【《某单塔双索面斜拉桥的主体结构设计计算案例》4900字】

某单塔双索面斜拉桥的主体结构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u117701概述 1194491.1工程概况 127111.2工程建设条件 1272291.2.1自然条件 120111.2.2地层及岩性 125291.2.3水文 13801.3技术标准 3148721.4桥梁设计采用的规范 3104101.5主要材料 3285931.5.1混凝土 337321.5.2钢材 444671.6桥型方案设计原则 4307042主体结构设计 536142.1桥跨布置 5270942.2主梁设计 5190342.2.1主梁截面 588212.2.2主梁分段 6284462.2.3主梁预应力 611272.3索塔的设计 792592.3.1索塔截面 7291062.3.2索塔斜拉索锚固区 8244692.4斜拉索设计 9152832.4.1钢绞线技术标准 10313492.4.2高密度黑色聚乙烯材料技术参数 10142172.4.3钢绞线拉索体系 11317932.4.4钢绞线拉索的安装 11170852.5桥台的设计 12227842.6承台群桩基础的设计 131概述1.1工程概况该桥梁设计起止桩号：ZK0+721.10～ZK1+41.1，总长320米。为双索面形桥塔预应力混凝土斜拉桥，跨径布置采用，该斜拉桥的主跨从主航道经过，主墩落在靠近主河道的狭长陆地上。1.2工程建设条件1.2.1自然条件（1）地形地貌拟建桥梁的桥位区位于县城洪泛区，地形相对开阔平坦，整条线路的地形西高东低，两侧为低平坡地，地表覆土较厚，地面坡度0～，地面高程左右；附近道路四通八达，交通便利。（2）气象该区域气候温和湿润、雨热同季、，根据国家气象局多年的观测资料，绝对最高气温大约为，绝对最低气温大约为，多年来，平均气温。年平均降雨的次数为次，年最大降雨量为，年最少降雨量为；冬季最大积雪厚度为，最大冻土深度为。年平均相对湿度为，最大湿度为，极端最小湿度为。主导风向：夏季为东南风，冬季为北风，最大风速，年平均风速为。1.2.2地层及岩性根据桥位附近地质条件的勘探资料，现场的地层主要由人工填土层、粉质粘土层、粘土层、卵石砾砂层组成。现将各层岩土分别简述如下：第一层为人工填土：表层为水泥混凝土、沥青混凝土路面。下部为碎石土，土的块径在之间，最大粒块约，含量约为，填龄约为年。第二层为粉质粘土：黄褐色，土质单一，具有可塑性，主要分布在地表，厚度在之间。第三层为粘土：棕褐色、稍有光泽，土质单一，强度中等，具有硬塑性状态，厚度大约在左右。第四层为卵石、砾砂：灰白色、灰黄色，饱和状态，岩质较硬，分布于地下，厚度大于。地基承载力范围大约在150kPa～350kP之间，极限摩阻力为30kPa～85kPa。1.2.3水文（1）水文资料通过查阅该区域水文站的资料，年该区域最大洪峰流量为，是百年一遇的大洪水。年洪水发生时间距离现在比较近，现场洪水冲刷的痕迹比较清晰，通过实测的洪水水位，采用态断法计算出年洪峰流量为，与水文站记录的资料相差在以内。通过计算确定该区域的设计流量为，设计水位。（2）桥孔长度确定此桥位于有明显河槽的河段，用经验公式计算最小桥孔净长度。设计洪水流量；设计洪水的河槽流量；河槽宽度；由于该区域属于开阔、顺直稳定型河段，所以河床稳定性系数和指数分别取0.84和0.90。因此桥孔最小净长度为：满足桥跨布置的要求。（3）桥面高程确定①计算桥下壅水高度通过《公路工程水文勘测设计指南》中介绍的方法计算桥前最大壅水高度：式中修正系数取1.0；重力加速度；冲刷后桥下平均流速；天然状态下桥孔部分的平均流速。计算定床壅水系数：桥前最大壅水高度：此区域河床土质条件按照一般情况进行处理，从而计算出桥下壅水高度为：②计算桥位处的波浪高度计算式中系数取2.30，波浪平均高度，所以桥位处的波浪高度为：③计算桥面最低高程此河段为不通航河段，按设计洪水位计算桥面高程，通过查表得到桥下净空安全值。因此桥面最低高程为：1.3技术标准（1）荷载等级：公路Ⅱ级（2）设计速度：（3）桥梁宽度：标准断面为25m（4）净空要求：最高通航水位标高均为黄海3.16米。（5）路面横坡：2.0%（6）路面纵坡：0.93%（7）设计洪水频率：1/100（8）地震设计烈度：地震烈度为Ⅵ级，按Ⅶ级防护（9）设计基准风速：（10）基本风压：5001.4桥梁设计采用的规范（1）《》（2）《公路桥涵设计通用规范》（3）《公路斜拉桥设计规范》（4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（5）《公路桥梁抗震设计规范》（6）《公路桥梁抗风设计规范》（7）《城市桥梁设计准则》（8）《城市桥梁设计荷载标准》1.5主要材料1.5.1混凝土（1）C30混凝土：钻孔灌注桩基础、承台、帽梁、立柱、系梁、防撞护栏；（2）C40混凝土：桥墩、桥台；（3）C50混凝土：主梁和桥塔；（4）沥青混凝土：桥面铺装。1.5.2钢材（1）预应力钢绞线主梁、横梁、主塔使用符合规范的预应力钢绞线，抗拉标准强度，弹性模量，最大松弛率为，性能参数应该符合《预应力混凝土用钢绞线》中的规定。（2）普通钢筋和级钢筋应符合《》和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》中的规定。钢筋直径大于等于的，需要使用级热轧螺纹钢筋；钢筋直径小于，需要采用级钢筋。带肋钢筋焊网技术标准应符合《钢筋混凝土用》中的规定。（3）斜拉索斜拉索钢材应符合《》中的要求。采用热镀锌，标准强度应该大于等于。保护层为两层，需要采用高强度的聚乙烯材料做成保护套。1.6桥型方案设计原则（1）适用性桥上的车行道与人行道的宽度应该保证车辆与行人的安全通行，并且要考虑将来能够满足交通量的增长。跨径的大小应该满足泄洪要求，并便于维护和检查。（2）舒适与安全性设计中应该控制桥梁横向与竖向的振幅，避免桥上的振动与冲击。（3）经济性再设计的过程中，必须要考虑经济上的合理性，使桥梁在建造中的造价和材料消耗为最少。同时也要考虑桥梁在使用过程中运营和养护费用。（4）美观性桥梁应该具有漂亮的外形，与线路走向相适应，与周围环境相协调。（5）施工可行性桥梁的结构要便于架设和制造，采用先进的施工工艺和施工设备、机械，以便于加快施工速度，保证施工安全和提高工程质量。2主体结构设计2.1桥跨布置本桥梁按塔梁墩固结的结构体系进行设计。这样的结构体系既可以满足悬臂施工稳定要求，又能增大结构的整体刚度。为双索面形塔混凝土斜拉桥，跨径布置为，桥型布置如图2.1。图2.1桥型布置图2.2主梁设计2.2.1主梁截面主梁高跨比的合理范围为,本桥的高跨比为。混凝土主梁为单箱双室预应力混凝土结构，总宽25m，桥面横坡2%。跨中截面顶板厚度取25cm，底板厚度取25cm，跨中截面横断面如图2.2所示。图2.2主梁跨中横断面图中支点位置处顶板底板均加厚至60cm，腹板宽度均取80cm。中支点位置处主梁横断面如图2.3所示。图2.3主梁中支点位置横断面图2.2.2主梁分段主梁根据斜拉索的布置，单个边跨分为24个节段。其中1号节段（索塔正下方）为无索区，长度37m；桥梁起始点节段长9.5m，其余均为标准节段，长度为6m，如图2.4所示。图2.4主梁节段划分图2.2.3主梁预应力混凝土主梁采用纵向预应力体系，其主梁纵向采用部分预应力类构件。本桥根据施工阶段和使用阶段各种作用效应的组合，根据混凝土主梁段最不利组合下的弯矩包络图和剪力包络图，对混凝土主梁进行预应力钢筋配置。本桥使用的预应力钢束分为F1、F2、F3三种型号，为的高强度低松弛钢绞线，锚下张拉控制应力为，预应力管道采用的钢波纹管，主梁预应力横断面布置如图2.5所示。图2.5主梁预应力横断面布置图2.3索塔的设计2.3.1索塔截面索塔为型索塔，索塔总高度度为109.25m，其中桥面以上高度为103.25m，索塔高与主跨比为0.625，边索与水平线夹角控制为33°。索塔塔身包括塔柱、横梁及斜拉索锚固区。索塔一般构造如图2.6。图2.6索塔一般构造图独塔斜拉桥索塔高与主跨比宜选用之间，使边索与水平线夹角控制在～左右。塔柱竖向配置的束筋和单筋，水平配置的箍筋和的钢筋。塔柱钢筋外加一层直径为，间距为的带肋钢筋焊网，以增强钢筋表面的抗裂性能。2.3.2索塔斜拉索锚固区上塔柱索锚固段，，又要将索锚固的集中力传递到主塔。，可采用体内有粘结的预应力钢束或体外无粘结的预应力钢束混凝土结构，将预应力作为外力来平衡拉索锚固力产生的内力。由于拉索产生的塔柱内力主要是沿高度方向分布，这样可以采用平面预应力钢束来抵消平面内拉索产生的内力。。为平衡斜拉索的水平分力，在上塔柱斜拉索锚固区内配置了环向预应力钢束。为防止混凝土劈裂，。索塔设一道矩形断面混凝土横梁，长度为。断面尺寸为。图2.7上塔柱拉索锚固图2.4斜拉索设计本桥的斜拉索为空间双面平行索，锚具采用冷铸锚。全桥共设48对斜拉索。斜拉索根据桥梁受力的大小，采用丝镀锌高强度低松弛钢绞线，用双层保护套，为减小风震的影响，外面做成双螺旋线形。斜拉索在主塔上的标准索距为3.75m，斜拉索在混凝土梁上标准索距为6m。图2.8索长计算示意图2.4.1钢绞线技术标准（1）尺寸标准：（2）公差：（3）公称截面积：（4）强度级别：（5）弹性模量：（6）破断力：（7）屈强比：（8）松弛率：（9）延伸率：（10）喷涂标准外径:（11）疲劳应力幅：2.4.2高密度黑色聚乙烯材料技术参数钢绞线为环氧喷涂无粘结筋，钢绞线采用双层HDPE护层，外层的HDPE套管制成带肋抗风雨振形式。（1）密度：（2）熔融指数:（3）拉伸强度：≥20Mpa（4）断裂伸长率：≥650％（5）邵氏硬度：>59（6）软化温度：>110℃（7）脆化温度：-70℃（8）冲击强度：≥25（9）耐热应力开裂：>96h（10）碳黑含量：1.6±0.25％（11）碳黑粒度：<（12）色谱率：>4000（13）蜡的重量：，融点>75℃（14）防腐润滑油脂重量：≥，融点>100℃（15）耐环境应力开裂：>1500h斜拉索的外层套管可采用乳白色、橘红色或其它色彩，以便与周围环境协调。斜拉索在主梁上的标准索距为6m，斜拉索在索塔一端的为张拉端，在主梁一端的为锚固端。2.4.3钢绞线拉索体系（1）锚固段：、、、延伸筒、、放松装置及防护罩组成。在整个锚固部分，、夹片与钢绞线直接接触外，其余部分与钢绞线接触为软质材料，以防止钢绞线的损伤，降低应力集中，保证索体疲劳抗力。防腐油脂是用来保护锚腔内裸露钢绞线的，以防腐蚀。夹片、、、延伸筒等主要受力件必须符合规范标准，其它零件材料符合优质碳素结构钢的规定。（2）过渡段：。预埋管与垫板相连为拉索提供安装空间，伸出部分起缓冲作用。减震装置是预埋管出口附件，使拉索索体靠中，降低索体处构造误差。而产生的次应力，起到抗振、减振作用。连接装置是预埋管与护层之间的装置，由高强材料制成，起防潮、防水的作用。（3）自由段：由组成索体的无粘结钢绞线与外护套、中间索夹构成。拉索单元由具有高抗静载、抗动载能力的钢绞线组成，钢绞线由无缝的丝高强低松弛钢丝组成。环氧喷涂无粘结筋外加防腐油或石蜡及其组合物护层，完成隔离雨水及防止紫外线的照射作用，保护拉索受力单元避免腐蚀。成品索长度要求，长度误差应符合规定：索长时，;索长时，。每一根成品索出厂前须张拉，预拉力为标准破断力荷载的倍。其静载破断荷载应不小于拉索标准破断力荷载的；静载破断延伸率应不小于；拉伸弹性模量不小于；成品索应力幅：不小于时，即在，时，经万次脉冲加载，要求锚具完好无损，钢丝断丝率小于。2.4.4钢绞线拉索的安装（1）预埋钢管的安装预埋钢管及拉索锚垫板是根据设计要求，是在现浇混凝土时预先安装的，其安装必须符合设计要求。（2）锚具组装件的安装锚具组装件是由供货厂商在工厂组装或发散件到工地，由专业技术人员到现场组装。（4）圆管的安装圆管按要求在梁上及塔外各预留长空间。在桥面焊成套管并临时固定，校正管一并安装、临时固定。（5）单根钢绞线张拉在同一索的所有钢绞线安装完毕后，对每根钢绞线的夹片进行预压处理。（6）整体张拉索体整体张拉控制在设计允许范围内，配合梁的标高，分级进行，全桥调索，在斜拉桥主梁安装拉索的过程中，由于结构设计与施工结果往往有一定的差别，为保证施工顺利进行及结构安全，必要时对拉索索力进行调整。（7）减振器安装在拉索安装完毕后，进行减振器的安装，根据桥梁结构要求对锚头腔内灌注油脂或注浆。（8）索体防护管安装在拉索安装完毕后，对索体外护层与预埋管之间用连接装置进行连接，对外露锚头用保护罩密封并注入油脂防护。2.5桥台的设计本次桥台设计采用肋板式桥台，横向共布置道肋板，肋板厚度cm。每道肋板下设承台双桩基础，承台高m，桩