[學(xué)士]懸索橋設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、第一章 緒論1.1 懸索橋的分類(lèi)、構(gòu)造及主要特點(diǎn)1.1.1 分類(lèi)懸索橋按有無(wú)加勁梁可分為無(wú)加勁梁和有加勁梁懸索橋兩種?，F(xiàn)代大跨度懸索橋都是有加勁梁的，根據(jù)已建和在建大跨度懸索橋的結(jié)構(gòu)形式，懸索橋有以下幾種：1.1.1.1 美國(guó)式懸索橋其基本特征式采用豎直吊索，并用鋼桁架作為加勁梁。這種形式的懸索橋絕大部分為三跨地錨式。加勁梁是不連續(xù)的，在主塔處有伸縮縫，橋面為鋼筋混凝土橋面，主塔為鋼結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)增加桁架高度來(lái)保證橋梁有足夠的剛度，且便于實(shí)現(xiàn)雙層通車(chē)。1.1.1.2 英式懸索橋60年代英國(guó)提出了新型的懸索橋，突破了懸索橋的傳統(tǒng)形式。英國(guó)式懸索橋的基本特征是采用呈三角形的斜吊索和高度較小

2、的流線(xiàn)型扁平翼狀鋼箱梁作為加勁梁。除此之外，這種形式的懸索橋采用連續(xù)的鋼箱梁作為加勁梁，橋塔處設(shè)有伸縮縫，用混凝土橋塔代替鋼橋塔。有的還將主纜與加勁梁在主跨中點(diǎn)處固結(jié)。英式懸索橋的優(yōu)點(diǎn)是鋼箱加勁梁可減輕恒載，因而減小了主纜的截面，降低了用鋼量總造價(jià)。1.1.1.3 日式懸索橋日本的懸索橋出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代以后，國(guó)際上懸索橋的技術(shù)發(fā)展已日臻完善，日本結(jié)合自己的國(guó)情，吸收了世界上先進(jìn)的技術(shù)，形成了日式流派，其主要特征是：主纜一律采用預(yù)制束股法架設(shè)成纜。加勁梁主要沿襲美式鋼桁梁形式，少數(shù)公路橋也開(kāi)始采用英式流線(xiàn)形箱梁結(jié)構(gòu)。吊索沿用美式豎向4股騎掛式鋼絲繩。橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)，主要采用焊接，少數(shù)用栓接

3、。鞍座采用鑄焊混合式，主纜采用預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)。1.1.1.4 混合式懸索橋其特點(diǎn)是采用豎直吊索和流線(xiàn)型鋼箱梁作為加勁梁?；旌鲜綉宜鳂虻某霈F(xiàn)，顯示了鋼箱加勁梁的優(yōu)越性，同時(shí)避免了采用有爭(zhēng)議的斜吊索。1.1.2 主要構(gòu)造現(xiàn)代懸索橋通常有橋塔、錨碇、主纜、吊索、加勁梁及鞍座等主要部分組成。1.1.2.1 橋塔橋塔是支撐主纜的重要構(gòu)件。懸索橋的活載和恒載(包括橋面、加勁梁、吊索、主纜及其附屬構(gòu)件，如鞍座和索夾等的重量)以及加勁梁主承在塔身上的反力，都將通過(guò)橋塔傳遞到下部分的塔墩和基礎(chǔ)。橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土和爬模技術(shù)的發(fā)展，造價(jià)經(jīng)濟(jì)的混凝土橋塔將有發(fā)展的趨勢(shì)。1.1.2.2 錨碇錨碇是主纜的

4、錨固體。錨碇將主纜的拉力傳遞給地基基礎(chǔ)。通常采用的有重力式錨碇和隧洞式錨碇。重力式錨碇依靠巨大自重來(lái)抵抗主纜的垂直分力，水平分力則由錨碇與地基間的摩擦力或嵌固力來(lái)抵抗。隧洞式錨碇則是將主纜中的拉力直接傳遞給周?chē)幕鶐r。1.1.2.3 主纜主纜是懸索橋的主要承重構(gòu)件。除承受自身恒載外，主纜本身又通過(guò)索夾和吊索承受活載和加勁梁(包括橋面)的恒載。除此之外，主纜還承擔(dān)一部分橫向風(fēng)載，并將它直接傳遞到橋塔頂部。主纜有鋼絲繩和平行線(xiàn)鋼纜等，由于平行線(xiàn)鋼纜彈性模量高，空隙率低抗銹性能好，因此大跨度懸索橋的主纜都采用這種形式?，F(xiàn)代懸索橋的主纜多采用直徑5mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成，設(shè)計(jì)中一般將主纜設(shè)計(jì)成二次拋

5、物線(xiàn)的形狀。1.1.2.4 吊索吊索也稱(chēng)吊桿。是將活載和加勁梁的恒載傳遞到主纜的構(gòu)件。吊索的布置形式有垂直式和傾斜式等。其上端與索夾相連，下端與加勁梁連接。吊索宜用有繩蕊的鋼絲繩制作，其組成可以是一根、二根或四根一組。1.1.2.5 加勁梁加勁梁的主要功能是提供橋面和防止橋面發(fā)生過(guò)大的撓曲變形和扭曲變形。加勁梁是承受風(fēng)荷載和其他橫向水平力的主要構(gòu)件，長(zhǎng)大懸索橋的加勁梁均為鋼結(jié)構(gòu)，一般采用桁架梁形式和箱梁形式。目前看來(lái)預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁僅適用于跨徑500m以下的懸索橋。在長(zhǎng)大懸索橋設(shè)計(jì)中，加勁梁寬度與主跨徑的比例，即寬跨比將是一個(gè)涉及風(fēng)動(dòng)穩(wěn)定的突出問(wèn)題。由于板梁作加勁梁抗風(fēng)穩(wěn)定性很差，因此現(xiàn)在已

6、不再用板梁作為長(zhǎng)大懸索橋加勁梁了。1.1.2.6 鞍座鞍座是支承主纜的重要構(gòu)件，通過(guò)它可以使主纜中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均勻地傳到塔頂式錨碇的支架處。鞍座可以分為塔頂鞍座，設(shè)置在橋塔頂部，將主纜荷載傳到塔上；錨固鞍座(亦稱(chēng)擴(kuò)展鞍座)設(shè)置在錨碇的支架處，主要目的是改變主纜索的方向，把主纜的鋼絲繩股在水平及豎直方向分散開(kāi)來(lái)，并把它們引入各自錨固位置，為了減少塔頂鞍座處鋼絲的彎曲次應(yīng)力，塔頂鞍座彎曲半徑一般為主纜主徑的8-12倍；而擴(kuò)展鞍座必須按照鋼絲繩股的水平曲率半徑的倍以上來(lái)確定鞍座的形狀。1.2 懸索橋的發(fā)展概況1.2.1 中國(guó)懸索橋的發(fā)展歷程中國(guó)近代懸索橋的發(fā)展。1938年，湖南

7、一座公路懸索橋建成，該橋可通行10噸汽車(chē)，隨后又有一批懸索橋建成通車(chē)。新中國(guó)成立后，共建成70多座懸索橋，但其結(jié)構(gòu)形式都比較簡(jiǎn)潔，跨徑不太大，工程規(guī)模較小。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，中國(guó)現(xiàn)代懸索橋的建設(shè)揭開(kāi)了新的歷史篇章，修建了一批結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造型美觀的大跨懸索橋。可以預(yù)見(jiàn)，隨著我國(guó)橋梁科研、設(shè)計(jì)、施工隊(duì)伍科技水平的不斷提高，跨越中國(guó)遼闊大地上的江河湖泊、海峽港灣的懸索橋會(huì)修建得更多更美。1.2.2 歐洲懸索橋的發(fā)展歷程20世紀(jì)以前歐洲的懸索橋。國(guó)外懸索橋的修建歷史較中國(guó)晚了1000多年，據(jù)文獻(xiàn)史料記載，1734年薩克森的軍隊(duì)遠(yuǎn)征但澤，途徑奧得河時(shí)，修建了西方第一座臨時(shí)性鐵索橋。1741年，英國(guó)建成

8、一座鐵鏈懸索橋，跨度21.34m，使用了61年，毀壞于1802年。20世紀(jì)的歐洲懸索橋：歐洲懸索橋的建設(shè)繼續(xù)發(fā)展并有所創(chuàng)新。法國(guó)于1959年建成了主跨為680m的緹卡維爾懸索橋是發(fā)展中的一個(gè)新的里程碑。該橋的創(chuàng)新特點(diǎn)體現(xiàn)在第一次采用了扁平纖細(xì)，截面具有良好的抗風(fēng)性能的全焊流線(xiàn)型鋼箱梁，打破了鋼桁架加勁梁一統(tǒng)天下的局面，另外，該橋還采用了斜吊索以提高橋梁的抗風(fēng)阻尼。歐洲現(xiàn)代大跨度懸索橋的修建確定了混凝土橋塔，扁平流線(xiàn)型全焊加勁鋼箱梁懸索橋的優(yōu)勢(shì)。且此桁架式加勁梁節(jié)省工程投資費(fèi)用10%左右。因此歐洲大部分懸索橋?yàn)橛?guó)人設(shè)計(jì)，所以形成了英國(guó)懸索橋風(fēng)格。1.2.3 美洲懸索橋的發(fā)展歷程美洲20世紀(jì)前的

9、懸索橋。李約瑟認(rèn)為是由中國(guó)人傳入美洲的。20世紀(jì)美國(guó)的懸索橋，20世紀(jì)中葉，美國(guó)大城市的興起，促進(jìn)了大跨橋梁建設(shè)的發(fā)展，至今美國(guó)仍是世界上擁有懸索橋最多的國(guó)家。在科研、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)上形成優(yōu)勢(shì)，是懸索橋成為唯一超過(guò)千米的成熟橋型，并形成美國(guó)流派的懸索橋風(fēng)格。1.2.4 日本懸索橋的建設(shè)日本近代懸索橋發(fā)展勢(shì)頭迅猛，后來(lái)居上，日本的懸索橋，大部分為鋼塔和鋼桁加勁梁，并且大多為公鐵兩用懸索橋。綜上所述，國(guó)內(nèi)外懸索橋的建設(shè)一次次刷新了橋梁的跨徑記錄，并將在21世紀(jì)橋梁的建設(shè)中，繼續(xù)顯示出特大跨懸索橋的勃勃生機(jī)。1.3 懸索橋的計(jì)算理論簡(jiǎn)介1.3.1 傳統(tǒng)的“彈性理論”簡(jiǎn)介大纜支點(diǎn)位于塔頂，越過(guò)塔頂后，

10、大纜兩端在地面附近進(jìn)入錨碇。在主跨范圍內(nèi)，其加勁梁的跨度是。在主跨之內(nèi)，用許多豎向設(shè)置的吊索將纜和加勁梁連接起來(lái)。在纜的邊跨范圍，可設(shè)置若干個(gè)小跨度，因其在結(jié)構(gòu)上同所說(shuō)的懸索橋無(wú)關(guān)，這里不再分析。彈性理論是懸索橋最早的計(jì)算理論，它使用超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，將懸索橋的結(jié)構(gòu)看作主纜與加勁梁的結(jié)合體，在計(jì)算中只考慮由荷載產(chǎn)生的新的構(gòu)件之間的平衡，其特點(diǎn)是恒載與活載的內(nèi)力計(jì)算方法沒(méi)有差別，也就是在計(jì)算活載內(nèi)力時(shí)沒(méi)有計(jì)入恒載產(chǎn)生的初始內(nèi)力，此理論已經(jīng)對(duì)懸索橋的整體剛度作出貢獻(xiàn)。此理論是建立在不考慮荷載的產(chǎn)生會(huì)影響內(nèi)力大小與方向的基礎(chǔ)之上。因此，彈性理論是基于變形非常微小而可以忽略的計(jì)算假設(shè)，只能滿(mǎn)足早期跨

11、度較小且加勁梁剛度相對(duì)較大的懸索橋的使用。1.3.2 撓度理論撓度理論認(rèn)為主纜在恒載作用下取得平衡時(shí)的幾何形狀(二次拋物線(xiàn))將因活載的作用而發(fā)生改變。主纜因活載作用而增加的拉力所引起的伸長(zhǎng)量也應(yīng)當(dāng)在計(jì)算中加以考慮。用撓度理論計(jì)算所得內(nèi)力比用彈性理論要小得多，根據(jù)懸索橋跨度大小，加勁梁的剛度大小，以及活載影響與恒載影響的比例，一般撓度理論的內(nèi)力計(jì)算值比彈性理論減少-，因此，采用撓度理論來(lái)設(shè)計(jì)大跨懸索橋可比彈性理論大大節(jié)約材料。這也是相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)撓度理論在大跨度懸索橋設(shè)計(jì)計(jì)算中一直起主導(dǎo)作用的原因。1.3.3 有限位移理論當(dāng)現(xiàn)代懸索橋的跨徑進(jìn)一步增大時(shí)，加勁梁的剛度不斷相對(duì)減小。當(dāng)加勁梁的高

12、跨比不小于時(shí)，采用線(xiàn)性撓度理論分析懸索橋產(chǎn)生的誤差將不容忽視，為此，有限位移理論開(kāi)始應(yīng)用于現(xiàn)代懸索橋的結(jié)構(gòu)分析中，基于矩陣位移法的有限元技術(shù)更能適應(yīng)解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力分析。一些有代表性的研究成果逐漸完善和發(fā)展了有限位移理論，應(yīng)用有限位移理論的矩陣法可以綜合考慮體系節(jié)點(diǎn)位移影響和軸力效應(yīng)，把懸索橋結(jié)構(gòu)分析方法統(tǒng)一到一般非線(xiàn)性有限元中，是目前大跨懸索橋分析計(jì)算中普遍采用的方法。1.4 本文主要工作本文主要設(shè)計(jì)13m+68m+13m三跨柔性懸索橋，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括橋面系、橫梁、縱梁、主索、邊索、吊桿等。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括索塔、基礎(chǔ)、錨碇。在下面幾章詳細(xì)介紹和計(jì)算各部結(jié)構(gòu)。第二章 懸索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)

13、計(jì)方案比選布置形式三跨(13m+68m+13m)失高7.158m垂跨比=吊桿間距3.5m2.2 橋面系的計(jì)算2.2.1 橋面系構(gòu)造橋面系采用I字鋼橫梁，I字鋼縱梁上加鋼板組成橫梁間距3.5m 采用I36b縱梁間距0.35m 采用I14橋面鋼板厚0.01m上加0.06m瀝青砼鋪裝縱梁共12根I14鋼 ，衡梁全橋共18根I36b鋼欄桿和緣石共寬0.4m縱梁跨徑為3.5m的多跨連續(xù)梁橫梁跨徑為4.9m的簡(jiǎn)支梁52049037.537.5935390470圖2-1 橋面橫截面布置2.2.2 橋面系縱、橫梁內(nèi)力計(jì)算假定鋼橋面板寬為4.9m的簡(jiǎn)支無(wú)限長(zhǎng)板，縱橫梁構(gòu)造如圖2-2采用鋼橋Pelikan-Ess

14、linger法計(jì)算。即第一階段把縱梁作為橫梁剛性支承的多跨連續(xù)梁，第二階段考慮橫梁的彈性變形對(duì)多跨連續(xù)縱梁內(nèi)力進(jìn)行修正。2.2.2橋面系縱、橫梁內(nèi)力計(jì)算2.2.2.1 截面幾何特征值的計(jì)算 (1)第一階段計(jì)算第一階段計(jì)算時(shí)縱梁有效寬度考慮到車(chē)輪承受處橋面板要與縱肋共同工作，應(yīng)計(jì)算縱肋的有效寬度，而縱肋的有效寬度與縱肋間距和縱肋的有效跨徑有關(guān)，也就是在計(jì)算有效寬度前應(yīng)確定縱肋有效跨徑?？v肋的有效跨徑t，在第一階段中，認(rèn)為縱肋是支承在橫肋上的剛性支承連續(xù)梁，這樣假設(shè)的情況下的有效跨徑可取彎矩部分的平均長(zhǎng)度，其值一般為0.7倍的縱肋跨長(zhǎng) 即 又縱肋跨徑m(橫肋間距)，m，汽車(chē)-10級(jí)的后輪荷載著地寬

15、度m，根據(jù) 在鋼橋圖1.32(b)37.593537.5350350350490I36b350I14圖2-2 縱、橫梁布置曲線(xiàn)上查得又由查鋼橋圖1.33得 ；由此可求出圖1-4a所示相應(yīng)與第一階段的縱梁截面幾何特征值第二階段計(jì)算時(shí)縱梁有效寬度在計(jì)算第二階段橫肋變形影響時(shí)，縱肋有效跨徑往往很大，故可近似采用；縱肋有效間距近似等于縱肋間距，查鋼橋圖1.33得得縱肋在計(jì)算第二階段時(shí)有效寬度為由上面的有效寬度，可求出圖2-3b所示相應(yīng)于第二階段縱梁的截面幾何特征值橫梁橋面鋼板有效寬度54.14514圖2-3a 第一階段截面幾何特征38.514圖2-3b 第二階段截面幾何特征I36b圖2-3c 工字鋼工

16、36b截面按縱橫梁重疊的構(gòu)造處理(圖2-2)，橫梁翼緣有效寬度為I字鋼的翼緣寬，其截面幾何特征值列于圖(2-3c)。用于第二階段計(jì)算中的相關(guān)剛度系數(shù)，可根據(jù)鋼橋公式(1.1136)計(jì)算得2.2.2.2 第一階段的計(jì)算(1)作用于縱梁上的荷載計(jì)算作用于縱梁上的活載：汽-10加重車(chē)作用下，沖擊系數(shù)前輪 從鋼橋圖1.32查得后輪從鋼橋圖1.32查得，作用于縱梁上的恒載：縱梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重力：見(jiàn)公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)基本資料上冊(cè)(人民交通出版社，1976)表299鋼板單位長(zhǎng)度重力：截面幾何特性按有效寬度計(jì)算，重力同樣按有效板寬度計(jì)算瀝青鋪裝總重力(2)縱梁跨中彎矩計(jì)算如圖2-4布置活載，縱梁跨中彎矩根據(jù)鋼橋公式

17、(1.39d)計(jì)算 350175400350175400350175400350175400225175400175400400圖2-4 荷載布置圖同樣的根據(jù)鋼橋公式(1.39c)計(jì)算 式中：y荷載作用點(diǎn)與支點(diǎn)的距離m是加載節(jié)點(diǎn)編號(hào)中數(shù)值較小的那個(gè)編號(hào)活載作用下縱梁跨中彎矩：恒載作用下縱梁跨中彎矩：(3)縱梁支點(diǎn)彎矩計(jì)算縱梁支點(diǎn)o的彎矩，按荷載最不利布置，如圖2-5對(duì)稱(chēng)o點(diǎn)布置。根據(jù)鋼橋公式(1.38a)計(jì)算支點(diǎn)o的彎矩( )200400200400400350400350400350400350400圖2-5 荷載布置圖同樣根據(jù)鋼橋公式(1.38b)計(jì)算y=200cm t=350cm活載作用

18、下縱梁支點(diǎn)彎矩恒載作用下縱梁支點(diǎn)彎矩(4)橫梁內(nèi)力計(jì)算將后輪布置在所計(jì)算橫梁處，如圖2-6得橫梁最大反力，按鋼橋公式(1.40b)計(jì)算前輪對(duì)所計(jì)算橫梁反力 (y=50cm t=350cm)18049000350400350400350400400350400350400350400350040350400350400350400 圖2-6 荷載布置圖橫梁跨中彎矩活載作用下梁跨中彎矩，按荷載對(duì)稱(chēng)布置最為不利如圖2-6橫載作用下梁跨中彎矩I字鋼橫梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重力 (據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)-基本資料下冊(cè))表20-10查得橋面鋪裝單位長(zhǎng)度重力鋼橋面板單位長(zhǎng)度重力縱梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重力(橫橋共12根)2.2.2.3

19、 第二階段的計(jì)算(考慮橫梁的彈性變形的修正)根據(jù)前面求得的相關(guān)剛度系數(shù) ，從鋼橋圖1.58-圖1.60求出等跨彈性支承上的無(wú)限長(zhǎng)連續(xù)梁的跨中彎矩支點(diǎn)彎矩和支點(diǎn)反力影響線(xiàn)縱距 ， ，等值列于表2-1。表2-1 ， ，支點(diǎn)編號(hào)012340.022-0.02100.0010.0010.083-0.040-0.0030.00100.7280.160-0.0390(1)縱梁彎矩修正值計(jì)算首先假定橫梁為剛性支承，按圖2-4和圖2-5布載情況，各支點(diǎn)反力根據(jù)鋼橋公式(1.40)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)荷載作用在所求支點(diǎn)節(jié)間時(shí)當(dāng)荷載作用在其他節(jié)間時(shí)縱梁跨中彎矩修正值：按圖2-4荷載作用于節(jié)間荷載中時(shí)，各支點(diǎn)反力值(列于表

20、2-2)計(jì)算縱梁跨中彎矩修正值。計(jì)算橫梁撓曲影響時(shí)，為了求出作用于縱梁上的計(jì)算荷載，應(yīng)把作用于橋面的荷載按富里葉級(jí)系數(shù)展開(kāi)正弦分布荷載(取n=1)表2-2 圖2-4荷載位置的支點(diǎn)反力支點(diǎn)m0123456后輪0.6005-0.12740.03413-0.009140.00245-0.0006560.0002前輪0.410160.7744-0.136290.036512-0.009780.00262-.0007合計(jì)1.010660.674-0.102160.0274-0.007330.001964-.0005支點(diǎn)m0123456后輪0.6005-0.12740.03413-0.009140.002

21、45-0.0006560.0002前輪-0.097680.026169-0.007010.00188-0.00050.00010合計(jì)0.50282-0.101230.02712-0.007260.00195-0.000560.0002只有一輛車(chē)時(shí)，按鋼橋公式(1.34)計(jì)算 (2-0)將 代入(2-0)式得縱梁跨中彎矩修正值按鋼橋公式(1.116a)計(jì)算(見(jiàn)表2-3) 表2-3 的計(jì)算支點(diǎn)m01234561010660.647-0.102160.0274-0.007330.001964-0.00050022-0.02100.0010.0010000222-0.013600.000027-.00

22、000700支點(diǎn)m0123456050282-0.101230.02712-0.007260.00195-0.000560.00020022-0.02100.0010.00100001110.0021250-7.26E-61.95E-600縱梁支點(diǎn)彎矩修正值縱梁支點(diǎn)彎矩修正值同跨中彎矩修正值一樣計(jì)算。首先按圖1-6對(duì)稱(chēng)于所求支點(diǎn)布載，然后求出各支點(diǎn)反力。計(jì)算公式同樣采用鋼橋公式(1.40)計(jì)算，現(xiàn)將結(jié)果列于表2-4表2-4 圖2-5荷載位置的支點(diǎn)反力 支點(diǎn)m01234567后輪.5067-.11449.03067-.00822.002201-5.9E-41.58E-4-4.2E-5前輪.506

23、7.69078-.13508.036189-.00969.002597-.00071.86E-4合計(jì)1.0134.5763-.1044.0280-.0075.0020-.0005.0001支點(diǎn)m123456后輪.6908-.13508.03619-.00969-.002597-.0007前輪-.1145.03067-.00822.002201-.0000591.58E-4合計(jì).5763-.10441.0280-.0075.0020-.0005同前計(jì)算縱梁支點(diǎn)彎矩修正，同樣按鋼橋公式(1.116a)計(jì)算(見(jiàn)表2-5)表2-5 的計(jì)算支點(diǎn)m01234561.01340.5763-0.10440.0

24、28-0.00750.0020-0.0050.083-0.040-0.0030.0010000.08411-0.023050.0003130.000028000支點(diǎn)m1234560.5763-0.10440.028-0.00750.0020-0.005-0.040-0.0030.001000-0.023050.0003130.000028000(2)橫梁彎矩修正值的計(jì)算橫梁彎矩修正值的計(jì)算，同樣按前面的假設(shè)，把縱梁看成剛性支承連續(xù)梁，求出布載下各支點(diǎn)反力然后計(jì)算縱梁彎距修正值?，F(xiàn)按圖2-6情況 求各支點(diǎn)反力(見(jiàn)表2-6)表2-6 圖2-6荷載位置的支點(diǎn)反力支點(diǎn)m0123456后輪1.00000

25、000前輪-0.0880.95870.13976-0.03670.0098-0.002600007合計(jì)0.9120.95870.13976-0.01670.0098-0.002600007支點(diǎn)m0123456后輪0000000前輪0.024-0.0630.0017-0.000450.00012合計(jì)0.0024-0.0630.0017-0.000450.00012用鋼橋公式1.120計(jì)算為此需先計(jì)算出，同樣按一輛車(chē)對(duì)稱(chēng)布載時(shí)圖2-6進(jìn)行計(jì)算，采用鋼橋公式1-3 (2-1)式中：b橫梁計(jì)算跨徑 b=4.9m d兩輪中心至橫梁支點(diǎn)距離，由于對(duì)稱(chēng)布載 Z車(chē)輪中心線(xiàn)2分之1 Z=0.9m X橫梁彎矩位置

26、?？缰袕澗卮?2-1)式計(jì)算得：然后根據(jù)表2-1和表2-6計(jì)算見(jiàn)表2-7表2-7 得計(jì)算支點(diǎn)m012340.9120.95870.13976-0.03670.00980.7280.160-0.039000.6639360.153392-0.00545100支點(diǎn)m012340.024-0.0630.0017-0.000450.000120.7280.160-0.039000.017472-0.01008-0.000066300 b=4.9m代入式計(jì)算2.2.2.4 彎矩和彎曲應(yīng)力計(jì)算(1)縱梁跨中彎矩 恒載彎矩 活載彎矩(包括沖擊影響) 橫梁彈性變形的附加彎矩(縱梁彎矩修正值) 合計(jì)： (2)

27、縱梁支點(diǎn)彎矩恒載彎矩 活載彎矩(包括沖擊影響) 橫梁彈性變形的附加彎矩： 合計(jì)： 括號(hào)內(nèi)數(shù)字為不加修正時(shí)的支點(diǎn)彎矩 下同(3)橫梁跨中彎矩恒載跨中彎矩 活載跨中彎矩(包括沖擊影響) 橫梁彈性變形的附加彎矩 合計(jì) (4)縱、橫梁的截面應(yīng)力計(jì)算計(jì)算縱梁的截面應(yīng)力時(shí)，對(duì)第一階段的彎矩截面幾何特征值應(yīng)采用圖2-3a的數(shù)值。對(duì)于第二階段的彎矩則應(yīng)采用圖2-3b的數(shù)值縱梁跨中截面應(yīng)力縱梁截面支點(diǎn)應(yīng)力橫梁跨中截面應(yīng)力2.3 主索和邊索計(jì)算2.3.1 基本參數(shù)主跨：取計(jì)算跨徑：計(jì)算矢高：計(jì)算矢跨比：主索在橋塔頂傾角：邊索在橋塔頂傾角：2.3.2 主索內(nèi)力計(jì)算：2.3.2.1 恒載計(jì)算橋道恒載(按橫梁間距3.5

28、m內(nèi)計(jì)算)縱梁：橫梁：鋼橋面板：橋面鋪裝：沿橋半邊重力：主索重力：吊桿重力：(約)抗風(fēng)索：合計(jì)：2.3.2.2 恒載作用下主索水平拉力：2.3.2.3 活載內(nèi)力計(jì)算最不利偏載時(shí)的橫向分布系數(shù)計(jì)算。橋面凈寬(橫梁計(jì)算跨徑為，偏載車(chē)輪距車(chē)道，車(chē)輪距橫梁支點(diǎn)距離為，如圖2-7所示180100490圖2-7 荷載布置圖沖擊系數(shù)等代荷載查公路設(shè)計(jì)手冊(cè)橋涵基本資料上冊(cè)P41汽-10，。汽-10作用下主索水平拉力2.3.2.4 主索水平拉力2.3.2.5 主索在索鞍處最大內(nèi)力計(jì)算 2.3.3 邊索內(nèi)力計(jì)算邊索傾角：2.3.4 索的強(qiáng)度驗(yàn)算主索采用七根，抗拉強(qiáng)度，整條鋼絲破斷拉力為(公路設(shè)計(jì)手冊(cè)橋涵基本資料下

29、冊(cè)，以邊索最大內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算。安全系數(shù) (安全)2.4 撓度驗(yàn)算2.4.1 主索因溫度及荷載作用下的撓度計(jì)算建橋地區(qū)最高溫度 建橋地區(qū)最低溫度 安裝完畢時(shí)的溫度 主索長(zhǎng)度 溫度上升溫度下降荷載作用下主索彈性伸長(zhǎng) (2-2) (2-3)代入(2-3)式(查公路設(shè)計(jì)手冊(cè)橋涵基本資料)下冊(cè)，直徑39mm的全部鋼絲斷面積汽-10全跨布載時(shí)彈性伸長(zhǎng) 代入(2)式得 恒載作用時(shí)彈性伸長(zhǎng) 同樣采用上面的公式 主索伸長(zhǎng)引起跨中矢高的變化由E.E.吉勃施曼所著公路鋼橋公式可得 得 升溫時(shí) 降溫時(shí)活載作用時(shí) 恒載作用時(shí) 最不利情況活載作用和升溫時(shí)2.4.2 邊索因溫度及荷載作用下引起主索跨中撓度的計(jì)算同主索一樣的公

30、式進(jìn)行計(jì)算溫度變化和荷載作用下的邊索伸長(zhǎng)左岸邊索伸長(zhǎng)度 升溫時(shí) 降溫時(shí) 活載作用時(shí)由主索傳來(lái)的邊索活載拉力，可將主索傳來(lái)的恒載和活載的拉力減去恒載引起的邊索拉力，邊索恒載拉力恒載作用時(shí)右邊計(jì)算同左邊略溫度和荷載作用下邊索伸長(zhǎng)組合左岸 右岸邊索溫度及彈性伸長(zhǎng)引起主索跨中矢高的變化計(jì)算公式按公路鋼橋式 (2-4)將代入(2-4)式 式簡(jiǎn)化2.4.3 最不利情況下跨中矢高變化值計(jì)算安全2.5 抗風(fēng)索的計(jì)算2.5.1 抗風(fēng)索布置抗風(fēng)索曲線(xiàn)方程 (跨中為坐標(biāo)原點(diǎn))抗風(fēng)索平面與水平面成角抗風(fēng)索矢高 (，按主跨范圍內(nèi)為曲線(xiàn)范圍外為直線(xiàn))抗風(fēng)索在跨端處的切線(xiàn)傾角 (2-5)將代入(2-5)式抗風(fēng)索的邊索與水平

31、面夾角為取右邊索為例，推算各邊索夾角邊角實(shí)際長(zhǎng)度(抗風(fēng)索直線(xiàn)段)對(duì)應(yīng)直角邊長(zhǎng) b在垂直方向的投影高邊索傾角擬使邊索垂直于錨碇樁，因而錨碇樁與垂直方向夾角為，見(jiàn)圖2-8 圖2-8 錨樁2.5.2 抗風(fēng)索的設(shè)計(jì) 2.5.2.1 抗風(fēng)索風(fēng)力計(jì)算橫橋向迎風(fēng)面積計(jì)算欄桿橋面系式中：1.2欄桿高(m) 0.25緣石高(m) 66.5計(jì)算跨徑減去橋塔寬(m) 0.2迎風(fēng)面折減系數(shù)，見(jiàn)公路橋涵設(shè)計(jì)遍用規(guī)范附錄三 0.07橋面鋪裝高衡梁： 風(fēng)壓強(qiáng)度橋位處基本風(fēng)壓 ，風(fēng)壓力2.5.2.2. 抗風(fēng)索主索設(shè)計(jì)主索水平拉力主索最大拉力主索強(qiáng)度驗(yàn)算采用有機(jī)物蕊的鋼繩，破斷拉力為安全系數(shù)風(fēng)力為次要的可變荷載，對(duì)此已屬安全2

32、.5.2.3 抗風(fēng)拉索的設(shè)計(jì)如圖2-9取跨中節(jié)點(diǎn)，作用于節(jié)點(diǎn)上的力為522350圖2-9 抗風(fēng)索結(jié)點(diǎn)從圖2-9得按公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)基本資料取，鋼絲繩(帶有機(jī)物蕊)破斷拉力為安全系數(shù)安全2.5.3 抗風(fēng)索錨碇的設(shè)計(jì)重力式錨碇驗(yàn)算見(jiàn)圖2-10抗風(fēng)主索水平拉力圖2-10 錨碇傾角滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算重力式錨臺(tái)體積 安全系數(shù) 安全錨碇拉桿設(shè)計(jì)采用圓鋼拉桿其面積有效面積半徑15mm錨碇樁設(shè)計(jì)錨碇樁25號(hào)混凝土，尺寸按最低配筋率配筋 ：0.15%鋼筋總面積為選用光圓鋼筋的總面積錨碇拉力 由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.12條式中0.25m為纜索錨碇拉力作用點(diǎn)至錨臺(tái)頂?shù)木嚯x受彎正截面強(qiáng)度，按平衡條

33、件計(jì)算中性軸 (2-6)代入(2-6)式正截面強(qiáng)度公式 2.6 吊桿設(shè)計(jì)2.6.1 吊桿形式和各部尺寸吊桿間距：設(shè)計(jì)荷載：汽-10吊桿構(gòu)造見(jiàn)大圖2.6.2 吊桿承受的荷載內(nèi)力橋道恒載：(半橋)抗風(fēng)索恒重：最大吊桿自重估計(jì)：一根吊桿承受恒重為：由于橋窄(如圖1-2)，不能偏載布置只能對(duì)稱(chēng)布置，橫向分布系數(shù)對(duì)任一吊桿，最不利位置為汽-10車(chē)輪作用于一吊桿處(見(jiàn)圖2-11)400350350圖2-11 荷載布置圖吊桿承受恒、活載內(nèi)力2.6.3 吊桿及連接件設(shè)計(jì)吊桿由上、下兩段組成，上段由一根軋制圓鋼通過(guò)上連接塊連接，下段由兩根軋制圓鋼與橫梁連接，以便在安裝和使用過(guò)程中適當(dāng)調(diào)節(jié)吊桿長(zhǎng)度。下吊桿設(shè)計(jì)選用

34、的下吊桿、螺紋深度，以螺桿最小凈截面驗(yàn)算實(shí)際應(yīng)力 上吊桿設(shè)計(jì)選用48上吊桿，螺紋深度連接塊驗(yàn)算上連接塊驗(yàn)算鋼下連接塊最小截面比上連接塊大，可不驗(yàn)算。2.7 索夾設(shè)計(jì)2.7.1 索夾尺寸見(jiàn)大圖32.7.2 U形環(huán)強(qiáng)度驗(yàn)算U行環(huán)采用45號(hào)鑄鋼-截面拉應(yīng)力驗(yàn)算-截面剪應(yīng)力驗(yàn)算-截面剪應(yīng)力2.7.3索夾凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算-截面剪應(yīng)力驗(yàn)算-截面鋼銷(xiāo)對(duì)U形環(huán)的擠壓應(yīng)力容許擠壓應(yīng)力為(查公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 1.2.5)2.8 橋塔計(jì)算2.8.1 橋塔及基礎(chǔ)尺寸1.設(shè)計(jì)荷載汽-102.地基：強(qiáng)風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖3.風(fēng)壓500Pa4.材料橋塔用20號(hào)鋼筋混凝土，基礎(chǔ)下半部用20號(hào)混凝土5.構(gòu)造見(jiàn)圖2.8

35、.2 橋塔計(jì)算2.8.2.1 基本假定1.橋塔本身為一框架結(jié)構(gòu)，塔腳當(dāng)作嵌固考慮，橋塔分別按縱向(順橋方向)及橫向(垂直橋軸方向)兩種情況計(jì)算應(yīng)力2.風(fēng)力只計(jì)算橫向引起的應(yīng)力3.溫度變化使橋塔產(chǎn)生的應(yīng)力只計(jì)溫度降低的影響，因控制橋塔設(shè)計(jì)的外力主要是垂直力，而溫度降低時(shí)產(chǎn)生的垂直力最大。4.混凝土收縮影響。按照溫度降低考慮。5不計(jì)地震力2.8.2.2 塔拄承受的荷載計(jì)算帽梁：每個(gè)柱上柱每個(gè)柱橫梁每個(gè)柱下柱每個(gè)柱基礎(chǔ)邊跨支反力估計(jì)200kN每根塔柱重力式橋墩(以南岸橋墩計(jì)算為例)表2-8表2-8 塔柱承受的垂直力及水平力匯總表項(xiàng)目活載靠近塔柱水平力垂直力垂直力合計(jì)鋼索傳來(lái)的力恒載666.18280

36、.46 289.64570汽車(chē)活載516.15217.24 224.41441.65人行活載87溫度132.19 136.52268.71索鞍重力3030塔頂力的總合1128.75 1397.46-斷面帽梁184.5184.5上柱331.2331.2橫梁88.12588.125下柱331.2331.2汽車(chē)荷載5050人群15.1315.13風(fēng)力13.313.3合計(jì)2167.205 2435.915-斷面墩身2229.5合計(jì)4346.705 4665.415輥軸滾動(dòng)產(chǎn)生的摩阻力按下式計(jì)算式中：塔頂處垂直力 輥軸半徑對(duì)塔未計(jì)入溫度影響 計(jì)入溫度影響 得2.8.2.3 橋塔內(nèi)力計(jì)算橋塔分別按順橋方向

37、(縱向)及垂直橋面軸方向(橫向)二種情況進(jìn)行計(jì)算橋塔縱向內(nèi)力計(jì)算不計(jì)地震荷載的內(nèi)力計(jì)算橋塔的縱向作用力為主索，錨索傳來(lái)的垂直力及索鞍輥軸與支座的水平摩擦力。不考慮塔柱平面的扭曲作用及剪力引起的應(yīng)力，塔柱彎曲應(yīng)力由下式計(jì)算式中：分別為作用塔頂?shù)目v向水平力和豎向力 y塔柱頂?shù)乃轿灰屏?c索鞍位移量橋塔各斷面的變位計(jì)算由輥軸滾動(dòng)摩擦力塔頂與計(jì)算斷面間的位移以塔頂為原點(diǎn)值可采用近似公式計(jì)算(即將用級(jí)數(shù)展開(kāi))式中：h塔柱高度18.57m x塔頂?shù)接?jì)算斷面距離塔頂水平位移橋塔18.57m 塔頂水平位移采用材料力學(xué)的方法計(jì)算 表2-9 應(yīng)力計(jì)算表塔頂作用力1128.75續(xù)表2-911.88計(jì)算斷面至塔頂作

38、用點(diǎn)距離15.770.00177計(jì)算斷面垂直力(kN)2167.205索鞍輥軸位移量0.0258187.35邊跨自重反力(kN)200支點(diǎn)到斷面中心距e(m)-0.6-120.00主橋活載反力65.13主橋支座偏心0.6 39.08橋制動(dòng)力(kN)150制動(dòng)力距計(jì)算斷面距離d(m)7.421114.5邊跨支座摩擦力f(kN)105F距各斷面距離e (m)8.04844.2塔頂荷載偏心0.0275731.12彎距組合+1252.05彎距組合+2096.25斷面積1.8正應(yīng)力1.2截面抵抗距0.9摩應(yīng)力1.28 續(xù)表2-9彎應(yīng)力2.322.482.52-1.12-1.32橋塔橫向內(nèi)力計(jì)算系數(shù)計(jì)算

39、(1)帽梁(橫梁)a-b的截面特征計(jì)算(圖2-12)圖2-12 ab梁截面 =0.48m(2)cd梁截面150100圖2-13 cd梁截面主力計(jì)算(1)橫梁重力計(jì)算上橫梁a-b重力下橫梁c-d重力ansys計(jì)算結(jié)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= 0 THE FOLLOWING X,Y,Z FORCES ARE IN GLOBAL COORDINATES ELEM

40、= 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 -16.823 135.52 -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)風(fēng)荷載作用下橋塔桿件內(nèi)力計(jì)算錨索外露高度7m 錨索長(zhǎng)度 則錨索縱斷面高度為0.117m (風(fēng)力)主索風(fēng)壓力自上部結(jié)構(gòu)計(jì)算約得0.1橋塔本身承受的風(fēng)力為簡(jiǎn)化計(jì)算：假定風(fēng)力分別作用在帽梁和橫梁承受本身風(fēng)力及柱風(fēng)力的一半，橫梁承受上下柱風(fēng)力一半和來(lái)自橋上的風(fēng)力。帽梁