茶林坪烏江大橋纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、彭水縣庫(kù)周交通茶林坪對(duì)外交通工程(L=150m鋼管混凝土勁性骨架拱橋)纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)2010年11月1、計(jì)算說(shuō)明1.1、主要計(jì)算參數(shù)取值(1)、鋼材容重：=78.5KN/m3。(2)、鋼材的容許應(yīng)力及彈性模量等參考起重吊裝常用數(shù)據(jù)手冊(cè)人民交通出版社2002年2月出版，鋼絞線技術(shù)參數(shù)參考預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T 5224-2003，錨索計(jì)算其它相關(guān)數(shù)據(jù)參考建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB 50330-2002取值。(3)、型鋼截面特性參數(shù)參考：。(4)、主要安全系數(shù)取值：、鋼絲繩：主索、工作索、扣索、風(fēng)纜索等張力安全系數(shù)3.0，應(yīng)力安全系數(shù)2.0；起吊索、牽引索等張力安全系數(shù)5.0，應(yīng)力安全系數(shù)

2、3.0；千斤繩張力安全系數(shù)8.0；鋼絞線錨索張力安全系數(shù)2.5。、其它鋼材：Q235、Q345、45#鋼皆按容許應(yīng)力取值。(5)、主要荷載系數(shù)取值：鋼管拱肋、橫梁等構(gòu)件吊裝皆考慮1.2倍的沖擊系數(shù)。1.2、計(jì)算主要工況和各工況的主要計(jì)算內(nèi)容(1)、主要計(jì)算工況：主索、牽引索、錨碇按吊鋼管拱肋最重節(jié)段按右岸起吊、運(yùn)輸至索跨跨中、左岸拱腳段就位3個(gè)運(yùn)輸狀態(tài)分別進(jìn)行計(jì)算，共計(jì)算了3個(gè)工況，按最大受力控制設(shè)計(jì)；錨碇計(jì)算時(shí)，除考慮上述3個(gè)工況的最大作用力外，還綜合考慮了扣索在合攏段安裝階段(此階段扣索對(duì)錨碇作用力最大)對(duì)錨碇的作用力。扣索計(jì)算按吊拱腳段、吊拱腳段橫撐、吊第二段、吊第二段橫撐、安裝合攏段共

3、計(jì)算5個(gè)工況，取各工況的最大扣索力控制扣索和扣點(diǎn)連接部位的設(shè)計(jì)。拱頂橫撐安裝階段，因拱肋已合攏，扣索力不再增大，因而未再進(jìn)行計(jì)算。(2)、各工況的主要計(jì)算內(nèi)容：主索、工作索、扣索、起吊牽引索、主錨碇等的強(qiáng)度及變形計(jì)算。1.3、主要計(jì)算程序(1)、主索、工作索計(jì)算程序：采用自編的纜索吊裝主索計(jì)算程序，源程序在四川公路1996年第4期及1998年人民交通出版社出版的中國(guó)綜合運(yùn)輸體系發(fā)展全書(shū)上有刊載。(2)、扣掛及錨梁計(jì)算程序：采用通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件SAP2000版本V14.0。2、主索計(jì)算2.1、計(jì)算假定(1)、纜索自重荷載假定沿跨長(zhǎng)均布，屬于近似計(jì)算。(2)、按彈性變形理論計(jì)算，未考慮非彈性

4、變形。(3)、懸索是絕對(duì)柔性，任一截面均不能承受彎矩。(4)、跑車(chē)處于某一平衡狀態(tài)，即對(duì)纜索做靜力平衡計(jì)算。(5)、不計(jì)跑車(chē)、滑輪和纜索之間的摩阻力。2.2、計(jì)算原理及方法2.2.1、計(jì)算原理根據(jù)靜力平衡原理進(jìn)行計(jì)算，先假定主索初始垂度，計(jì)算重索垂度。初始(空索)垂度(F0)設(shè)計(jì)者自定以后，空索長(zhǎng)度(S0)為定值，在荷載作用下必然引起彈性伸長(zhǎng)，受載后的總長(zhǎng)度S應(yīng)等于空索長(zhǎng)度S0加上由于荷載引起的彈性伸長(zhǎng)值S，即S=S0+S。重索長(zhǎng)度有兩個(gè)途徑計(jì)算：一是按假設(shè)重索垂度，以圖形幾何關(guān)系算得S；二是按假設(shè)重索垂度，以計(jì)算主索內(nèi)張力得到彈性伸長(zhǎng)S算得重索長(zhǎng)度S=S0+S。當(dāng)SS(在要求的精度內(nèi))，則假

5、設(shè)重索垂度為所求解，其它需要值也即可解出。根據(jù)以上原理，利用BASIC語(yǔ)言編寫(xiě)了主索受力分析計(jì)算程序，程序中考慮了主索后拉索的彈性伸長(zhǎng)，同時(shí)考慮了在張力作用下分段纜索的弦弧差值，使計(jì)算結(jié)果盡量精確。2.2.2、計(jì)算方法(1)、文中部分符號(hào)含義A主索截面面積（平方毫米），1起吊岸主索后拉索與水平面夾角（度），2非起吊岸主索后拉索與水平面夾角（度），H兩岸塔頂高差（米、起吊岸低取正值，等高取零值），S主索吊重彈性伸長(zhǎng)量（米），T安裝期與吊運(yùn)期最大溫差（攝氏度，溫度升高取正值），E主索彈性模量（千牛/平方毫米）F0主索跨中安裝垂度（米），F(xiàn)1主索后點(diǎn)吊重垂度（米），F(xiàn)2主索前吊點(diǎn)吊重垂度（米），H1

6、0起吊岸塔頂空索水平力差（千牛、正值表示向河），H20非起吊岸塔頂空索水平力差（千牛、正值表示向河），H1起吊岸塔頂重索水平力差（千牛、正值表示向河），H2非起吊岸塔頂重索水平力差（千牛、正值表示向河），K主索安全系數(shù)，L吊裝跨徑（米），L1后吊點(diǎn)距起吊岸塔頂水平距離（米），L2前后兩吊點(diǎn)間水平距離（米、單吊點(diǎn)取零值），L3起吊岸主錨距塔架水平距離（米），L4非起吊岸主錨距塔架水平距離（米），Q主索單位重量（千牛/米），P起吊結(jié)構(gòu)重量（千牛、包括吊具及沖擊系數(shù)），S0主索初始索長(zhǎng)（米、包括后拉索長(zhǎng)度），S主索吊重索長(zhǎng)（米、包括后拉索長(zhǎng)度），TP主索破斷拉力（千牛），V10起吊岸塔頂空索豎直力（

7、千牛），V20非起吊岸塔頂空索豎直力（千牛），V1起吊岸塔頂重索豎直力（千牛），V2非起吊岸塔頂重索豎直力（千牛），St主索溫度伸縮量（米）。(2)、計(jì)算公式、空索計(jì)算 圖(1)示。先預(yù)設(shè)主索跨中安裝垂度F0（可設(shè)為L(zhǎng)/20L/30）則：相應(yīng)簡(jiǎn)支梁跨中彎距ML/2Q×L2/(8×cos)Q×L×/8跨間空索水平張力H0ML/2/F0Q×L×/(8×F0)跨間空索豎直力A岸：R10Q×L/(2×cos)H0×tgQ×/2H0×H/LD岸：R20Q×L/（2×

8、cos）+H0×tgQ×/2H0×H/L則：后拉索空索張力空索塔頂水平力差A(yù)岸：H10H0T10×cos1（正值表示向河） (1)D岸：H20H0T30×cos2（正值表示向河） (2)空索塔頂豎直力A岸：V10R10T10×sin1 (3)D岸：V20R20T20×sin2 (4)主索后拉索初始索長(zhǎng)A岸：AA直線段、S10L3/cos1 弦孤差、10Q2×L33/(24×T102×cos41) 見(jiàn)以下所附公式附：柔索弧長(zhǎng)計(jì)算公式圖(2)示、Sl+其中、弦弧差：Q2×L3/（24

9、15;H2） ×(l/L）2 Q2×L×l/（24×H2）式中：Q單位索重（KN/m） H水平張力（KN）D岸：DD直線段、S50L4/cos2弦孤差、50Q2×L43/(24×T202×cos42）跨間空索初始索長(zhǎng)S20+20L+H2/(2×L)+8×F02/(3×L)32×F04/(5×L3)則：空索初始長(zhǎng)度S0S10+S20+S50+10+20+50 (5)、重索計(jì)算 圖(3)示。設(shè)定前吊點(diǎn)重索垂度F2，相應(yīng)簡(jiǎn)支梁前后吊點(diǎn)彎矩B處：M1P×L1×1(

10、L1+L2/2)/L+ Q×L1×(1L1/L)×/2C處：M2P×(LL1L2)×(L1+L2/2)/L+ Q×(L1+L2)×1(L1+L2)/L ×/2因?yàn)楹奢d是豎向的，沿鋼索(跨間)全長(zhǎng)的水平分力為常數(shù)，則：HM1/F1=M2/F2因而：F1M1×F2/M2跨間重索豎直力A岸：R1P×1(2×L1+L2)/(2×L)+Q×/2H/LD岸：R2P×(L1+L2/2)/L+Q×/2+H×H/L則：鋼索張力主索最大張力TMax（T1、

11、T2、T3），即T1、T2、T3之中最大值，當(dāng)結(jié)構(gòu)位于跨中（L1+L2/2L/2）時(shí)，有：主索安全系數(shù) K=TP/T (6)吊重塔頂水平力差A(yù)岸：H1HT1×cos1（正值表示向河） (7)D岸：H2HT×cos2（正值表示向河） (8)吊重塔頂豎直力A岸：V1R1+T1×sin1 (9)D岸：V2R2+T3×sin2 (10)主索后拉索吊重索長(zhǎng)AA直線段、S1L3/cos1  弦弧差、1Q2×L33/(24×T12×cos41)DD直線段、S5L4/cos42弦弧差、5Q2×L43/(24&#

12、215;T32×cos42)跨間部分吊重索長(zhǎng)AB：直線段、S2 弦弧差、2Q2×L1×S22/(24×H2)BC：直線段、S3弦弧差、3Q2×L2×S32/(24×H2)CD：直線段、S4弦弧差、4Q2×(LL1L2)×S42/(24×H2)則：吊重索長(zhǎng)SS1+S2+S3+S4+S5+1+2+3+4+5 (11)主索吊重彈性伸長(zhǎng)值增量S(S1+S2+1+2)×(T1T10)+(S3+3)×(T2H0)+(S4+S5+4+5)×(T3T30)/(E×

13、;A) (12)主索溫度變形StS0×0.000012×T (13)(3)、判斷主索空索和重索情況計(jì)算完成后，則判斷重索長(zhǎng)度S是否與空索長(zhǎng)度S0加彈性伸長(zhǎng)值增量S加溫度變形St(若考慮溫度影響)之和相接近，即：SS0+S+St，若滿(mǎn)足，則假定的重索垂度F2合適；否則，重新假定重索垂度F2，重復(fù)步驟的計(jì)算，直到F2滿(mǎn)足要求為止。然后判斷主索安全系數(shù)K是否合適，若合適，結(jié)束計(jì)算；否則重新擬定初始垂度F0或增加運(yùn)輸主索數(shù)量A，重新進(jìn)行步驟(2)的全部計(jì)算，直到主索安全系數(shù)K滿(mǎn)足要求。2.3、程序流程及BASIC語(yǔ)言源程序（略）2.4、利用上述程序?qū)χ魉鲝埩爸魉鲗?duì)錨碇的作用力進(jìn)行

14、計(jì)算2.4.1、主索布置及主要技術(shù)參數(shù)布置2組352mm(6×37+FC)的麻芯鋼索作為主索，每組主索中心距橋軸線距離5.55m，正對(duì)拱肋軸線。主索公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1700MPa,單根鋼繩鋼絲截面積A=1003.8 mm2，鋼絲破斷拉力總和為1705KN，整條鋼絲繩的破斷拉力為T(mén)p1705×0.82(6×37+FC鋼絲繩破斷拉力折減系數(shù))1398.1KN。懸索跨度L336.58m，空索垂度f(wàn)016.0m。2.4.2、計(jì)算重量的確定經(jīng)計(jì)算，鋼管拱肋節(jié)段最大凈重量為22.6t；根據(jù)設(shè)計(jì)圖，單片橫梁為8.9m3，凈重量23.14t(按2.6t/m3計(jì)算)，計(jì)算重量為Gmax

15、22.6×1.2+532.12t321.2KN，5噸為吊具(含跑車(chē)、起吊滑車(chē)組、起吊牽引鋼繩)及配重，1.2為預(yù)制超重及沖擊系數(shù)。2.4.3、計(jì)算初始數(shù)據(jù)及計(jì)算成果鋼管拱肋按右岸彭酉公路位置起吊、左岸拱腳段就位、運(yùn)輸至索跨跨中共計(jì)算3個(gè)工況。利用上述程序計(jì)算各工況主索受力及對(duì)錨碇作用力，計(jì)算初始數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果如下：初 始 數(shù) 據(jù) 吊裝跨徑 336.58 米 前后兩吊點(diǎn)間水平距離(單吊點(diǎn)取零值) 20 米 起吊岸主錨距塔架水平距離 .01 米 非起吊岸主錨距塔架水平距離 .01 米 兩岸主索錨固點(diǎn)高差(起吊岸低取正值，等高取零值) 0 米 起吊岸主索后拉索與水平面夾角 0 度 非起吊岸

16、主索后拉索與水平面夾角 0 度 主索彈性模量 75.6 千牛/平方毫米 安裝期與吊運(yùn)期最大溫差(溫度升高取正值)-30 攝氏度 起吊結(jié)構(gòu)重量(包括吊具及動(dòng)力系數(shù)) 321.2 千牛 主索單位重量 .28308 千牛/米 主索破斷拉力 4185 千牛 主索截面面積 3011.4 平方毫米 擬定的主索跨中安裝垂度 16 米 主 索 計(jì) 算 結(jié) 果 空索情況: 空索跨中垂度F0= 16 米 空索初始長(zhǎng)度S0= 338.6172 米(不含后拉索回頭長(zhǎng)度) 空索最大張力T0= 255.0283 千牛 結(jié)構(gòu)后吊點(diǎn)距起吊岸塔架 78 米時(shí)的情況(右岸彭酉路位置起吊)： 1、不計(jì)溫度影響 后吊點(diǎn)垂度F1= 1

17、9.08776 米 前吊點(diǎn)垂度F2= 20.86355 米 跨間主索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 1118.937 千牛 主索最大張力T= 1154.628 千牛 起吊岸錨碇主索豎直力V1= 284.8607 千牛 非起吊岸錨碇主索豎直力V2= 131.6184 千牛 2、溫度降低 30 度時(shí) 后吊點(diǎn)垂度F1= 18.80354 米 前吊點(diǎn)垂度F2= 20.55288 米 跨間主索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 1135.85 千牛 主索最大張力T= 1171.026 千牛 起吊岸錨碇主索豎直力V1= 284.8607 千牛 非起吊岸錨碇主索豎直力V2= 131.6184 千牛 結(jié)構(gòu)

18、后吊點(diǎn)距起吊岸錨碇 222 米時(shí)的情況(左岸拱腳段就位): 1、不計(jì)溫度影響 后吊點(diǎn)垂度F1= 22.04391 米 前吊點(diǎn)垂度F2= 20.69448 米 跨間主索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 1168.404 千牛 主索最大張力T= 1198.978 千牛 起吊岸錨碇主索豎直力V1= 147.4408 千牛 非起吊岸錨碇主索豎直力V2= 269.0383 千牛 2、溫度降低 30 度時(shí) 后吊點(diǎn)垂度F1= 21.72534 米 前吊點(diǎn)垂度F2= 20.39541 米 跨間主索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 1185.537 千牛 主索最大張力T= 1215.681 千牛 起吊岸錨碇

19、主索豎直力V1= 147.4408 千牛 非起吊岸錨碇主索豎直力V2= 269.0383 千牛 結(jié)構(gòu)吊運(yùn)至跨中時(shí)的情況: 1、不計(jì)溫度影響 跨中主索最大垂度F= 23.61685 米 跨間主索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 1245.545 千牛 跨中主索最大張力T= 1262.833 千牛 主索安全系數(shù)K= 3.313978 起吊岸錨碇主索豎直力V1= 208.2395 千牛 非起吊岸錨碇主索豎直力V2= 208.2395 千牛 2、溫度降低 30 度時(shí) 跨中主索最大垂度F= 23.2897 米 跨間主索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 1263.041 千牛 跨中主索最大張力T= 1

20、280.093 千牛 主索安全系數(shù)K= 3.269295 起吊岸錨碇主索豎直力V1= 208.2395 千牛 非起吊岸錨碇主索豎直力V2= 208.2395 千牛 可見(jiàn)在鋼管拱肋吊運(yùn)至索跨跨中時(shí)，主索最大張力Tmax=1262.833KN，安全系數(shù)K=3.31，完全滿(mǎn)足規(guī)范主索張力安全系數(shù)不小于3的要求。2.5、主索應(yīng)力驗(yàn)算拱肋運(yùn)輸至跨中時(shí)主索張力最大，按此階段控制計(jì)算。2.5.1、考慮主索彎曲作用應(yīng)力Tmax/AnV×其中：主索最大張力：Tmax1262.833 KN。跑車(chē)輪作用處鋼索受到的垂直作用力V較大：V=321.2 KN。鋼索截面積： An3×1003.83011

21、.4 mm2。鋼索彈性模量：E75.6 KN/mm2。 主索作用滑輪數(shù)量：n12。代入上式得到：Tmax/AnV×0.5387 KN/mm2。主索鋼絲公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度：max1.7 KN/mm2。則、考慮主索彎曲作用應(yīng)力安全系數(shù)Kmax/1.7/0.53873.16>2，彎曲作用應(yīng)力安全系數(shù)滿(mǎn)足要求。2.5.2、考慮主索接觸作用應(yīng)力Tmax/AnCe×E×/D其中：鋼絲直徑：2.4 mm。滑輪直徑：D=400 mm。鋼索彈性模量折減系數(shù)：Ce=0.104+0.04×2d/D。鋼索直徑d52mm。代入上式得到：Tmax/An(0.104+0.04

22、5;2d/D)×E×/D0.4712 KN/mm2。則、考慮主索接觸作用應(yīng)力安全系數(shù)Kmax/1.7/0.47123.61>2 接觸作用應(yīng)力安全系數(shù)滿(mǎn)足要求。3、工作索計(jì)算工作索的計(jì)算原理和方法與主索相同，仍采用上述程序進(jìn)行計(jì)算。在每組主索旁靠?jī)?nèi)側(cè)1.34m位置各布置了1根47.5mm(6×37+FC)工作索。工作索公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1700MPa，破斷拉力為 1175KN。工作索安裝垂度f(wàn)014m。按最大吊重80KN(含配重及沖擊系數(shù))進(jìn)行控制。工作索按吊籃位于右岸彭酉路內(nèi)側(cè)、左岸公路內(nèi)側(cè)及索跨跨中共計(jì)算三種受力工況。計(jì)算初始數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果如下： 工 作 索 初

23、 始 數(shù) 據(jù) 吊裝跨徑 336.58 米 前后兩吊點(diǎn)間水平距離(單吊點(diǎn)取零值) 0 米 起吊岸主錨距塔架水平距離 .01 米 非起吊岸主錨距塔架水平距離 .01 米 兩岸錨固點(diǎn)高差(起吊岸低取正值，等高取零值) 0 米 起吊岸主索后拉索與水平面夾角 0 度 非起吊岸主索后拉索與水平面夾角 0 度 主索彈性模量 75.6 千牛/平方毫米 起吊結(jié)構(gòu)重量(包括吊具及動(dòng)力系數(shù)) 80 千牛 主索單位重量 .07943 千牛/米 主索破斷拉力 1175 千牛 主索截面面積 843.47 平方毫米 擬定的主索跨中安裝垂度 14 米 工 作 索 計(jì) 算 結(jié) 果 空索情況: 空索跨中垂度F0= 14 米 空索

24、初始長(zhǎng)度S0= 338.1464 米(不含后拉索回頭長(zhǎng)度) 空索最大張力T0= 81.44652 千牛 結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)距起吊岸塔架 72 米時(shí)的情況(彭酉路內(nèi)側(cè)): 吊點(diǎn)垂度F= 17.52065 米 跨間工作索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 301.6099 千牛 工作索最大張力T= 311.0999 千牛 起吊岸錨碇工作索豎直力V1= 76.25396 千牛 非起吊岸錨碇工作索豎直力V2= 30.48059 千牛結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)距起吊岸塔架 278 米時(shí)的情況(左岸公路內(nèi)側(cè)): 吊點(diǎn)垂度F= 15.89071 米 跨間工作索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 284.2871 千牛 工作索最大張力T

25、= 295.1786 千牛 起吊岸錨碇工作索豎直力V1= 27.29086 千牛 非起吊岸錨碇工作索豎直力V2= 79.4437 千牛 結(jié)構(gòu)吊運(yùn)至跨中時(shí)的情況: 跨中吊點(diǎn)最大垂度F= 22.43704 米 跨間工作索水平張力(即對(duì)錨碇水平最用力)H= 350.1527 千牛 跨中工作索最大張力T= 354.1963 千牛 工作索安全系數(shù)K= 3.31737 起吊岸錨碇工作索豎直力V1= 53.36728 千牛 非起吊岸錨碇工作索豎直力V2= 53.36728 千牛 可見(jiàn)索跨跨中工作索最大張力Tmax=354.196KN，安全系數(shù)K=3.32，滿(mǎn)足規(guī)范張力安全系數(shù)不小于3的要求。工作索吊運(yùn)重量實(shí)

26、際應(yīng)小于80KN，應(yīng)力安全系數(shù)計(jì)算略。4、起重索計(jì)算29.895KN。吊具(含跑車(chē)、起吊滑車(chē)組、起吊牽引鋼繩)及配重仍按5噸考慮。則單個(gè)吊點(diǎn)最大起吊重量為：36.205KN<0.7×50KN35KN。其中0.7為卷?yè)P(yáng)機(jī)有效系數(shù)。采用5噸卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊基本滿(mǎn)足要求。 KTP/F196.4/36.2055.42>5，滿(mǎn)足規(guī)范要求。=0.9mm，截面鋼絲面積An=141.16mm2，則：Ce=0.104+0.04×2d/D=0.104+0.04×2×19.5/350=0.10846。F/AnCe×E×/D36.205/141.160

27、.10846×75.6×0.9/3500.276 KN/mm2。則、接觸應(yīng)力安全系數(shù)：Kmax/1.7/0.2766.12>3 應(yīng)力安全系數(shù)滿(mǎn)足要求。后吊點(diǎn)垂度f(wàn)1=19.08776m，前吊點(diǎn)垂度f(wàn)2=20.86355m=112.536 KN。、吊運(yùn)至索跨跨中時(shí)前后吊點(diǎn)垂度f(wàn)1f223.61685m，=111.242 KN。、左岸拱腳段就位時(shí)后吊點(diǎn)垂度f(wàn)1=22.04391m，前吊點(diǎn)垂度f(wàn)2=20.69448m=110.425 KN。5、牽引索復(fù)核計(jì)算5.1、最大牽引力計(jì)算(計(jì)算一側(cè)牽引力)(1).895(.895(.895Wmax。5.2、牽引索安全系數(shù)計(jì)算則：FW

28、max/ (3+4+5)/(0.983+.984+.985)=41.876 KN<0.7×8056KN。5.2.KTP/F293.56/41.8767.01>5 滿(mǎn)足要求。5.2.鋼索彈性模量折減系數(shù)：Ce=0.104+0.04×2d/D。鋼索直徑d24mm，鋼絲直徑=1.1mm，滑輪直徑350mm。接觸應(yīng)力：F/AnCe×E×/D41.876/210.870.109486×75.6×1.1/3500.2246 KN/mm2。則、接觸應(yīng)力安全系數(shù)：Kmax/1.7/0.22467.57>3， 應(yīng)力安全系數(shù)滿(mǎn)足要求。5

29、.3、牽引索作用在錨碇上的外力計(jì)算(計(jì)算一組主索上的牽引作用)5.3.1、吊運(yùn)拱肋至索跨中時(shí)牽引索對(duì)兩岸錨碇作用力計(jì)算(1)、右 岸 W/(3+4+5)80.952/(0.983+.984+.985)=29.251 KN。.251.251.251=76.323 KN。(2)、左 岸.952=108.816 KN。5.3.2、拱肋在右岸起吊時(shí)牽引對(duì)兩岸錨碇作用力計(jì)算因起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)動(dòng)頭起幫助牽引作用，計(jì)算牽引力很小，忽略本階段牽引對(duì)錨碇的作用。5.3.3、左岸拱腳段就位時(shí)牽引對(duì)兩岸錨碇作用力計(jì)算(1)、右 岸.876.876=108.319 KN。(2)、左 岸.89=155.416 KN。6、鋼管

30、拱肋扣掛階段計(jì)算扣掛體系采用V14.0按空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。6.1、單元截面特征值計(jì)算、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及幾何模型6.1.1、材料及截面特性(1)、材料特性、鋼管拱肋及橫撐(Q345)材料特性 見(jiàn)圖(11)、扣索材料特性 見(jiàn)圖(12)圖(11) 鋼管拱肋及橫撐(Q345)材料特性數(shù)據(jù)表圖(12) 扣索材料特性數(shù)據(jù)表(2)、截面特性、鋼管拱肋上下弦桿截面特性上下弦桿為299×12鋼管，則其截面特性數(shù)據(jù)如圖(13)圖(13) 上下弦桿299×12鋼管截面特性數(shù)據(jù)表、鋼管拱肋腹桿截面特性腹桿為140×8鋼管，則其截面特性數(shù)據(jù)如圖(14)圖(14) 腹桿140×8鋼管

31、截面特性數(shù)據(jù)表、鋼管拱肋雙腹桿截面特性雙腹桿為2140×8鋼管，則其截面特性數(shù)據(jù)如圖(15)圖(15) 雙腹桿2140×8鋼管截面特性數(shù)據(jù)表、拱腳腹桿截面特性拱腳腹桿為180×12鋼管，則其截面特性數(shù)據(jù)如圖(16)圖(16) 拱腳腹桿180×12鋼管截面特性數(shù)據(jù)表、橫撐弦桿截面特性橫撐弦桿為110×10角鋼，其截面特性數(shù)據(jù)如圖(17)圖(17) 橫撐弦桿110×10角鋼截面特性數(shù)據(jù)表、橫撐腹桿截面特性橫撐腹桿為75×8角鋼，其截面特性數(shù)據(jù)如圖(18)圖(18) 橫撐腹桿75×8角鋼截面特性數(shù)據(jù)表、單根扣索截面特性扣

32、索為30mm鋼索(數(shù)據(jù)如圖(19)圖(19) 扣索截面特性數(shù)據(jù)表6.1.2、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化、約束及幾何模型(1)、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化及約束按空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，節(jié)段內(nèi)弦桿與腹桿之間的連接皆按固結(jié)考慮。在鋼管拱肋安裝過(guò)程中，拱腳為鉸接結(jié)構(gòu)，按鉸支點(diǎn)考慮，在第二段拱肋安裝扣掛過(guò)程中，第一段與第二段接頭按鉸接考慮，拱頂合攏段安裝時(shí)，因一、二段上下弦鋼管接頭以已通過(guò)接頭法蘭螺栓進(jìn)行連接，此階段一、二段接頭按固結(jié)考慮?？鬯靼磧啥算q接桿單元計(jì)入，與地面之間的連接按固定鉸。(2)、幾何模型SAP2000電算模型如圖(20)、圖(21)示。圖(20) 扣掛系統(tǒng)電算模型圖(20) 半跨電算模型局部放大圖(拉伸圖)6.2、

33、計(jì)算荷載、荷載模式及荷載工況6.2.1、計(jì)算荷載計(jì)算荷載主要為拱肋自重，風(fēng)纜初張力，計(jì)算合攏狀態(tài)時(shí)，按規(guī)范要求合攏段計(jì)入一半重量。拱肋自重由程序根據(jù)單元截面積及單位長(zhǎng)度重量由程序自動(dòng)記入，考慮橫撐連接板等因數(shù)，自重乘以1.1倍的修正系數(shù)。每道風(fēng)纜初張力按50KN計(jì)算，風(fēng)纜與地面夾角30º，水平投影與橋軸線夾角50º；則：每道風(fēng)纜產(chǎn)生的縱向水平荷載：HF=50×cos30°×cos50°=27.83KN；每道風(fēng)纜產(chǎn)生的豎向水平荷載：VF=50×sin30°=25KN。風(fēng)纜產(chǎn)生的橫向水平荷載按上下游互相平衡，計(jì)算時(shí)忽略

34、。拱頂段重量考慮1.1倍修正系數(shù)后為144.28KN，按作用在兩岸二段端頭共4個(gè)弦桿節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)作用豎向集中荷載為144.28/4=36.07KN。6.2.2、荷載模式設(shè)置兩個(gè)荷載模式，見(jiàn)圖(21)。荷載模式DEAD考慮自重及風(fēng)纜初張力，見(jiàn)圖(22)；荷載模式HL為考慮拱頂段重量作用在二段端頭的集中力，不再考慮自重荷載，見(jiàn)圖(23)。圖(21) 荷載模式圖(22) 荷載模式DEAD(考慮自重及風(fēng)纜初張力)(單位：KN)(風(fēng)纜初張力作用節(jié)點(diǎn)荷載局部放大圖)圖(23) 荷載模式HL(考慮拱頂段重量作用在二段端頭的集中力)(單位：KN)(拱頂段自重作用節(jié)點(diǎn)荷載局部放大圖)6.2.3、荷載工況如圖

35、(24)示，按非線性階段施工共分6個(gè)計(jì)算階段：階段1：添加拱腳段及拱腳段扣索，添加荷載為所添加部分自重及相應(yīng)風(fēng)纜初張力；階段2：添加拱腳段橫撐，添加荷載為所添加部分自重；階段3：添加第二段及第二段扣索，添加荷載為所添加部分自重及相應(yīng)風(fēng)纜初張力，此時(shí)將第二段與拱腳段在下弦連接點(diǎn)鉸接，上弦斷開(kāi)，使與施工情況一致，待二扣扣索收緊，二段吊點(diǎn)解除，再連接接頭法蘭螺栓，形成階段4；階段4：添加拱腳段與第二段接頭上弦短弦桿，形成接頭固結(jié)，添加荷載為所添加部分自重；階段5：添加第二段橫撐，添加荷載為所添加部分自重；階段6：添加拱頂段一半的自重荷載于兩岸二段前端。如圖(24) 非線性階段施工階段定義及階段數(shù)據(jù)圖

36、6.3、內(nèi)力電算結(jié)果及6.3.1、各工況(階段)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果各工況軸力計(jì)算結(jié)果填充圖見(jiàn)圖(25)，鋼管拱肋各單元剪力和附加彎矩皆較小，不做控制，因而不再示出。圖(25) 各扣掛階段軸力填充圖圖(25中)，STEP1對(duì)應(yīng)于階段1，STEP2對(duì)應(yīng)于階段2，STEP3對(duì)應(yīng)于階段3，STEP5對(duì)應(yīng)于階段5，STEP6對(duì)應(yīng)于階段6。綜合各工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，各構(gòu)件(單元)最大軸力統(tǒng)計(jì)如下：表(1) 各階段扣索力計(jì)算成果表（KN）岸 別右 岸左 岸扣掛階段一扣索力(T1)二扣索力(T2)一扣索力(T1)二扣索力(T2)吊拱腳段(STEP1)2×77.3472×75.672吊拱腳段橫聯(lián)(S

37、TEP2)2×82.0842×80.172吊第二段(STEP3)2×86.7062×123.8932×85.4262×120.634吊第二段橫聯(lián)(STEP5)2×89.6292×128.2192×88.2812×124.893安裝合攏段(STEP6)2×102.1782×146.9852×100.4922×143.345張力安全系數(shù)K4.663.244.743.32表(2) 各階段鋼管拱肋強(qiáng)度計(jì)算成果表（MPa）(各單元附加彎矩很小，計(jì)算時(shí)忽略)扣掛階段部

38、 位最大軸力Nmax(KN)應(yīng)力(MPa)許用應(yīng)力(MPa)吊拱腳段299×12弦桿-135.294200140×80腹桿30.208200180×12拱腳腹桿-117.249200吊第二段299×12弦桿-278.592-25.748200140×80腹桿54.83916.530200180×12拱腳腹桿-234.614-37.046200安裝合攏段299×12弦桿-432.028-39.929200140×80腹桿76.42723.037200180×12拱腳腹桿-276.909-43.7252006

39、.3.2、扣索張力安全系數(shù)計(jì)算及鋼管拱肋強(qiáng)度復(fù)核(1)、扣索安全系數(shù)計(jì)算扣索皆采用6×37+FC的麻芯鋼索，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1700MPa。拱腳段及第二段每肋皆采用230mm鋼索，破斷拉力Tp=2×476.01KN(鋼絲破斷拉力總和的0.82倍)?？鬯鲝埩Π踩禂?shù)：K=Tp/T1max(T2max)，從表(1)中可以看出，各扣索力皆在合攏段安裝階段為最大，張力安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果列于表(1)中，可見(jiàn)，各扣索安全系數(shù)皆滿(mǎn)足大于3的規(guī)范要求。(2)、鋼管拱肋強(qiáng)度復(fù)核鋼管拱肋強(qiáng)度：=Nmax/A，因附加彎矩很小，計(jì)算時(shí)忽略；單元截面面積A參考6.1.1中各單元截面特性數(shù)據(jù)表，鋼管拱肋強(qiáng)度

40、計(jì)算結(jié)果列于表(2)中，可見(jiàn)，鋼管拱肋在安裝過(guò)程中強(qiáng)度非常富余，因而不再進(jìn)行各受壓?jiǎn)卧€(wěn)定性計(jì)算。各單元剪力計(jì)算結(jié)果未示出，但各單元剪切強(qiáng)度皆很富余，不再計(jì)算。7、主錨碇計(jì)算兩岸根據(jù)現(xiàn)有地形地質(zhì)情況，臺(tái)尾即進(jìn)入現(xiàn)有公路，公路上方為坡度較陡的岸坡，因而我們?cè)O(shè)計(jì)吊裝系統(tǒng)時(shí)考慮兩岸皆不用索塔，懸索系統(tǒng)直接利用現(xiàn)有地形錨固于兩岸山體上；同時(shí)考慮山體覆蓋層較薄，下伏基巖強(qiáng)度及整體性較好，適合洞錨及錨索結(jié)構(gòu)，因而兩岸主錨碇設(shè)計(jì)為錨索分配梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)錨索錨固型鋼分配梁，再在分配梁上設(shè)置座(拉)板和錨固滑輪來(lái)錨固鋼索，座拉板與錨梁間采用M30高強(qiáng)螺栓(10.9S級(jí))進(jìn)行連接。其布置如圖(26)示。每岸主錨碇上

41、下游分離設(shè)置，中心距橋軸線5.55m(正對(duì)拱肋)，每個(gè)分離式主錨碇設(shè)計(jì)2×3束鋼鉸線錨索來(lái)固定型鋼分配梁，其中中間2×1束為1015.24鋼鉸線，外側(cè)2×2束為615.24鋼鉸線；錨索采用標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度Ryb1860MPa、Ey1.95×105MPa、松弛率滿(mǎn)足級(jí)要求的 15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。安裝鋼管拱肋時(shí)，主索錨固滑輪正對(duì)上下游拱肋軸線布置；扣索錨固滑輪設(shè)置于上下游距拱肋軸線2.5m位置，對(duì)稱(chēng)于拱肋軸線布置；工作索錨固滑輪布置于主索內(nèi)側(cè)1.34m位置。7.1、錨梁計(jì)算7.1.1、錨梁外作用力錨梁上作用力主要有主索，工作索，扣索及起吊牽引千斤索外力

42、，其力作用簡(jiǎn)圖如圖(27)示。根據(jù)前面計(jì)算的各工況(右岸起吊、運(yùn)輸至索跨跨中、左岸拱腳段就位)主索、工作索、扣索及起吊牽引索對(duì)兩岸錨碇的作用力進(jìn)行綜合分析，兩岸錨碇皆在拱肋運(yùn)輸至跨中時(shí)受力最大，右岸錨碇(一側(cè))所受最大拉力T=2295.300KN，其水平分力H=2245.558KN，豎直分力V=475.258KN；左岸錨碇(一側(cè))所受最大拉力T=2207.323KN，其水平分力H=2165.818KN，豎直分力V=426.037KN。因兩岸主錨碇結(jié)構(gòu)相同，因而僅取受力較大的右岸錨碇作為控制計(jì)算。先計(jì)算主索作用處外力P1h、P1V，共3根主索，每個(gè)作用點(diǎn)為1根主索力，另將吊運(yùn)至跨中時(shí)的起吊、牽引

43、千斤繩作用力平均分配在每個(gè)主索作用點(diǎn)上，根據(jù)懸索系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果，有：水平力：P1h=（1245.545主索+72.999牽引索+101.081起吊索）/3=473.208 KN；豎直力：P1v=（208.240主索+22.279牽引索+46.448起吊索）/3=92.322 KN。工作索作用位置：P2h=350.153 KN，P2v=53.367 KN。1扣扣索作用位置：T1h=102.178×cos20.0155°=96.006 KN；T1v=102.178×sin20.0155°=34.973 KN。1扣扣索作用位置：T2h=146.985×

44、cos12.8952°=143.278 KN；T2v=146.985×sin12.8952°=32.802 KN。7.1.2、錨梁內(nèi)力計(jì)算及強(qiáng)度復(fù)核采用通用結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件SAP2000V14.0按兩跨連續(xù)梁計(jì)算。單元材料采用Q235鋼材，材料及截面特性如下：(1)、單元材料及截面特性材料特性見(jiàn)圖(28)、材料特性見(jiàn)圖(29)。圖(28) 錨梁材料(Q235)特性數(shù)據(jù)表圖(29) 錨梁截面特性數(shù)據(jù)表(2)、計(jì)算模型按兩跨連系梁計(jì)算，計(jì)算模型見(jiàn)圖(30)。圖(30) 錨梁電算模型(主索作用位置局部放大圖)(3)、錨梁內(nèi)力及變形計(jì)算結(jié)果錨梁橫向彎矩見(jiàn)圖(31)、豎向彎矩見(jiàn)圖(32)、橫向剪力見(jiàn)(33)。圖(31) 錨梁橫向彎矩圖(KN-m)圖(32) 錨梁豎向彎矩圖(KN-m)圖(33) 錨梁橫向剪力圖(KN-m)錨梁最大橫向