-1860161290221.7-677500-1760031-2708081-2033349239007.1-709042-34310.5-1812175-661037-2204692-205654-1865044-814432-2373999-374961-1918433-254108480605.28-542046-1972135-270576526903.37-706727-2025941-2867866-26902.9-868828-2079643-1456994-3027216-80604.8-1028177-2133032-1624078-3183648-1184609-2185902-1793385-3337002-186863205653.3-1337963-2238045-1964728-1290037-239007-2289260-2137916-1321538-290221-138877677500.6-2339345-2312751-1355832-340306-313712643206.9-2388103-2489032哈尔滨工业大学毕业设计(论文)-1392714-389064-489994606324.7-2435340-2666555-1432019-436302-667517567019.5-2480868-2845109-1473576-481829-846071525462.6-2524501-1517209 一主梁在恒载作用下各截面的轴力相等，N=-99059340.3NM(弯矩图)Q(剪力图)99059340.3单位：N图4—2主梁恒载内力图哈尔滨工业大学毕业设计(论文)4.2活载内力计算本设计中荷载等级为城市A级荷载，人群荷载3.5KN/m²,非机动车荷载4.0KN/m²。城A荷载，跨径20m≤L≤150m时，计算弯矩时按均布力q=10.0KN/m,集中力P=300KN计算，计算剪力、轴力时按均布力q=15.0KN/m,集中力P=300KN计算。本设计主跨跨径L=160m,也按此规定取值。用ansys程序求得桥梁支点、L/8、L/4、3L/8、L/2等截面的纵向影响线，再加载可求得这些截面在各活载作用下的最不利内力，列于表4-表4-3汽车荷载作用下主梁内力最大轴力-0.00627-257109.578-0.00627247364.156最大剪力-0.00582252537.077最小剪力-000447-476845.796-0.00315最小弯矩-0.01029-22672.6006弯矩剪力轴力最大轴力-209858.492最小轴力2827047.8213285.862最大剪力-1280831.728223344.185最小剪力2736220.637-396206.8882834893.737-105033607弯矩剪力轴力最大轴力2827777.68-145223.2664-2754902.04最大剪力2581025.14207204.319最小剪力4661761.51-297027.5975369614.078437.3442最小弯矩-2870509.02弯矩剪力轴力最大轴力3633101.75-95507.5027最小轴力-3458482.2877319.21443124691.9217878.7147哈尔滨工业大学毕业设计(论文)-16.5268310.27-229039.152843080.65666361400.4593953.180944115.6025-3651988.2890556.37-748280.429弯矩剪力轴力4321134.52-30953.834455039.9825-3910087.439211.3868-790948.5294063706.537266325.5946-208170.3864196076.75-162668.5042-238713.636523273.72205239.6636-4256020.4329468.0708-730576.829弯矩剪力轴力最大轴力4548454.255039.9825-3883317.9-24845.2655-790948.5293965278.882322697.0543070961.306-127345.01535834760.92285767.1211-4397594.73-710494.269弯矩剪力轴力3722224.74380925.739最小轴力-3402189.37-92894.57772874709.928404655.939-1800764.42-111955.1428390289.605-4239813-4974.9291弯矩剪力轴力最大轴力430409.9253最小轴力-2708126.06-161069.2132469611.0123-625758.13-169856.939-745708.9962071360.988394172.2263-21541.852-3930251.57-36193.2444-592689.245中跨支点弯矩剪力轴力-2709452.94-60561.887955039.9825最小轴力-1292921.28-69116.06-790948.529689147.508-565598.614最小剪力-2683303.13-518811.498-183177.7527哈尔滨工业大学毕业设计(论文)919034.84-4478499.57-379252.58弯矩剪力轴力最大轴力-1786286.519-47872.4067最小轴力-517987.441-92102.71182678893.935-376951.7362793622.682-21437.6028-2627056.81-46594.3447弯矩剪力轴力最大轴力-1064515.913-34949.4283最小轴力893903.09-114856.23464760430.3693443054.0G-295702.3475752647.9485560.4664-2047440.31-47423.9524弯矩剪力轴力-547407.1-21867.52252最小轴力2939485.7-137450.84815192478.2230503.98053766238.838-277086.5275943873.62-1177749.284-76866.1712弯矩剪力轴力最大轴力-231486.775最小轴力5622233.55最大剪力4712278.585256745.3315-266446.0346163352.36-324837.238-10721.93988表4-4人群荷载作用下主梁内力边跨支点最大轴力-44244.4596最小轴力最大剪力-1.79E-07-44244.1207-2.24E-07-2.39E-07-5301.54221弯矩剪力轴力304762.9-33416.2368-27916.81133780.4903-233342.45334672.1798258939.542-34307.9262304762.9-33416.2368-27916.81133780.4903弯矩剪力轴力最大轴力583143.015-18759.7867-565346.4423455.6351-392861.36927619.0136410657.944-22923.1651583144.756-18759.9473-565348.18123455.7957弯矩剪力轴力695950.336-7603.33383最小轴力-715451.519-436897.65621312.624最小剪力417396.473-15785.1754695950.336-7603.33383最小弯矩-715451.519弯矩剪力轴力最大轴力717842.5767053.11358最小轴力-820947.1782805.92454-143005.93921306.497539901.3363-11447.4594717842.5767053.11358-820947.1782805.92454弯矩剪力轴力637873.636最小轴力-829085.569-2356.50468-16437.091126497.9824最小剪力-174774.843-10973.15637881.622-829093.556-2356.16568弯矩剪力轴力最大轴力403278.01332537.7863最小轴力-753896.247-12681.360835889.5205-367848.504-16033.095403289.74632537.376-753907.98-12680.9504弯矩剪力轴力最大轴力43694.2314最小轴力-632973.902-23006.2211-76198.445644922.3463-425421.964-24234.33627319.9631-650487.66-6631.95275中跨支点弯矩剪力轴力-359729.948-7394.71907最小轴力-377099.553-26074.019477075.2143-813904.716-52785.9251-870065.867-48944.1144弯矩剪力轴力最大轴力-226147.888-5486.41397最小轴力62301.3493-19796.8185最大剪力-8043.38467-155803.154-35570.7828321211.677-20247.318-485058.216-5035.91449弯矩剪力轴力最大轴力-130732.073-3578.0963376158.982-13519.6644最大剪力287679.026-42252.1172-28851.7521634955.174-7839.65598-389528.265-9258.10469弯矩剪力轴力-73482.635-1669.77333最小轴力564473.507-7242.50496425670.03920545.872165320.8333-29458.1504688658.4372227.93005-197667.564-11140.2084弯矩剪力轴力最大轴力-54399.459238.537721最小轴力627245.043-965.357463最大剪力308760.80426369.1881264084.78-27096.0079694636.624-628.764512最小弯矩-61791.0402-98.1552275表4-5非机动车荷载作用下主梁内力边跨支点最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩弯矩剪力轴力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最小弯矩弯矩剪力轴力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力666451.149-21439.9-646112.2126806.62弯矩剪力轴力最大轴力795371.806-8689.52最小轴力-817658.89-499311.6124357.28477024.534-18040.2795371.806-8689.52-817658.89弯矩剪力轴力最大轴力820391.518060.701最小轴力-938225.353206.771-163435.3624350.2845601.522-13082.8820391.518060.701-938225.353206.771弯矩剪力轴力728998.44120435.81最小轴力-947526.37-2693.15-18785.24730283.41-199742.68-12540.7729007.56820435.43-947535.49-2692.76弯矩剪力轴力最大轴力460889.15837186.04最小轴力-861595.71-14493最大剪力41016.59-420398.29-18323.5460902.56837185.57-861609.12-14492.5弯矩剪力轴力49936.27最小轴力-723398.75-26292.8最大剪力-87083.93851339.83-486196.53-27696.431222.82-743414.47-7579.37中跨支点弯矩剪力轴力-411119.95-8451.11最小轴力-430970.93-29798.988085.952322076.78-930176.83-60326.8-994361-55936.1弯矩剪力轴力最大轴力-258454.73-6270.19最小轴力71201.5424-22624.9最大剪力-9192.4393-178060.75-40652.3367099.059-23139.8-554352.25-5755.33弯矩剪力轴力-149408.08-4089.25429895.979-15451最大剪力328776.029-48288.134-32973.4725663.056-8959.61-445175.16-10580.7弯矩剪力轴力最大轴力-83980.148-1908.31645112.587-8277.15最大剪力486480.051最小剪力74652.3875-33666.5787038.222546.205-225905.78-12731.7弯矩剪力轴力-62170.806272.6148最小轴力716851.482-1103.27352869.4943036.215最小剪力301811.182-30966.9795299.003-718.588-70618.327-112.063哈尔滨工业大学毕业设计(论文)4.2.1横向分布系数计算万新大桥机动车道为双向六车道，城A荷载当车道数等于或大于4条时，剪力提高25%。六车道的车道折减系数ξ=0.55。冲击系数μ=20/ (80+L),L=160m时，μ=0.1。用横向框架法求主梁的横向分布系数，取横断面建立模型如图4-3,由struct程序可求得主梁横向影响线，在影响线上布置车辆荷载、人群荷载和非机动车荷载，便可求得荷载横向分布系数。如图4—4所示。L2.3456.7.8.9.1011121341516.17.18.19.221.22i9303132336…图4—3横向分布系数计算模型mg=1/2(y1+…yi+……yn)m=1.02图4—4一肋L/8截面的横向影响线按上述方法求得横向分布系数汇于表4-6:表4-6横向分布系数表人m。边跨支点1肋2肋003肋00边跨L/81肋2肋003肋00边跨L/41肋哈尔滨工业大学毕业设计(论文)3肋001肋03肋边跨5L/83肋001肋00边跨7L/8003肋00中跨支点00002肋001肋考虑横向分布的影响，是把箱梁分割为几条肋，求各个肋的内力，再哈尔滨工业大学毕业设计(论文)—25—进行配筋计算。以此来考虑偏压和扭转。-4(表4-5)中的内力值分别乘以表4-6表4-7第一肋的汽车荷载内力值边跨支点最大轴力-0.00375542-192494.7332966.21549最小轴力-0.00375542-473738.621-0.00348589-460958.933-000267731-357008.4920792.35285-0.00188669-38632.275-0.0061632-16974.693-288211.852弯矩剪力轴力848585.7109-161879.5933965.19171最小轴力-488094.337-790401.259-470866.741最小剪力-305624.0922765.5025-81019.86422370.92561-871361.002-368953.294弯矩剪力轴力最大轴力-121356.7336795.62436最小轴力-1841720.89-528768.865-338676.9333116504.113-248212.9726936.434123589721.2467050.7194126883.99904-1919007.04-505487.576哈尔滨工业大学毕业设计(论文)弯矩剪力轴力2483770.011-81617.1337628.08404-2364391.4166074.1012-540731.962最大剪力2136195.617-342774.2643601680.316-195728.2729452.090884348971.41880288.865230159.63165-2496681.7977386.0779-511561.915弯矩剪力轴力2993357.91-26803.11938127.57188最小轴力-2708615.317976.1974-547909.82最大剪力2815031.111230612.997-144204.831最小剪力2906727.267-140855.67-165362.8994518834.788-2948251.7525516.5867-506088.834弯矩剪力轴力最大轴力3123309.78837794.57998-2666577.32-21325.778-543124.5812722857.876276984.999-72957.9484最小剪力2108752.355-109305.84006584.455245286.422-3019718.36-487878.652边跨3L/4弯矩剪力轴力最大轴力2420841.915309680.72235796.62862最小轴力-2212698.91-75520.389-514413.15328972.633-13943.8377最小剪力-1171172.16-91016.032-450956.0212587020.701317293.25235638.67191-2757468.38-4044.4619-346344.848弯矩剪力轴力最大轴力693719.4713330379.96933798.67725-1662992.51-123635.72-485701.718最大剪力877093.2361360470.478-384262.424-130381.12-457921.252302564.137-13228.3128-2413469.23-27781.708-363955.648中跨支点弯矩剪力轴力哈尔滨工业大学毕业设计(论文)-1606434.65-44883.92932633.20562-766573.027-51223.64-468953.383408595.5575-335343.418最小剪力-1590930.43-384504.17-108606.09544895.756699090.2017-240287.746-2655302.4-281073.57-235859.535弯矩剪力轴力最大轴力-1177966.64-39461.82336296.11646-341586.818-75921.417-521591.007最大剪力90201.3173-214592.988最小剪力-310726.03-212144.781-17671.284-111534.271-1732412.61-38408.301-243952.926弯矩剪力轴力-795379.677-32641.67441124.49892667902.0413-107272.13-590976.967最大剪力3556874.561-214303.7072572563.917-276176.75-413469.8424298234.72579910.8019-1529796.21-44292.49-356661.264弯矩剪力轴力最大轴力-415632.526-20754.32941790.482712231878.005-130453.74-600547.4443942518.885218769.8872859610.994-262981.094513034.643-894235.588-72953.203弯矩剪力轴力最大轴力-176462.36941956.97866最小轴力4285828.635-602940.0643592169.965244646.208-399364.461最小剪力853544.7212-253889.76-388463.3924698323.504-555320.573-247623.427-10216.668-11793.8965哈尔滨工业大学毕业设计(论文)桥梁的合拢温度为+5—10度，整体升温20度，整体降温40度，箱内外正温差10度，负温差5度，索梁温差15度。用ansys程序计算出这五种温度场作用下的主梁内力，列于下表：表4-8温度内力温升-6.70E-08-4131.9-351384-34221.4-351384674322.7083-64400.5-351384-94579.6-3513842254017.4-124759-3513843227430.927-139848-3513844776807.865-170027-351384边跨7L/86127459.728-200206-351384中跨支点8204970.35-3513845202880.112-3513843058529.57880413.14-35138437526.14-351384-5360.88-351384温降-4.479E-07-113220.2372096849.8624038.62-23174.9582096849.8-44664.94-1671758.8337006.29-5492048.2517096.912096849.8-9595388.3607142.2072096849.8-16567263787232.8232096849.8-22921736967323.432096849.8中跨支点-33045197-846975.872096849.8-17744981-628401.882096849.8-6816252.6-409827.312096849.8-259015.94-191252.7327321.822096849.8哈尔滨工业大学毕业设计(论文)由于收缩、徐变的影响因客观因素的复杂，要精确分析是十分困难的，在此收缩、徐变按降温35度记，得收缩、徐变内力为：表4-9收缩、徐变内力收缩、徐变边跨支点-7.484E-08-112915.12417496802041.96-94986.54417496-59129.368417496-23272.194174962069527.8941749630513.56141749666370.732417496边跨7L/8858474.2417496-253447.7-799.81417496-238999.57-593.41417496-228679.43-387.01417496-222487.4-180.6417496-220423.4417496组合I:S₄=1.2*So+1.4*So₁S=0.9*S+1.4S。(同号)(异号)s。一恒载内力s。一人群，汽车，非机动车S=0.8*S₀+1.3*So₁+1.3*So₂(同号)(异号)哈尔滨工业大学毕业设计(论文)s。一恒载内力s。一人群，汽车，非机动车So₂一温度，收缩、徐变并且当汽车荷载效应占总荷载效应的5%及以上时，组合内力应提高5%;33%及以上时，提高3%;50%及以上时，不再提高。对各肋进行荷载组合：中查得各个控制截面的恒载内力，列于表4-10表4-10控制截面恒载内力节点号弯矩(N·m)剪力(N)轴力(N)1-1152966-990593474-3400359.8667518.18-990593478-8303412.6313712.93-99059347边跨3L/8-12280881-2033349-99059347-11081060-2374000-99059347-5352342.7-542045.8-99059347-868827.66522633.06-3183647中跨支点-1290037-1432019-4097743.9-1609974-1812175-99059347-12532577-2025941-99059347将表4-8,表4-9,表4-10中的温度内力，收缩、徐变内力和恒载内力平均分配给各个肋，再将分配后的力与各个肋的活载内力进行组合，把组合内力列于表4-11,表4-12,表4-13,并画出包络图见图4-5,图表4-11第一肋的组合内力一肋MmaxQmaxQminNmaxNmin边支-0.00258-0.00906-969785-12589290-21000046-2527218-507759-12589847-209887186714695-6598408425318-463648-12589629-209870178223130-840387-12589920-20980513哈尔滨工业大学毕业设计(论文)-9626073-857068-12589720-20982951-9675274-481222-12589604-20985554-9699317651779-581726-12590200-20979253-9974798467427-1160007-12590393-20979781中支-1.2E+07-1189714-12589871-20990842-7314048-966958-12590566-20972112-5648325-866783-12587838-21009140-438524-857505-12588075-21003849-3032063-881026-12588048-21003988-438524-857505-12588075-21003849-5648325-866783-12587838-21009140-7314048-966958-12590566-20972112边支-1.2E+07-1189714-12589871-20990842-9974798467427-1160007-12590393-20979781-9699317651779-581726-12590200-20979253-9675274-481222-12589604-20985554-9626073-857068-12589720-209829518223130-8626843-840387-12589920-209805136714695-6598408425318-463648-12589629-20987017-2527218-507759-12589847-20988718边支-0.00258-0.00906-969785-12589290-21000046哈尔滨工业大学毕业设计(论文)00-5000000-10000000-15000000-20000000-25000000250200图4—5第一肋的内力包络图表4-12第二肋的组合内力二肋MmaxMminQmaxQminNmaxNmin边支-0.00386-0.01359-1029327-12598854-20806720-2396311496473-540170-12601018-20773224-5223045-471884-12602156-20757120-7072005-853417-12600018-207939609300532-8178461-863637-12599828-20797497-8166841-481272-12600111-20792395-8204791658455-562686-12601691-20764996-8731346488410-1135993-12601451-20766524中支-1E+07-1236507-12598854-20806720-6421473-968210-12600848-20779582-4975445-837645-12599068-20811647-141170-824216-12598316-20824379-2937300-854346-12597764-20833091-141170-824216-12598316-20824379-4975445-837645-12599068-20811647-6421473-968210-12600848-20779582边支-1E+07-1236507-12598854-20806720-8731346488410-1135993-12601451-20766524-8204791658455-562686-12601691-20764996-8166841-481272-12600111-207923959300532-8178461-863637-12599828-20797497-7072005-853417-12600018-20793960-5223045-471884-12602156-20757120哈尔滨工业大学毕业设计(论文)边支00N(轴力图)单位：N图4-6第二肋的内力包络图表4-13第三肋的组合内力三肋MmaxMminNmaxNmin边支6010423-5088845-476315-12602101-20756475-6846853-855369-12601748-207621369233117-7969057-866662-12601079-20773150-7967380-483218-12601235-20769874-8225352671985-565178-12601018-20773224-8763803493258-1137747-12601018-20773224中支-1E+07-1223118-12599936-20789972-6370827-977148-12601018-20773224-4801346-831950-12597691-20832432-41758.3-812845-12601747-20764368-2898615-838229-12602091-20759175-41758.3-812845-12601747-20764368-4801346-831950-12597691-20832432-6370827-977148-12601018-20773224边支-1E+07-1223118-12599936-20789972-8763803493258-1137747-12601018-20773224-8225352671985-565178-12601018-20773224-7967380-483218-12601235-207698749233117-7969057-866662-12601079-20773150-6846853-855369-12601748-207621366010423-5088845-476315-12602101-20756475-2414251-546305-12600369-20783273边支-0.00376-0.01322-1008122-12600585-20779923哈尔滨工业大学毕业设计(论文)0N(轴力图)单位：N图4-6第三肋的内力包络图哈尔滨工业大学毕业设计(论文)第5章主梁配筋计算自锚式悬索桥，主缆锚固于加劲梁的两端，由主梁承担主缆的水平分力，这对于混凝土加劲梁而言相当于提供了“免费”的预应力，所以主梁纵向只需配普通钢筋。上一章已求得各肋的内力包络图，可根据各肋内力包络图进行配筋计算。各肋均为工字形截面，属偏心受压构件，且各肋均对应四种情况；Mmax-Nmax,Mmax-Nmin,MMmin—Nmin的情况进行设计配筋，再对四种情况进行验算，看是否满足要求。以第一肋为例，截面尺寸如图5-1。在弯矩作用平面内的计算长度1。=5.0m;垂直于弯矩作用平面内的计算长度1=300m。设计时采用60号混凝土，纵向钢筋采用Ⅲ级钢。解：已知R。=32.5MPa,E=3.6x10MPa单位：CmR=R=380MPa5=0.55,bj,h,b,h等值由图5-1图5—1可知，并列于表5-1中。表5-1各肋几何尺寸及几何性质aa’bi’bhi’Ah一肋二肋4三肋4哈尔滨工业大学毕业设计(论文)M,N,见表4-10至表4-12。长细比小偏心受压构件设计：取A=μbh₀=0.002bh₂,e=e₀-y,+a联立下列两式求受压区高度x,哈尔滨工业大学毕业设计(论文)—38—再由式列于表5—2:表5-2求各肋受压区钢筋面积一肋Mj(N·m)Nj(N)初判设eAg’边支-0.00258轴压———— 一大偏心-0.086714695大偏心-0.088223130-0.07-0.07大偏心-0.07大偏心-0.07大偏心-0.07中支大偏心-0.06大偏心-0.07大偏心-0.07大偏心-0.07大偏心-0.07二肋Mj(md)Nj初判eAg’边支-0.00386轴压———小偏心-0.02大偏心-0.07边3L/8大偏心-0.079300532大偏心-0.07边5L/8大偏心-0.07大偏心-0.06-0.06—39—哈尔滨工业大学毕业设计(论文)中支大偏心-0.06-0.06大偏心-0.07大偏心-0.06大偏心-0.07三肋Mj(md)NjeAg’边支-0.00376轴压—————小偏心-0.026010423大偏心-0.07大偏心-0.079233117大偏心-0.07大偏心-0.07-0.06大偏心-0.06中支点大偏心-0.06大偏心-0.06大偏心-0.07-0.07-0.07A。本设计中bh。=0.002*0.5*2.46=24.6cm²对于A。<0的情况取6根(大偏心)可求得受压区高度x,再由公式(大偏心)哈尔滨工业大学毕业设计(论文)表5-3各肋受拉区钢筋面积一肋X(m)Ag(m²)0.0027140.00271400.0027140.0027140.0890487-0.013920.0027140.0027140.1048177-0.009140.002714边跨3L/80.0027140.1121559-0.006920.0027140.0027140.1210496-0.004230.002714边跨5L/80.0027140.1270102-0.002420.0027140.0027140.1298586-0.001560.0027140.0027140.1303591-0.001410.002714中跨支点0.0027140.15129790.0049280.0027140.0027140.1300575-0.001510.00271400027140.1275369-0.002260.0027140.0027140.1332706-0.000520.0027140.0027140.1257091-0.002810.002714二肋取Ag’为XAg边跨支点0.0027140.00271400.0027140.0027145.9757235-0.9730920.0027140.0027140.0818792-0.0129110.0027140.0027140.0884692-0.0106490.0027140.0027140.0960334-0.0080610.0027140.0027140.1015566-0.0061720.0027140.0027140.1053996-0.0048630.0027140.0027140.1078743-0.0040150.002714中跨支点0.0027140.12493370.00182960.0027140.0027140.1056665-0.00476900027140.0027140.1011952-0.0062920.0027140.0027140.1061031-0.0046110.0027140.0027140.1033101-0.0055640.002714三肋取Ag’为XAg边跨支点0.0027140.00271400.002714哈尔滨工业大学毕业设计(论文)0.0027145.9747353-0.97310.0027140.0027140.0820002-0.012870.0027140.0027140.0879629-0.010830.0027140.0027140.0957513-0.008160.0027140.0027140.1013818-0.006240.0027140.0027140.1057468-0.004740.0027140.0027140.1079456-0.003990.002714中跨支点0.0027140.12485720.00180.0027140.0027140.105729-0.004750.0027140.0027140.1003127-0.006590.0027140.0027140.1048285-0.005060.0027140.0027140.0998996-0.006750.0027145.3截面验算5.3.1垂直于弯矩作用平面内的截面复核垂直于弯矩作用平面的惯性矩I=876.6944m⁴面积A=2.4992m²则：=60514372NN,大于n,满足要求。第一肋Mmin-Nmin情况时的截面验算结果如表5-4所示：哈尔滨工业大学毕业设计(论文)表5-4垂直于弯矩作用平面内的截面强度验算一肋Ag’(m²)Ag(m²)Nu(N)边跨支点0.002714——0.9560258597650350.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.956025860514372中跨支点0.0027140.0055420.9560258612634310.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.9560258605143720.0027140.0027140.956025860514372N,见表5-2,其它肋及其它情况的计算与此相同，且都满足要求。5.3.2弯矩作用平面内的截面复核A。=0.002714m²A=0.002714m²h=2.5mh₀=2.45m先假定为大偏心求x:小偏心时由下两式联立哈尔滨工业大学毕业设计(论文)求x,再求以第一肋为例，计算结果见表5-5:表5-5弯矩作用平面内的强度截面验算MminMmin—Nmax边跨支点边跨L/8边跨L/4边跨3L/8边跨L/2边跨5L/8边跨3L/4边跨7L/8中跨支点中跨L/8中跨L/4中跨3L/8中跨L/2Mmin—Nmin边跨支点边跨L/8边跨L/4边跨3L/8边跨L/2边跨5L/8边跨3L/4边跨7L/8中跨支点中跨L/8中跨L/4e’判断轴压小偏心小偏心小偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心大偏心判断轴压小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心小偏心Nu(N)440840044019780848577509458329154397554743078287429219254301034743826522NuXe———哈尔滨工业大学毕业设计(论文)中跨3L/8小偏心中跨L/2小偏心Mmax—Nmaxee’X判断边跨支点1—轴压边跨L/8小偏心边跨L/4小偏心边跨3L/8小偏心边跨L/2小偏心边跨5L/8小偏心边跨3L/4小偏心边跨7L/8小偏心中跨支点小偏心中跨L/8小偏心中跨L/4小偏心中跨3L/8小偏心中跨L/2小偏心Mmax—Nminee’X判断边跨支点1——轴压边跨L/8小偏心边跨L/4小偏心边跨3L/8小偏心边跨L/2小偏心边跨5L/8小偏心边跨3L/4小偏心边跨7L/8小偏心中跨支点小偏心中跨L/8小偏心中跨L/43小偏心中跨3L/8小偏心中跨L/2小偏心第二肋，第三肋的计算同理，截面均满足强度要求。5.4应力验算偏心受压构件，先假定为小偏心受压构件，求全截面的换算面积及惯性矩，由换算面积及惯性矩求截面上下缘应力，若不出现拉应力则假设成立哈尔滨工业大学毕业设计(论文)构件为小偏心受压构件，若出现拉应力则应按大偏心受压构件计算。全截面的换算面积及惯性矩计算如下：A₀=A+(ng-1)(A₅+Ag)I₀=I+A(x-y,)²+(n₆-1)A₄(h₀-x)²+(n₄-1)A(x-a`²(5-15)1,A,y,取表5-1中L,,A,y,值，60*混凝土取8,计算结果列于表表5-6换算截面性质及应力验算内力一肋换A0)XMminNminNmax0.006162041367476370462932936765778边跨3L/44475981中跨支点21668934250612464154下缘受压XMmaxNminNmax0.00189207635440042614395172哈尔滨工业大学毕业设计(论文)边跨5L/846810202790663中跨支点4147735二肋XMmi