懸索橋畢業(yè)設(shè)計(jì)(小跨吊橋設(shè)計(jì))

2003屆土木工程分院石家莊鐵道學(xué)院小跨吊橋設(shè)計(jì)土木工程土9901-9學(xué)生姓名李仁強(qiáng)石家莊鐵道學(xué)院土木工程分院導(dǎo)師姓名張志國導(dǎo)師職稱副教授1.熟悉懸索橋的一般構(gòu)造及其特點(diǎn)；2.掌握柔性吊橋的全橋設(shè)計(jì)方法，包括主索、橋面系、索塔等；1.設(shè)計(jì)荷載：人行3.5kN/m2,驗(yàn)算荷載汽-10級(jí)；3.風(fēng)力：基本風(fēng)壓500Pa;吊橋的主要控制參數(shù)等；第一周：查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行方案比選，完成各主要參數(shù)選取；第二至九周：進(jìn)行懸索橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第十至十二周：CAD繪圖并打印畢業(yè)設(shè)計(jì)；小跨吊橋設(shè)計(jì)土木工程土9901-9學(xué)生姓名李仁強(qiáng)本課題為小跨度吊橋設(shè)計(jì)。現(xiàn)代懸索橋以高速公路為契機(jī)，揭開了新的歷史篇章。從20世紀(jì)90年代起，已經(jīng)建成了汕頭海達(dá)國家和日本在大跨懸索橋的建設(shè)上更是世界領(lǐng)先。懸索橋相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)受力分析也很困難，在此背勁梁，考慮到本橋跨度相對(duì)較小，不設(shè)加勁梁。本橋全長(zhǎng)94m,分三跨對(duì)稱布置，根據(jù)橋址地形圖和當(dāng)?shù)刈匀粭l件選取主跨為68m邊跨各13m。本設(shè)計(jì)主要工作就是在此基礎(chǔ)上熟悉懸索橋的一般構(gòu)造和特點(diǎn)，掌握柔性吊橋的全橋設(shè)計(jì)方法，包括上面提到的所有各部結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)、用容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法進(jìn)行各部驗(yàn)算。我知道大跨懸索橋的建設(shè)，要經(jīng)過調(diào)研、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造和施工等階段，常常需要10年左右的時(shí)間。實(shí)際工作并不一定很順利。常常要反復(fù)進(jìn)行橋梁方案比選、論證析試算及工程造價(jià)的費(fèi)用估算、概算和預(yù)算。由于設(shè)計(jì)時(shí)間緊迫和本人水平有考慮不到之處和錯(cuò)誤。我會(huì)多查參考書和設(shè)計(jì)規(guī)范，多請(qǐng)教指導(dǎo)老師和同學(xué)，爭(zhēng)取把失誤控制到最小。我要通過這次設(shè)計(jì)全面復(fù)習(xí)過去學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，根據(jù)自己在設(shè)計(jì)知識(shí)盲點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)上，然后不斷學(xué)習(xí)需要的新的專業(yè)知識(shí)，成設(shè)計(jì)任務(wù)。姓名李仁強(qiáng)土木工程班級(jí)土9901-9學(xué)號(hào)小跨吊橋設(shè)計(jì)張志國副教授摘要本設(shè)計(jì)為公路(13m+68m+13m)三跨柔性懸索橋，主跨68m,邊跨對(duì)稱13m。Thesubjectofthisthesisisthedesignofasuspensionbridge,whichthearrangementfbridge,thesuspensionbridacrosswiderive,straitandgulf.Asahighlyredundantsystem,itisinevithearrangementofintern I 第一章緒論 11.2懸索橋的發(fā)展概況 3 5第二章懸索橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 6 2.2.1橋面系構(gòu)造 62.2.2橋面系縱、橫梁內(nèi)力計(jì)算 72.3主索和邊索的計(jì)算 2.3.2主索內(nèi)力計(jì)算 2.3.3邊索內(nèi)力計(jì)算 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 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 2.5.1抗風(fēng)索布置 2.5.3抗風(fēng)索錨碇的設(shè)計(jì) 2.6.3吊桿及連接件設(shè)計(jì) 2.7索夾設(shè)計(jì) 2.7.2U形環(huán)強(qiáng)度驗(yàn)算 2.7.3索夾凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算 2.8.1橋塔及基本尺寸 2.8.2橋塔計(jì)算 2.8.3橋塔基底應(yīng)力檢算 2.9錨碇設(shè)計(jì)橋塔基底應(yīng)力檢算 第三章設(shè)計(jì)總結(jié) 參考文獻(xiàn) 致謝 第一章緒論1.1懸索橋的分類、構(gòu)造及主要特點(diǎn)60年代英國提出了新型的懸索橋，突破了懸索橋的傳統(tǒng)形式。英國式懸索橋的1.2懸索橋的發(fā)展概況1.2.1中國懸索橋的發(fā)展歷程1.2.2歐洲懸索橋的發(fā)展歷程于1802年。1.2.3美洲懸索橋的發(fā)展歷程1.2.4日本懸索橋的建設(shè)綜上所述，國內(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)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)將因活載性理論減少1/2-1/10,因此，采用撓度理論來設(shè)計(jì)大跨懸索橋可比彈性理論大大節(jié)1.3.3有限位移理論1.4本文主要工作第二章懸索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2橋面系的計(jì)算2.2.1橋面系構(gòu)造縱梁間距0.35m采用114縱梁共12根I14鋼，衡梁全橋共18根I36b鋼圖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)支無限長(zhǎng)板，縱橫梁構(gòu)造如圖2-2采用《鋼橋》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①第一階段計(jì)算時(shí)縱梁有效寬度考慮到車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t?=0.7t又縱肋跨徑t=3.5m(橫肋間距),t=0.7×3.5=2.45m,汽車-10級(jí)的后輪荷載著地寬度2g=0.5m,根據(jù)在《鋼橋》圖1.32(b)圖2-2縱、橫梁布置曲線上查得查《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②第二階段計(jì)算時(shí)縱梁有效寬度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③橫梁橋面鋼板有效寬度按縱橫梁重疊的構(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)γ,可根據(jù)《鋼橋》2.2.2.2第一階段的計(jì)算汽-10加重車作用下，沖擊系數(shù)μ=0.3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《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)一基本資料》上冊(cè)(人民交通出版社，1976)表2—99]鋼板單位長(zhǎng)度重力：g?=0.54×0.01×78.5=0.4239kN/m截面幾何特性按有效寬度計(jì)算，重力同樣按有效板寬度0.54m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(1.39d)計(jì)算同樣的根據(jù)《鋼橋》公式(1.39c)計(jì)算m=0y=225cm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：縱梁支點(diǎn)o的彎矩，按荷載最不利布置，如圖2-5對(duì)稱o點(diǎn)布置。根據(jù)《鋼橋》公式(1.38a)計(jì)算支點(diǎn)o的彎矩(y=150cmt=350cm)圖2-5荷載布置圖圖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)稱布置最為不利如圖2-6橫載作用下梁跨中彎矩l=4.9mI字鋼橫梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重力g?=0.656kN/m(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第二階段的計(jì)算(考慮橫梁的彈性變形的修正)0。等值列于表2-1。表2-17m,η,,0支點(diǎn)編號(hào)012340n.It000(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》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)展開正弦分布荷載(取n=1)0123456輪輪計(jì)..02456表2-3的計(jì)算123456000000123456000000=130×3.5×0.35×0.313098261×01234567-.-.1123456輪計(jì)-.-.-.5763-.一.-.的計(jì)算0123456831000008l000000=130×3.5×0.35×0.313098261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(見表000000輪合計(jì)輪000 0用《鋼橋》公式1.120計(jì)算為此需先計(jì)算出同樣按一輛車對(duì)稱布載時(shí)圖2-6進(jìn)行計(jì)算，采用《鋼橋》公式1-3d——兩輪中心至橫梁支點(diǎn)距離，由于對(duì)稱布載Z——車輪中心線2分之1Z=0.9mX——橫梁彎矩位置?？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)算見表2-7表2-7表2-7670000Q00200代入△M式計(jì)算2.2.2.4彎矩和彎曲應(yīng)力計(jì)算恒載彎矩橫梁彈性變形的附加彎矩(縱梁彎矩修正值)橫梁彈性變形的附加彎矩：括號(hào)內(nèi)數(shù)字為不加修正時(shí)的支點(diǎn)彎矩下同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2.3.1基本參數(shù)計(jì)算矢跨比：主索在橋塔頂傾角：tanφ=0.421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3.5m內(nèi)計(jì)算)橫梁：鋼橋面板：4.4×3.5×0.01×78.5kN/m橋面鋪裝：4.4×3.5×0.06m×23.0kN/m沿橋半邊重力：主索重力：抗風(fēng)索：0.25kN/m2.3.2.2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3.9m(橫梁計(jì)算跨徑為4.9m),偏載車輪距車道0.5m,車輪距橫梁支點(diǎn)距離為1m,如圖2-7所示圖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,k=7.68kN/m。P=η(1+μ)K=0.612×1.36×7.68=6.392kN/m汽-10作用下主索水平拉力2.3.2.4主索水平拉力H=Hg+Hp=666.18+516.12.3.2.5主索在索鞍處最大內(nèi)力計(jì)算邊索傾角：安全系數(shù)2.4撓度驗(yàn)算溫度上升溫度下降荷載作用下主索彈性伸長(zhǎng)代入(2-3)式的全部鋼絲斷面積汽-10全跨布載時(shí)彈性伸長(zhǎng)Hp=516.15kNE=1.3×10?MPa=1.3×10?kN/rF=0.00497m2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f的變化得升溫時(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)由主索傳來的邊索活載拉力，可將主索傳來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Tp=Tp+g-Tg=1289.346-726恒載作用時(shí)△s左=0.0060+0.19179=0.0258m△s右=0.0060+0.19179=0.0258m2.4.3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)索曲線方程跨中為坐標(biāo)原點(diǎn))抗風(fēng)索平面與水平面成300角抗風(fēng)索矢高按主跨范圍內(nèi)為曲線范圍外為直線)抗風(fēng)索在跨端處的切線傾角將抗風(fēng)索的邊索與水平面夾角為φ取右邊索為例，推算各邊索夾角邊角實(shí)際長(zhǎng)度(抗風(fēng)索直線段)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3022',見圖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)算欄桿橋面系風(fēng)壓強(qiáng)度橋位處基本風(fēng)壓500pa0.5kN/m2,風(fēng)壓力W=0.5×53.2153÷66.5=02.5.2.2.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6×37有機(jī)物蕊的Φ28.5鋼繩，破斷拉力為386.00kN安全系數(shù)風(fēng)力為次要的可變荷載，對(duì)此已屬安全2.5.2.3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)上的力為從圖2-9得安全2.5.3抗風(fēng)索錨碇的設(shè)計(jì)圖2-10錨碇傾角安全系數(shù)錨碇拉桿設(shè)計(jì)安全采用2Φ32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0.5m×0.5m×2.6m按最低配筋率配筋：0.15%鋼筋總面積為選用8Φ18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，按平衡條件計(jì)算中性軸正截面強(qiáng)度公式a=4cmh?=50-4=46cm2.6.1吊桿形式和各部尺寸吊桿構(gòu)造見大圖2.6.2吊桿承受的荷載內(nèi)力抗風(fēng)索恒重：0.25kN最大吊桿自重估計(jì)：2.2kN由于橋窄(如圖1-2),不能偏載布置只能對(duì)稱布置，橫向分布系數(shù)η=0.5對(duì)任一吊桿，最不利位置為汽-10車輪作用于一吊桿處(見圖2-11)吊桿由上、下兩段組成，上段由一根軋制圓鋼通過上連接塊連接，下段由兩根軋制圓鋼與橫梁連接，以便在安裝和使用過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)吊桿長(zhǎng)度。下吊桿設(shè)計(jì)選用2Φ38的下吊桿、螺紋深度h=3.5mm,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Φ48上吊桿，螺紋深度h=4.5mm連接塊驗(yàn)算上連接塊驗(yàn)算A?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)2.7.2U形環(huán)強(qiáng)度驗(yàn)算U行環(huán)采用45號(hào)鑄鋼I-I截面拉應(yīng)力驗(yàn)算IⅡ-IⅡ截面剪應(yīng)力驗(yàn)算II-III截面剪應(yīng)力2.7.3索夾凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算I-I截面剪應(yīng)力驗(yàn)算IⅡ-IⅡ截面鋼銷對(duì)U形環(huán)的擠壓應(yīng)力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σ?=480kPa3.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)造見圖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15°℃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G?=25×7.05=176.25每個(gè)柱每個(gè)柱邊跨支反力估計(jì)200kN每根塔柱重力式橋墩(以南岸橋墩計(jì)算為例)表2-8活載靠近塔柱A(KN)B水平力垂直力垂直力合計(jì)索傳來的力汽車活載人行活載索鞍重力塔頂力的總合I-I斷面帽梁上柱橫梁下柱汽車荷載人群風(fēng)力合計(jì)墩身IⅡ-Ⅱ斷面IⅡ-Ⅱ斷面合計(jì)輥軸滾動(dòng)產(chǎn)生的摩阻力按下式計(jì)算對(duì)塔未計(jì)入溫度影響N?=1128.75計(jì)入溫度影響N?=1397.46得2.8.2.3橋塔內(nèi)力計(jì)算橋塔分別按順橋方向(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y——塔柱頂?shù)乃轿灰屏縞——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Ho溫=14.71kNH?=11.88kN塔頂與計(jì)算斷面間的位移以塔頂為原點(diǎn)y.值可采用近似公式計(jì)算(即將用級(jí)數(shù)展開)式中：h——塔柱高度18.57mx——塔頂?shù)接?jì)算斷面距離y?——塔頂水平位移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)算表續(xù)表2-9主橋支座偏心橋制動(dòng)力(kN)制動(dòng)力距計(jì)算斷面距離d(m)邊跨支座摩擦力f(kN)F距各斷面距離e(m)彎距組合I①+②+③+④+⑥彎距組合Ⅱ①+②+③+④+⑤+⑥正應(yīng)力摩應(yīng)力續(xù)表彎應(yīng)力橋塔橫向內(nèi)力計(jì)算系數(shù)計(jì)算圖2-12ab梁截面圖2-13cd梁截面主力計(jì)算(1)橫梁重力計(jì)算下橫梁c-d重力PRINTFORCELEMENTSOLUTIONPER*****POST1ELEMENTNODE1FX(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)度則主索風(fēng)壓力自上部結(jié)構(gòu)計(jì)算約得0.1kN/m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)力一半和來自橋上的風(fēng)力。帽梁本身風(fēng)力橫梁承受風(fēng)力主橋面及人行道迎風(fēng)面高h(yuǎn)=0.36+0.14+0.07+0.25=迎風(fēng)面積邊跨(3)風(fēng)力作用時(shí)的內(nèi)力的風(fēng)力距帽梁形心)則ansys計(jì)算結(jié)果如下：PRINTFORCELEMENTSOLUTI*****POST1ELEMENTNODETOTALFORCELIS(4)溫度降低及混凝土收縮引起的橋塔桿件內(nèi)力的計(jì)算最高溫度42?合攏溫度+20°溫度變化42-20=22℃混凝土收縮按相當(dāng)于降溫-15℃考慮，其計(jì)算溫度中橫梁對(duì)塔柱腳相對(duì)變位為將中橫梁兩端固定時(shí)，由于相對(duì)位移產(chǎn)生的固端彎距E=2.7×10?/1.5=1.9×104MPa代入(2-7)式ansys計(jì)算結(jié)果如下：12220.674-0.26766E-14-140.0934ELEM=6FX*****POST1ELEMENTNODETOTALFORCE121222322336525頂橫梁ab與柱相連處為一危險(xiǎn)截面，危險(xiǎn)截面距柱中心距離為60cm上橫梁的計(jì)算跨徑為590cm上橫梁重力正彎距g=45.94kN/m由表查桿端最大彎距M=-82.433kN·mM=82.433kN·m由圖2-15得圖2-15橫梁重力負(fù)彎距Mb=-82.433kN·m按極限狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)度檢算Mn=38.6-82.433=-43.83kN·m荷載組合按容許應(yīng)力法進(jìn)行驗(yàn)算在截面上緣配筋采用8Φ20下緣用10Φ25上緣鋼筋面積F'=25.13cm2h?=100-5=95cm下緣鋼筋截面積塔柱與橫梁cd的連接處應(yīng)力驗(yàn)算斷面處恒載彎距查表荷載組合按極限狀態(tài)法進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算按容許應(yīng)力法驗(yàn)算符合要求2.8.2.4橋塔塔柱設(shè)計(jì)斷面尺寸及鋼筋布置已在塔柱縱向計(jì)算中確定根據(jù)容許應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，柱邊緣出現(xiàn)拉應(yīng)力，屬大偏心構(gòu)件，現(xiàn)沿柱周邊配Φ20受力鋼筋如圖2-16所示立面截面8按單筋計(jì)算340×0.003769安全2.8.3橋塔基底應(yīng)力驗(yàn)算基底應(yīng)力檢算：安全錨碇的拉桿按六邊形均勻分布于200×150cm的范圍內(nèi)，其錨碇板為板長(zhǎng)6.4m寬3m厚1.5m的鋼筋混凝土板，混凝土標(biāo)號(hào)為20號(hào)，支承于全風(fēng)化斜長(zhǎng)片麻巖。計(jì)算數(shù)據(jù)主索最大拉力H?=666.18kNH?=516.15kN荷載組合：承托板采用20號(hào)混凝土，尺寸為640×300×150cm鋼筋采用Φ25承托板兩端支承于巖石上，承壓應(yīng)力σ=350kPa支承巖石抗剪力取70kPa承托板的計(jì)算承托板計(jì)算按等厚度簡(jiǎn)支板計(jì)算跨徑內(nèi)力計(jì)算正截面設(shè)計(jì)跨中截面主筋采用層80φ25鋼筋受拉鋼筋凈保護(hù)層取5cm中性軸位置按《橋規(guī)》式4.1.6-2計(jì)算單筋截面=12914.88kN>1707.04kN安全受壓區(qū)高度符合條件1/4處截面主鋼筋采用兩層50Φ25鋼筋安全受壓區(qū)高度符合條件斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算箍筋采用Φ8,間距@30cm每邊用14根Φ8,彎起鋼筋分兩斷設(shè)置。a——b假定采用30Φ25彎起鋼筋，按“橋規(guī)“式4.1.10-1驗(yàn)算強(qiáng)度如下：代入(2-8)式得Qk+Qw=3736.3+2124.8=5861.1kN>761.013kNbc段設(shè)6根彎起鋼筋，箍筋布置同前Qw=0.06×340×6×4.91×0.7071=424.96kNQx+Qw=2549.76kN>829.778kN錨碇基礎(chǔ)驗(yàn)算按現(xiàn)行《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ024-85)規(guī)定以容許應(yīng)力法計(jì)算。巖石承壓應(yīng)力驗(yàn)算承托板在巖石上的支承抗剪穩(wěn)定驗(yàn)算沿主索錨固斜面，洞室?guī)r層平均長(zhǎng)度10m巖石直接平均容許剪應(yīng)力為0.07MPa斜面抗剪驗(yàn)算豎直面抗剪驗(yàn)算令抗剪面所需要的錨洞的平均高度為取4m,安全考慮，上面加片石覆蓋水平面抗剪驗(yàn)算H=T?cosα=1289.346×0.91由于偏安全取10m計(jì)算設(shè)計(jì)一座橋梁包括以下幾個(gè)階段：橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)(方案設(shè)計(jì)),技術(shù)橋梁的未來發(fā)展方向是大跨、輕質(zhì)、美觀。懸索橋是迄今為止跨度最大的橋梁，[1]徐君蘭.橋梁計(jì)算示例集懸索橋[M].北京：人民交通出版社，1991[2]周遠(yuǎn)櫟徐君蘭.鋼橋[M].北京：人民交通出版社，1991[3]徐君蘭.懸索橋[M].北京：人民交通出版社，2001[4]小西一郎.鋼橋，第一分冊(cè)[M].北京：人民鐵道出版社，1981[5]尼爾斯J.吉姆辛.纜索承重橋梁[M].北京：人民交通出版社，1992[6]交通部.公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1999[8]錢冬生陳仁福.大跨懸索橋的設(shè)計(jì)與施工[M].成都：西南交大出版社，1999[9]劉健新胡兆同.大跨度懸索橋[M].北京：人民交通出版社，1996[11]馮忠居.基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社，2001[12]雷俊卿.懸索橋設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2002[13]周孟波.懸索橋手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2003[15]李富文.鋼橋[M].北京：中國鐵道出版社，1976題，在這里向他們表示深深的謝意!最后感謝家人對(duì)我的鼓勵(lì)和關(guān)懷!附錄1英文翻譯懸索的振動(dòng)前言1732年，PanielBernouli對(duì)一端懸掛的不可伸長(zhǎng)繩索振動(dòng)模型給出了解答。1781年分析》一書中公布于世。1820年，泊松給出懸索的一般運(yùn)動(dòng)方程，此方程在笛卡爾得出一個(gè)近似求解。1868年Routh對(duì)擺線懸索的對(duì)稱和不對(duì)稱垂非平面振動(dòng)的分析方法元的總剛度距陣，[K]和[M]均是2n×2n,距陣，將方程(3)代入(4),振動(dòng)方程變?yōu)榉N非平面振動(dòng)頻率如表1所示。Henghold和Russell運(yùn)用有限元方法建立懸索模型，非平面振動(dòng)頻率和振動(dòng)模型為研究懸索的非平面自由振動(dòng)，圖3給出了典型的懸索體系。體系共分成200個(gè)部分和50個(gè)單元，運(yùn)用上述分析方法，對(duì)不同弦長(zhǎng)可以計(jì)算出前四種振動(dòng)模型(兩個(gè)對(duì)稱和兩個(gè)不對(duì)稱)的振動(dòng)頻率。計(jì)算結(jié)果如圖4所示，其中，對(duì)于全范圍矢跨比的前四種振動(dòng)模型的振動(dòng)是采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的。從圖中可以明顯看出，對(duì)于張緊索(左手邊的曲線)來說，前四種振動(dòng)頻率是相當(dāng)不同的。典型模型的相應(yīng)形狀如圖5所示。當(dāng)體系變得松弛，比如矢跨比增加，那么非對(duì)稱模型振動(dòng)頻率持續(xù)減少，然而對(duì)于對(duì)稱模型，頻率最初減少過后，又象A點(diǎn)和B點(diǎn)那樣增加。對(duì)稱模型最后變成和非對(duì)稱模型相符合。這種現(xiàn)象，即我們所知的“模型交叉”,是由于在對(duì)稱模型中產(chǎn)生的附加張力而發(fā)生的，并且與體系的彈性直接相關(guān)。從模型交叉點(diǎn)開始，對(duì)稱模型發(fā)展出了兩個(gè)額外的nodal點(diǎn)，如圖6中所示，但非對(duì)稱模型在大體上沒有改變。隨著體系松弛度的增加，圖4中代表不同模型種類四條曲線變得多少有些平行，然而，對(duì)于非常大的松弛，對(duì)稱模型的頻率接近非對(duì)稱模型的頻率，圖7為當(dāng)f/L=0.45特征值時(shí)被放大的模型形狀。為了能將數(shù)字結(jié)果與可以得到的分析結(jié)論相對(duì)比，圖4所示的曲線在圖10中以另一種形式表示出來。在這種表示中，根據(jù)索端不同的傾斜角標(biāo)出不同的自然頻率。由于θ?≈1,可以使用弦的自然振動(dòng)理論。在這個(gè)理論中，自然頻率是由公式(9)得出的。式中T指弦的張力，由下面的公式得出，將方程(8)帶入(7)中，該式與圖10中所列的w'初始值非常符合。對(duì)于小傾角θ,可以運(yùn)用Irvine和Caughey提出的自由振動(dòng)線性理論，在這種理論中，體系被認(rèn)為是呈拋物線狀的，對(duì)稱模型的自然頻率由下面的非線性方程得出。式中w”和λ由下式得出：非對(duì)稱模型的自然頻率由方程(7)得出，此時(shí)n=2,4。在目前的體系中運(yùn)用此理論，結(jié)果顯示在圖10中可以看出來，盡管對(duì)于小的θ?角，分析結(jié)論的精確度降低了，這可以由下面的事實(shí)進(jìn)行解釋，即該理論假定用近似的拋物線來表示體系，對(duì)于較大的θ,角，這種表示不再精確，在這種情況下，因?yàn)樗髦械膹埩Σ淮?，可以假定體系是不可伸長(zhǎng)的，因此可以對(duì)不可伸長(zhǎng)的懸索的自由振動(dòng)使用分析結(jié)論，如前面已經(jīng)提到的，Pugsley針對(duì)懸索的前三個(gè)自然頻率得到了如下的半經(jīng)驗(yàn)公式：式中w,和w?與非對(duì)稱模型有關(guān)，w?與對(duì)稱模型有關(guān)，在目前的體系中使用這些公式，結(jié)果如圖10中所示，可以看出對(duì)于第一個(gè)模型(非對(duì)稱),當(dāng)0°<θ?<65°時(shí)，方程(13)是適用的，但大體上，結(jié)果變得不太精確。在第三個(gè)模型中(非對(duì)稱),當(dāng)θ?>35°時(shí)，從方程(15)中得到的頻率毫無準(zhǔn)確性。Saxon和Cahu對(duì)不可伸長(zhǎng)的纜索給出了一個(gè)更為精確的分析結(jié)論，在圖10中表示出了兩位作者給出的針對(duì)不同的θ,值的前四個(gè)模型振動(dòng)的自然頻率，可以看出，大體上結(jié)果比用方程(13)-(15)得出的更精確并涵蓋了更大范圍的體系松弛。然而，可以從圖11中看出，對(duì)于非常大的θ?值，結(jié)果的精確度喪失了。通過比較不同的模型，分析結(jié)論的精確度，很明顯的，模型數(shù)字越大，即頻率越大，結(jié)果也越準(zhǔn)確。由于漸近的分析結(jié)論對(duì)振動(dòng)周期的第二階段存在準(zhǔn)確性，所以這樣的結(jié)果是可以預(yù)料的。分析圖7時(shí)，可以很有趣地注意到在響應(yīng)的對(duì)稱和反對(duì)稱模型中，體系的右半部分的模型形狀間的相似性，把幾種模型形式放在一起，可以發(fā)現(xiàn)隨著矢跨比趨向無窮，這種相似性增加了，這說明在fll=0.5這一界點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的對(duì)稱和反對(duì)稱模型對(duì)體系的半幅模型是完全一樣的。為了證明這一點(diǎn)，我們考慮了模型處于同樣條件下的體系的自由振動(dòng)情況(圖8)假定平衡的細(xì)小擺動(dòng)非常小，因此忽略非線性條件，就得到了運(yùn)動(dòng)方程如下：分。假設(shè)是一個(gè)調(diào)和的運(yùn)動(dòng)，方程(16)變換為一個(gè)由下面的第二階段微分方程定義的特征值問題。方程(18)能由數(shù)值解，分析的結(jié)果表明在反對(duì)稱模型中，體系的兩個(gè)半幅均向相同的方向運(yùn)動(dòng)，而在對(duì)稱模型中，兩個(gè)半幅向相反的方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)果也證實(shí)了在相應(yīng)的對(duì)稱和反對(duì)稱模型對(duì)中體系的半幅模型形狀不存在區(qū)別。它也表明兩種模型都有相同的自然頻率。Goodey注意到了這一點(diǎn)，并且提出了當(dāng) 時(shí)另一個(gè)交叉點(diǎn)。平面外振動(dòng)的分析方法如圖12,設(shè)有一小段AB,它產(chǎn)生形變后的幾何形狀A(yù)'B'的運(yùn)動(dòng)方程可以寫為(圖度方向T是在體系處于靜態(tài)平衡狀態(tài)下的體系張力?！鱐是在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的附加張力。假定運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)部分可以忽略，對(duì)圖13進(jìn)行幾何考慮可以得到：方程(21)給出了運(yùn)動(dòng)過程中體系中產(chǎn)生的附加張力，假定纜索由線性彈性材料制成，則附加張力可以由下式得出：將方程(22)代入方程(19)中得：考慮到在垂直平面內(nèi)只存在微小的擺動(dòng)，方程(23)中的第二項(xiàng)可以忽略不計(jì)，則運(yùn)動(dòng)的線性方程為：考慮體系中的彈性那么將方程(25)代入(24)得：對(duì)于一個(gè)彈性的懸鏈線體系，可以得到拉力T由下式得出：式中H是纜索拉力的水平部分假定項(xiàng)為一個(gè)調(diào)和的運(yùn)動(dòng)。b?=1.0b?=0.0振動(dòng)的平面外自然頻率及模型不可拉伸纜索自然頻率的閉合形式解因此，不可拉伸懸索的第二個(gè)(對(duì)稱)和第三個(gè)反(反對(duì)稱)自然頻率的近似公式由下式給出：在圖18中，用方程(47)-(49)計(jì)算的自然頻率根據(jù)顯，推薦的公式能較好地估算出，不可拉伸體系的平面內(nèi)自然頻率。應(yīng)當(dāng)注意到，因?yàn)樵诜磳?duì)稱模型中，彈性不會(huì)在體系中產(chǎn)生任何附加應(yīng)力，它對(duì)自然頻率的影響可以忽略。因此，方程(47)和(49)也適用于可拉伸的纜索。對(duì)于對(duì)稱模型，彈性的影響不可忽略，因此方程(48)不適用。然而，從圖10中可以注意到，拉伸纜索。平面外振動(dòng)因此，懸索前4個(gè)平面外自然頻率的近似公式為：在圖19中，由方程(55)~(58)算出的自然頻率根據(jù)不同的角度用坐標(biāo)標(biāo)出，明顯地，推薦的公式能很好地估算不可拉伸體系地平面外自然頻率。對(duì)于輕微地振動(dòng)，在擺動(dòng)時(shí)，彈性不會(huì)產(chǎn)生附加張力，因此它對(duì)自然頻率的影響可以忽略不計(jì)，且方程(55)~(58)結(jié)論可以看出，對(duì)于懸索的平面內(nèi)和平面外的自然頻率，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)性或分析性解決方法，能在有限的失跨比范圍內(nèi)得到一個(gè)很好的近似結(jié)果，但涵蓋整個(gè)矢跨比范圍的解決方法是不存在的，基于Rugsleg推薦的公式，可以得到適用于比較大的矢跨比范圍的自然頻率的準(zhǔn)確閉合解。附錄2設(shè)計(jì)圖紙共7張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙，1張手工圖6張CAD圖小跨吊橋設(shè)計(jì)土木工程分院土木工程李仁強(qiáng)指導(dǎo)教師：張志