畢業(yè)設(shè)計(jì)---永定河橋設(shè)計(jì)

《畢業(yè)設(shè)計(jì)---永定河橋設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)---永定河橋設(shè)計(jì)（136頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

永定河斜拉橋設(shè)計(jì) 中文摘要 斜拉橋作為一種橋面體系受壓，支撐體系受拉的橋型因其外形挺拔、受力明確和施工工序簡(jiǎn)單受到越來越大的關(guān)注。不僅如此斜拉橋?qū)τ诳癸L(fēng)和抗震穩(wěn)定性都具有明顯優(yōu)勢(shì)。 對(duì)此，正致力于大力完善交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展中國(guó)家更迫切需要一些既能從外觀上改善交通風(fēng)貌，又能達(dá)到節(jié)約資金和人力的合適橋型，斜拉橋更是不二之選。 本文以鋼箱主梁斜拉橋?yàn)槔鶕?jù)具體的實(shí)例完成從橋梁總體布置、主梁橋塔選型、拉索和錨固到主梁預(yù)應(yīng)力體系和輔助墩的設(shè)計(jì)。對(duì)于斜拉橋這種高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系采用結(jié)構(gòu)有限元軟件MIDAS CIVIL計(jì)算。 利用軟件分析永久作用和可變作用。永久作用考慮體系自重恒載、鋪裝等二期恒載、預(yù)應(yīng)力荷載、混凝土收縮徐變和地基不均勻沉降。利用非線性施工階段分析方法正裝得到斜拉橋成橋狀態(tài)。 可變作用考慮車輛荷載人群荷載、溫度作用、風(fēng)荷載作用等。模型中的活載計(jì)算前要將車載按照規(guī)范計(jì)算出橫向分布系數(shù)、多車道折減系數(shù)和跨徑影響系數(shù)等。溫度作用按梁塔及拉索整體升溫考慮。風(fēng)荷載按照規(guī)范在梁塔索分別施加橫橋風(fēng)荷載。 利用恒活荷載承載極限狀態(tài)下的兩種組 合校核主梁各個(gè)截面。荷載組合后的拉索力進(jìn)行手工校核后滿足安全系數(shù)2.5的規(guī)范要求。 最后對(duì)斜拉橋的行車道板和橫隔梁進(jìn)行局部應(yīng)力驗(yàn)算和預(yù)應(yīng)力、普通鋼筋設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋 索力調(diào)整 材料非線性 結(jié)構(gòu)靜力電算 外文摘要 Design of a Cable-stayed Bridge Abstract Cable-stayed bridge, a special kind of bridge which has pigeonholed bridge floor system and drawn support system is receiving more and more loud concern for its tall and straight appearance, clear structure and simple process of construction. Furthermore cable-stayed bridge even has more advantage over other sorts of bridge when it comes to the stability in wind and earthquake. Since this kind of bridge could do help to improve the impression of the traffic system and lower the cost of money and labor, cable-stayed bridge is second to none for the developing countries struggling to complete their traffic nets. This article is based on an example of steel deck cable stayed bridge. The process of design includes layout of bridge, main girder, tower, cable, girder prestressing force system and the assist mound. Since the bridge is a hyperstatic structure the structural finite element software MIDAS CIVIL is utilized for calculation. Permanent and variable actions are calculated by soft ware. Permanent action includes System permanent gravity, the second stage of permanent decorating etc., prestressing force load, concrete shrinkage and the subsidy of foundation. Spend the analytical method of stage of non-linear construction installing and getting cable-stayed bridge into the state of the bridge. Variable action includes vehicle loads, crowds’ loads, the temperature function, wind load function etc. Two-dimensional model needs car-mounted to calculate according to norm horizontal to distribute coefficient, lane roll coefficient of reducing etc. Temperature function consider about the whole bridge. Wind load is valued as vertical wind separately at roof beam and tower. All the sections of the main beam are checked under the two kinds of associations at the terminal state. The cable strength loaded is checked by hand to make sure they all meet the requirement of standardizing of safety coefficient 2.5. In the end the runway board and prestressing force of reinforcing bar through the roof beam are checked and designed separately. Key words: Prestressing Concrete Cable-stayed Bridge cable strength adjustment non-linear material static analysis 132 目錄 中文摘要 1 外文摘要 3 1.緒論 4 1.1課題背景……………………………………………………………………4 1.1.1國(guó)外斜拉橋梁近代創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論及實(shí)例 4 1.1.2國(guó)內(nèi)斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展 6 2.設(shè)計(jì)基本資料 7 2.1橋位…………………………………………………………………………7 2.2水文地質(zhì)條件………………………………………………………………8 2.2.1水文 8 2.2.2氣象 8 2.2.3地質(zhì)條件 9 2.3設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范…………………………………………………10 2.3.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 10 2.3.2設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及參考規(guī)范 11 2.4橋型方案總體設(shè)計(jì)……………………………………………………….11 2.4.1橋跨布置設(shè)計(jì)過程 11 2.4.2根據(jù)斜拉橋的特點(diǎn)確定索塔的形式和塔高 14 2.4.3橋塔的形式 14 2.4.4橋塔的橫向形式 15 2.5主要材料…………………………………………………………………...18 2.5.1鋼材 18 2.5.2高強(qiáng)螺栓 18 2.5.3焊接材料 19 2.5.4斜拉索 19 2.5.5混凝土 20 2.5.6普通鋼筋 20 2.5.7預(yù)應(yīng)力鋼筋 20 3.主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3.1橋跨布置設(shè)計(jì)………………………………………………………………21 3.2主梁設(shè)計(jì)……………………………………………………………………22 3.2.1主梁橫斷面形式及斷面尺寸擬定 22 3.2.2主梁梁段的劃分 23 3.2.3主梁斷面尺寸的擬定 24 3.2.4主梁的預(yù)應(yīng)力體系 24 3.3索塔設(shè)計(jì)…………………………………………………………………....25 3.3.1索塔構(gòu)造形式及斷面尺寸 25 3.3.2索塔基礎(chǔ) 27 3.4斜拉索設(shè)計(jì)…………………………………………………………………28 3.4.1斜拉索構(gòu)造 29 3.4.2錨具 29 3.4.3錨固區(qū)構(gòu)造 30 3.4.4拉索的下料長(zhǎng)度 31 3.5附屬構(gòu)造物設(shè)計(jì) 31 3.5.1橋面鋪裝 31 3.5.2伸縮縫 32 4.結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算分析 33 4.1計(jì)算方法概述………………………………………………………………33 4.2模型建立……………………………………………………………………33 4.3加載需要的基本參數(shù)………………………………………………………34 4.3.1永久作用基本參數(shù) 35 4.3.2可變作用基本參數(shù) 36 4.4結(jié)構(gòu)靜力分析與尺寸校核…………………………………………………39 4.5索力確定與調(diào)整方案………………………………………………………39 4.5.1索力優(yōu)化概念與控制因素 40 4.5.2斜拉索預(yù)施初拉力計(jì)算 41 4.5.3剛性支座（如圖） 42 4.5.4斜拉索的預(yù)張拉力初擬計(jì)算結(jié)果 43 4.6永久作用……………………………………………………………………45 4.6.1體系自重恒載模擬 46 4.6.2主梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì) 47 4.6.3混凝土收縮徐變 48 4.6.4地基沉降作用 52 4.7可變作用……………………………………………………………………54 4.7.1汽車荷載加載分析 54 4.7.2溫度荷載計(jì)算 57 4.7.3風(fēng)荷載驗(yàn)算 58 4.8荷載組合……………………………………………………………………60 5.局部構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算 97 5.1主梁行車道板應(yīng)力計(jì)算……………………………………………………97 5.1.1整體單向板恒載計(jì)算 98 5.1.2橋面板配筋計(jì)算 98 6.結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析 100 6.1反應(yīng)譜法抗震計(jì)算綜述…………………………………………………..100 6.2預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋抗震分析…………………………………………..101 6.2.1反應(yīng)譜工況定義 101 6.2.2輸入反應(yīng)譜函數(shù) 101 6.2.3定義反應(yīng)譜荷載工況 103 6.2.4反應(yīng)譜分析結(jié)果 103 結(jié)論 108 致謝 109 參 考 文 獻(xiàn) 110 外文資料翻譯(附原文) 112 1.緒論 斜拉橋又稱斜張橋，這種橋型在國(guó)外的具體應(yīng)用是從20實(shí)際70年代開始的，在90年代發(fā)展迅猛?？梢哉f大跨徑斜拉橋的誕生顛覆了人們的固有觀念——即只有懸索橋才適用于大跨徑的范圍。 斜拉橋特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：比懸索橋重量輕，經(jīng)濟(jì)（相對(duì)于懸索橋）；跨度大；較好的抗風(fēng)穩(wěn)定性；缺點(diǎn)：多次超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜；索與梁或塔的連接構(gòu)造比較復(fù)雜；施工中高空作業(yè)比較多，且施工控制等技術(shù)要求嚴(yán)格 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學(xué)習(xí)階段,是深化、拓寬、綜合教和學(xué)的重要過程,是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)知識(shí)的全面總結(jié)。本組畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為《永定河橋梁設(shè)計(jì)》。在畢業(yè)設(shè)計(jì)前期，我溫習(xí)了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《鋼筋混凝土》、《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》等知識(shí)，并查閱了《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》、《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》等規(guī)范。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，我們通過所學(xué)的基本理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本組全體成員齊心協(xié)力、互助合作，發(fā)揮了積極合作的團(tuán)隊(duì)精神。在畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)手稿的電子排版整理，并得到張宏濤老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，在此我表示衷心的感謝 1.1課題背景 1.1.1國(guó)外斜拉橋梁近代創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論及實(shí)例 在18世紀(jì)德國(guó)人就提出過用木質(zhì)斜張橋的方案。1817年英國(guó)加成了一座跨徑34m的人行木質(zhì)斜張橋，橋塔是鑄鐵的，纜索實(shí)用鋼絲。以后英法德等國(guó)均曾修建過一些木制斜張橋，但這些結(jié)構(gòu)都經(jīng)不住時(shí)間的考驗(yàn)。主要原因是限于當(dāng)時(shí)的工業(yè)水平，纜索只能用鐵絲或鐵絲繩。1824年英國(guó)在Nieburg跨越sale河修建了一座用鐵鏈條河鑄鐵桿做拉索的斜拉橋，跨徑78m但在竣工一年后倒坍，造成50人喪生。 1930年一位法國(guó)著名工程師Navier在研究了過去這些橋梁的事故之后，聲稱斜拉橋的概念是模糊不清的，并宣布斜拉橋的死刑。Navier認(rèn)為毀壞的原因是由于沒有精確計(jì)算力的變化過程。他構(gòu)思的過程是用懸索橋和斜拉橋相互結(jié)合的方案其中最著名的就是紐約的Brooklyn橋。 1938年，德國(guó)的Dischinger采用了Navier的意見設(shè)計(jì)了在漢堡跨易北河的一座鐵路橋，該橋懸索部分與斜拉部分清楚的分開。 實(shí)際上在十八十九世紀(jì)的斜拉橋毀壞的原因主要是應(yīng)為鏈條難于拉緊，這導(dǎo)致鏈條產(chǎn)生較大的垂度，當(dāng)橋梁承擔(dān)荷載時(shí)發(fā)生很大變形，主梁出現(xiàn)二次應(yīng)力重分布，當(dāng)應(yīng)力超過承載極限時(shí)橋梁必然毀壞。 二次世界大戰(zhàn)后，Dischinger設(shè)計(jì)了世界上第一座現(xiàn)代化的大跨斜拉橋，瑞典的Stromsund橋，主跨182.6m。這里放棄了他原先提出的懸索加斜拉的體系。真正意義上的斜拉橋開始萌生與世界各地 圖1.1 瑞典的Stromsund橋 1.1.2國(guó)內(nèi)斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展 我國(guó)古代用藤和竹子建成的吊橋形式，還未發(fā)現(xiàn)斜拉形式，但在我國(guó)古代戰(zhàn)爭(zhēng)期間在城墻外面的護(hù)城河上架設(shè)的可以開啟的橋梁應(yīng)該屬于斜拉式。 斜拉橋正式在我國(guó)起步開始于1975年重慶市云陽(yáng)縣跨徑76m的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。1982年我國(guó)山東省建成濟(jì)南黃河大橋，其主跨220m，為雙塔雙鎖面扇形布置拉索的混凝土斜拉橋，采用懸臂現(xiàn)澆混凝土的施工工藝。 1991年上海建成的南浦大橋主跨423m，為雙塔雙索面扇形拉索不值得組合梁斜拉橋。主梁采用箱型和工字型橫梁以及混凝土橋面板組成的復(fù)合式斷面；為提供結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力采用了鉆石型的索塔。 自九十年代開始我國(guó)斜拉橋設(shè)計(jì)技術(shù)日漸上升，截止到2006年，我國(guó)跨徑大于200m的斜拉橋已有70余座，跨徑超過400m的有30座，這充分表明我國(guó)斜拉橋建設(shè)水平已經(jīng)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。 自我國(guó)獨(dú)立建成若干大跨度跨江、跨海斜拉橋后，設(shè)計(jì)和施工水準(zhǔn)迅猛提高。在基于科技水平和綜合國(guó)力日益上升的前提下，創(chuàng)新美觀的橋型供不應(yīng)求。斜拉橋橋型優(yōu)美，施工耗材少，隨著設(shè)計(jì)的優(yōu)化性和經(jīng)濟(jì)性，斜拉橋正向著中小跨度普及。城市立交橋、高速公路橋、公鐵兩用橋甚至人行橋都大量出現(xiàn)斜拉橋的身影。斜拉橋索面、塔形、梁的設(shè)計(jì)比其他橋型選擇性更強(qiáng)，這種其他橋型難以取代的優(yōu)勢(shì)不斷的提高斜拉橋的競(jìng)爭(zhēng)力。 修建大量美觀的斜拉橋不但能創(chuàng)造更多的城市地標(biāo)，代言城市形象，更能將我國(guó)的交通整體外觀風(fēng)貌帶入現(xiàn)代化，高科技化的國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家水平。 2.設(shè)計(jì)基本資料 2.1橋位 永定河位于北京的西南部。全河流經(jīng)山西、內(nèi)蒙古、河北、北京、天津五省市，入渤海，全長(zhǎng) 740 多公里（含永定新河），是海河水系北系的最大河流，流域面積為 47016 平方公里。 永定河發(fā)源于山西省寧武縣管涔山，流經(jīng)內(nèi)蒙古、河北，經(jīng)北京轉(zhuǎn)入河北，在天津匯于海河至塘沽注入渤海。永定河全長(zhǎng)548公里，自門頭溝區(qū)三家店流入石景山區(qū)后，流經(jīng)五里坨、麻峪、龐村、水屯等地，經(jīng)衙門口村南流入豐臺(tái)區(qū) 上游有兩大支流，南為桑干河，發(fā)源于山西省寧武縣 管涔山；北為洋河，發(fā)源于內(nèi)蒙古興和縣，匯合于河北省朱官屯，開始稱永定河。發(fā)源于北京延慶縣的媯水河也流入永定河。 上游處在太行山、陰山、燕山余脈、內(nèi)蒙古黃土高原，海拔 1500 米 以上，植被、地形、氣候條件差，有八個(gè)產(chǎn)沙區(qū)，土壤侵蝕嚴(yán)重是永定河水泥沙含量極大的主要來源。 官?gòu)d山峽及下游上段是北京段，流經(jīng)門頭溝區(qū)、石景山區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、房山區(qū)、大興區(qū)五個(gè)區(qū)。由官?gòu)d水庫(kù)至門頭溝三家店，長(zhǎng)度 108.7 公里 ，平均海拔 500 － 100 米 ，短距離內(nèi)落差從 450 米 降至 100 米 ，山巒重疊，溝谷曲曲彎彎，坡度變化大，水流湍急。 下游從三家店出山，入京津平原到渤?？冢纬晒诺篮闆_積扇面，海拔在 25 米 至 100 米 之間，在近 80 公里 的流程中水流相對(duì)平緩，泥沙大量沉積，至河床高于地面，歷史上改道多次，極易發(fā)生漫溢決口。1985 年永定河被國(guó)務(wù)院列入全國(guó)四大防汛重點(diǎn)江河之一。 2009年，北京市政府決心整治已斷流多年的永定河，其目標(biāo)是使這條因人類過度使用而斷流的河流重新有水，并在170公里北京段恢復(fù)流水，尤其是在37公里城市段形成六大湖面和十大公園，再輔以河道內(nèi)外園林生態(tài)綠化，使河流重新成為景觀。 2.2水文地質(zhì)條件 2.2.1水文 基本干枯。 此處橋址為典型長(zhǎng)年干枯河谷地質(zhì)條件 圖2.1 永定河橋地質(zhì)剖面圖 2.2.2氣象 橋位區(qū)地勢(shì)平坦，橋址地區(qū)位于大陸性季風(fēng)氣候區(qū) 氣溫：年極端最高氣溫45攝氏度，極端最低氣溫為零下20.6攝氏度，年平均氣溫為13.3攝氏度， 風(fēng)：(10年一遇)設(shè)計(jì)風(fēng)速 2.2.3地質(zhì)條件 橋位處現(xiàn)況：地面高75.81～88.71米。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、取樣及原位測(cè)試成果，按地層沉積年代、成因類型，將擬建場(chǎng)地地面以下59米勘探深度范圍內(nèi)的地層劃分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀(jì)沉積層、第四紀(jì)坡殘積層和太古代巖層。從空間分布規(guī)律上，按地層巖性及土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步劃分為11個(gè)大層，各巖土層的基本巖性特征如下： 表層為人工堆積的卵石填土①層，填土總厚度0.30～6.00米； 于標(biāo)高61.27～62.82米以下為新近沉積的卵石②層，夾細(xì)砂②1層； 于標(biāo)高57.74～59.42米以下為新近沉積的卵石③層； 于標(biāo)高53.88～55.42米以下為第四紀(jì)沉積的卵石④層； 于標(biāo)高48.46～49.42米以下為第四紀(jì)沉積的卵石⑤層，夾漂石⑤1層； 于標(biāo)高42.08～43.92米以下為第四紀(jì)沉積的卵石⑥層，夾粗砂⑥1層； 于標(biāo)高34.42～37.29米以下為第四紀(jì)坡殘積的碎石、角礫⑦層； 于標(biāo)高20.61～30.07米以下為太古代的全～強(qiáng)風(fēng)化角閃片麻巖⑧層； 于標(biāo)高18.01～21.87米以下為太古代的強(qiáng)風(fēng)化角閃片麻巖⑨層； 于標(biāo)高13.61～18.89米以下為太古代的中等風(fēng)化角閃片麻巖⑩層； 于標(biāo)高11.61～14.89米以下為太古代的微風(fēng)化角閃片麻巖⑾層。 地下水為上層滯水和承壓水，上層滯水標(biāo)高為72.71～85.41（埋深3.1～3.3米），承壓水標(biāo)高為58.81～70.01（埋深17.0～18.7米），地下水對(duì)混凝土無侵蝕作用，但在干濕交替情況下，地下水中的介質(zhì)氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有弱腐蝕性。 場(chǎng)地屬于III類場(chǎng)地土,場(chǎng)區(qū)地震基本烈度為8度。根據(jù)勘察成果資料判定，場(chǎng)地內(nèi)各層土在地震烈度達(dá)到8度且地下水位達(dá)到歷史最高水位時(shí)均無液化現(xiàn)象 2.3設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范 2.3.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 橋梁結(jié)構(gòu)形式：獨(dú)塔雙索面鋼箱梁斜拉橋 設(shè)計(jì)荷載：公路I 級(jí)，無人群荷載 道路等級(jí)：四車道高速公路 計(jì)算行車速度：100km/h 設(shè)計(jì)車道：雙向四車道，行車道寬度2×4m 設(shè)計(jì)荷載：公路-1級(jí) 橋面布置：橋面凈空2×10.75m：0.75m檢修便道+1m拉索錨固區(qū)+0.5m防撞護(hù)欄+2×4m車道+1m中央分隔帶+2×4m車道+0.5防撞護(hù)欄+1m拉索錨固區(qū)+0.75m檢修便道 橋面坡度：橋面縱向按平坡設(shè)計(jì)；車行道設(shè)雙向 1.5％橫坡 橋面鋪裝：橋面鋪裝 30cm 厚的混凝土面板，采用 C60 混凝土；行車道橋面鋪裝采用 10cm 厚瀝青混凝土鋪裝 施工方法：邊跨密索段采用支架施工，其余梁段采用懸臂吊裝施工 地震烈度：地震動(dòng)峰值加速度0.2g 氣溫：最高有效溫度45℃，最低有效溫度-20.6℃ 2.3.2設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及參考規(guī)范 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003） 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004) 《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》(JTJ 027-96) 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 024-85) 《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 025-86) 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000） 《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ C30-2002) 《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ/T D60-01-2004) 《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JTJ 81-2002） Standard Specification for Highway Bridges-AASHTO 1996 2.4橋型方案總體設(shè)計(jì) 2.4.1橋跨布置設(shè)計(jì)過程 橋型方案的設(shè)計(jì)構(gòu)思，是橋梁設(shè)計(jì)的綱。由于斜拉橋的變量很多，且它們又互相關(guān) 連，相互制約，不可能單獨(dú)孤立的分別設(shè)計(jì)主梁、塔和索。因此，一開始就應(yīng)該總體考 慮進(jìn)行全橋的綜合設(shè)計(jì)。為了作好這一工作，首先要對(duì)影響斜拉橋總體橋型設(shè)計(jì)的各個(gè) 變量參數(shù)作認(rèn)真研究。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和使用性決定斜拉橋主跨后，繼之就是要考慮主跨與邊跨的比例問題。 獨(dú)塔和雙塔的比值是不同的，尤應(yīng)注意。隨后．就是按交通量、列車通過量確定了車行 道和人行道數(shù)目和寬度等，也就確定了橋面總寬；接著就是決定一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)索 面．以及整個(gè)斜拉橋結(jié)構(gòu)的錨固方式。塔的結(jié)構(gòu)形式、高度、斷面面積會(huì)隨著斜纜的布 置形式而大有不同。這時(shí)尤其是要認(rèn)真考慮其剛度的增加對(duì)整個(gè)橋跨結(jié)構(gòu)變形的影響： 主梁的高度不僅與主跨有關(guān)，還隨著橋?qū)挕⒅髁航孛娣e、主梁截面形式而變化，同時(shí)它 在結(jié)構(gòu)上還必須滿足風(fēng)動(dòng)力穩(wěn)定的要求。主梁的剛度對(duì)主跨的彎短影響很大，要配合索、 塔的剛度進(jìn)行多層次比選。拉索在塔和主梁上的索距應(yīng)配合塔和梁的高度、剛度、材料 以及整個(gè)斜拉橋的橋型綜合考慮。每根斜纜的面積應(yīng)隨其傾斜角度以及所處位置有所不 同。另外，斜纜索的非線性彈性模量，除決定它本身的剛度外，還影響全橋的剛度，計(jì) 算時(shí)要注意。梁、塔、墩相互連接形式．主梁是否懸浮，支點(diǎn)如何設(shè)置，這一方面要從 靜、動(dòng)力分析考慮，另一方面也要考慮結(jié)構(gòu)整體的安全和穩(wěn)定度。活載等級(jí)一般是由設(shè) 計(jì)條件給定的，但也要注意加載長(zhǎng)度中等代荷載的情況及其與恒載間的比例。由此可知， 斜拉橋橋型總體設(shè)計(jì)中，影響因素多，變量參數(shù)也復(fù)雜，交叉組合的方案是千變?nèi)f化的，但為了抓住主要矛盾，其總體構(gòu)思時(shí)，首先耍考慮如下四個(gè)問題：跨度劃分；主梁結(jié)構(gòu)形式；梁、塔、墩連結(jié)形式；斜纜類型。 根據(jù)河床斷面和橋面位置確定分跨過程（索塔位置、邊跨、主跨的確定）； 現(xiàn)代斜拉橋最典型的孔跨布置形式為雙塔三跨式與獨(dú)塔雙跨式。無論是雙塔三跨式或獨(dú)塔雙跨式，在邊跨內(nèi)如有需要都可以設(shè)置輔助用的中間墩。本論文為獨(dú)塔斜拉橋設(shè)計(jì)，獨(dú)塔斜拉橋是一種常見的斜拉橋孔跨布置方式。由于它的主孔跨徑一般比雙塔三跨式的主孔跨徑小，故特別適用于跨越中小河流，谷地及交通道路；當(dāng)然也可用于跨越大河流的主航道部分。采用該種形式時(shí)，可以兩跨可對(duì)稱和不對(duì)稱布置，如圖為雙索面獨(dú)塔斜拉橋布置圖（autoCAD） 圖2.2 雙索面獨(dú)塔斜拉橋布置圖 斜拉橋提供的主跨主要是為了跨越寬闊的主槽和通航的需要，有時(shí)也由于地質(zhì)條件 的限制。邊跨則主要是平衡主跨的內(nèi)力而設(shè)之的。由于斜拉橋的單位造價(jià)較高（主要是 因?yàn)榱后w造價(jià)和拉索造價(jià)高），獨(dú)塔斜拉橋能壓縮甚至取消雙塔方案的邊跨長(zhǎng)度（壓縮 部分由造價(jià)遠(yuǎn)較低的引橋取代），因而工程造價(jià)得以降低，所以一般說來分邊跨與主跨 更合理。兩等跨形式由于一般沒有端錨索的關(guān)系，不能有效地約束塔頂?shù)奈灰疲试谑?力與變形方面不能充分發(fā)揮斜拉橋的優(yōu)勢(shì)，如采用加大橋塔剛度的方法來減小塔頂變 位，則會(huì)變得非常不經(jīng)濟(jì)。因?yàn)閷?duì)減小塔頂變位來說，加大橋塔剛度不如增設(shè)端錨索有 效。兩跨比（邊中跨比）Ls/Lc=0.5～1。 橋塔可以設(shè)在河道中；也可以用主跨跨越河流，將橋塔及邊跨設(shè)在河流的一岸。本論文設(shè)計(jì)考慮如將橋塔設(shè)置在河道中不能體現(xiàn)該種橋型的跨越能力以及橋塔基礎(chǔ)工程 量及造價(jià)的因素，將橋塔置于河灘處，盡量減少工程量。 橋塔可以設(shè)在河道中；也可以用主跨跨越河流，將橋塔及邊跨設(shè)在河流的一岸。本論文設(shè)計(jì)考慮如將橋塔設(shè)置在河道中不能體現(xiàn)該種橋型的跨越能力以及橋塔基礎(chǔ)工程 量及造價(jià)的因素，將橋塔置于河灘處，盡量減少工程量。 2.4.2根據(jù)斜拉橋的特點(diǎn)確定索塔的形式和塔高 獨(dú)塔斜拉橋塔高與主跨比宜選用 0.30~0.45，尾索控制角度在 25-45 度左右，在實(shí) 際應(yīng)用中為 25-27 度最為適宜。（注：尾索傾角太大會(huì)增加橋塔高度，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和施工 困難，并增加造價(jià)） 索塔的造型是斜拉橋景觀效果的主要核心。斜拉橋的柔細(xì)感與直線感雖基本上來自 于梁體與斜索，但橋塔的形狀對(duì)全橋的景觀也至關(guān)重要，它在美學(xué)上幾乎起決定性的作 用。因此，必須非常慎重地選擇橋塔的形狀，精心定出優(yōu)美的尺寸比例。 2.4.3橋塔的形式 1.橋塔的縱向形式： 橋塔的縱向形式一般為單柱式。在需要將橋塔的縱向剛度作的較大時(shí)，或者需要有4 根塔柱來分散塔架的內(nèi)力時(shí)，常常做成倒 Y 形與倒 V 形。倒 V 形也可增設(shè)一道中間橫梁變?yōu)?A 形，但只適用于放射形索面。 圖2.3 橋塔的縱向形式 2.4.4橋塔的橫向形式 單索面橋塔形式有單柱形、倒 V 形（或 A 形）、倒 Y 形；雙索面橋塔形式有雙柱式、 門式（兩根塔柱可以豎直，也可以略帶傾斜）、H 形（兩根塔柱可以是如圖所示的折線 形，也可以布置成豎直形或傾斜形）、倒 V 形（用于斜向雙索面）、倒 Y 形（也用于斜 向雙索面）；另外，獨(dú)柱形、A 形、菱形、門形、梯形，它們都適用于梁體位置高出墩 頂甚多時(shí)，也就是梁下通航凈高尺寸很大時(shí)的適用形式。其中菱形的兩根斜柱在橋面梁 體以下反向內(nèi)縮，這樣既可以減小下部結(jié)構(gòu)的尺寸，在造型上也比較美觀，被稱為菱形。 梯形也可將梁體以下部分的兩根塔柱向內(nèi)收進(jìn)，形成花瓶形。還有鉆石形塔架，其各部 分的比例勻稱和諧，外形最為美觀。雙柱形及門形塔架的面內(nèi)剛度較差，但結(jié)構(gòu)構(gòu)造最 為簡(jiǎn)單，施工也比較方便，適用于中小跨徑的斜拉橋。有時(shí)，當(dāng)塔柱的橫向間距較小（橋 較窄）時(shí)，雙柱形及門形可增設(shè)一些橫向連接桿來提高其面內(nèi)的剛度，但這洋做的結(jié)果 常帶來景觀上的受損以及施工困難。在菱形等形式的斜柱轉(zhuǎn)折點(diǎn)處必須有一根受拉的橫 桿來平衡塔柱的水平分力。 圖2.4（a） 單索面的塔架形式 圖2.4（b）雙索面的塔架形式 圖2.5 梁體高出塔基甚多時(shí)的塔架形式 橋塔的橫向形式 早期斜拉橋的橋塔都是仿照懸索橋采用門式．為的是使橋塔有較好的剛度來杭風(fēng)力。 后來的實(shí)踐證明由斜索傳給主塔的水平風(fēng)力并不太大，可以采用單根或雙根獨(dú)立的塔柱 形式，當(dāng)塔柱頂部在橋的橫向產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)．斜索由于伸長(zhǎng)的關(guān)系會(huì)產(chǎn)生索力的增值而迫 使塔頂回到原來的位置，因此對(duì)塔的穩(wěn)定起到約束作用。但現(xiàn)代斜拉橋的跨徑越來越大， 再加上考慮地震等因素，橋塔的面內(nèi)剛度還是要加以注意。因此，對(duì)較大跨徑的斜拉橋， 特別是從改善扭振的角度出發(fā)，單柱式及雙柱式的橋塔采用時(shí)必須非常慎重。各種橋塔 形式的特點(diǎn)具備不同的適應(yīng)性要求和美學(xué)效果。本設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力合力，選用A型橋塔。 拉索橫向形式有單面索，雙面索和三面索三種，其中雙索面應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì) 采用雙索面密索段的設(shè)計(jì)考慮及確定輔助墩的布置 邊跨密索段及輔助墩的設(shè)置是考慮為了減小塔頂位移增大橋塔剛度，邊跨尾索段（邊墩上梁段）可采用比標(biāo)準(zhǔn)索距離小的索距布置，以提高邊跨對(duì)索塔變形和中跨主梁 的貢獻(xiàn)。該區(qū)域主梁可稱為密索區(qū)域（段）主梁，索距可以為 2.5～5m。主梁上除布置 拉索的標(biāo)準(zhǔn)段和密索段外，沒有布置斜拉索的區(qū)域稱為無索區(qū)。斜拉橋主要的主梁無索 區(qū)為索塔兩側(cè)（0 號(hào)塊）、跨中區(qū)域（合龍段）、邊跨末端（尾索段） 斜索與水平面的交角最大，塔的彎矩最小，塔高可相應(yīng)減小，但塔上集中錨固困難；從外形上看，豎琴形較優(yōu)，且錨固構(gòu)造統(tǒng)一，但受力性能較差；扇形體系介于兩者之間， 故推薦使用扇形拉索體系。除尾索段外，主梁上的拉索水平距離一般均等布置；根據(jù)規(guī)范，在 PC 梁斜拉橋中 一般為 4-12m；在鋼箱梁斜拉橋中一般為 8～24m；結(jié)合梁斜拉橋則比鋼梁斜拉橋略小， 如楊浦大橋?yàn)楹图幽么蟀材俏魉箻驗(yàn)?9m，可以根據(jù)自己的橋梁跨度來選取。該部分主梁 一般稱為標(biāo)準(zhǔn)段，索距稱為標(biāo)準(zhǔn)索距。至于拉索在塔上的索距，在確定索面的形式和梁上索距離后確定。如本例扇型布置， 則在確定塔高和尾索角度后，確定出第一根索的角度，然后在塔上均勻布置。橋塔左右的第一根索，傾角在 60-70 度，索在塔上間距不小于 2m，塔的 0 號(hào)塊（無 索區(qū)）長(zhǎng)度不應(yīng)太大宜為 20m，可以參考相關(guān)圖紙。 拉索橫向形式有單面索，雙面索和三面索三種，其中雙索面應(yīng)用最為廣泛。 本設(shè)計(jì)采用雙索面。 密索段的設(shè)計(jì)考慮及確定輔助墩的布置 邊跨密索段及輔助墩的設(shè)置（邊墩上梁段）可采用比標(biāo)準(zhǔn)索距離小的索距布置，以提高邊跨對(duì)索塔變形和中跨主梁 的貢獻(xiàn)。該區(qū)域主梁可稱為密索區(qū)域（段）主梁，索距可以為 2.5～5m。主梁上除布置 拉索的標(biāo)準(zhǔn)段和密索段外，沒有布置斜拉索的區(qū)域稱為無索區(qū)。斜拉橋主要的主梁無索 區(qū)為索塔兩側(cè)（0 號(hào)塊） 、跨中區(qū)域（合龍段） 、邊跨末端（尾索段） 2.5主要材料 2.5.1鋼材 鋼箱主體結(jié)構(gòu)吉林市匹配件均采用低合金鋼Q345C，鋼錨箱采用低合金鋼Q345D,其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591-94）的相關(guān)規(guī)定。 鋼箱梁側(cè)腹板因錨箱受力要求，采用抗層狀撕裂鋼材-Q345D-Z25，即Z向鋼板，切應(yīng)做Z向超聲波探傷。磷硫含量均應(yīng)小于0.0.1%，其他力學(xué)及化學(xué)成分應(yīng)符合《厚度方向性能鋼板》（GB 5315- 85）的相關(guān)規(guī)定。 2.5.2高強(qiáng)螺栓 鋼箱梁連接用高強(qiáng)螺栓、螺母、墊圈、應(yīng)符合GB/T 1228~1231-91(鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓，大六角螺母、墊圈)的要求 2.5.3焊接材料 焊接材料采用與母材相匹配的的焊絲焊劑與手工焊條，并應(yīng)符合相應(yīng)的國(guó)標(biāo)要求。二氧化碳（CO2）氣體保護(hù)焊的氣體純度應(yīng)大于99.5%，并符合《焊接用二氧化碳》（HG/T 2537）的規(guī)定。 2.5.4斜拉索 斜拉索采用低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線索，規(guī)格為一股 7 絲，公稱直徑為φ15.24，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度=1860Mpa，護(hù)套采用雙層，內(nèi)層為黑色高密度聚乙烯，外層為天藍(lán)色高密度聚乙烯 HDPE 套管。 表2.1 斜拉索高強(qiáng)鋼絲技術(shù)要求 序號(hào) 項(xiàng)目 技術(shù)指標(biāo) 1 公稱直徑 φ7.0（+0.08，-0.02）mm 2 圓度 ≤0.04 mm 3 橫截面積 38.48 4 抗拉強(qiáng)度 ≥1670Mpa 5 屈服強(qiáng)度 ≥1410Mpa 6 延伸率 ≥4.0%(L=250mm) 7 彈性模量 (1.95~2.15)×105Mpa 8 反復(fù)彎曲 ≥(R=20mm) 9 卷繞 3d×8圈 10 松弛 ≤2.5%（0.7G.U.T.S,1000h,200C） 11 疲勞應(yīng)力 360Mpa(上限應(yīng)力0.45,N=2×106次 12 鋅層單位質(zhì)量 ≥300g/㎡ 13 鋅層附著性 5d×2圈，不起層，不剝離 14 硫酸銅試驗(yàn) ＞5次（每次1min） 15 伸直型：弦與弧的最大自然矢高 ≤15mm(弦長(zhǎng)1000mm) 16 自由圈升高度 ≤0.15m 2.5.5混凝土 斜拉橋索塔、引橋主梁采用C50混凝土，墩身、承臺(tái)C30混凝土，主橋樁基采用C30水下混凝土，引橋樁基采用C25混凝土 2.5.6普通鋼筋 普通鋼筋采用R235型和HRB335型鋼筋，鋼筋應(yīng)符合GB 1449-98和GB13013-91有關(guān)規(guī)定。且焊接鋼筋應(yīng)滿足可焊要求。在索塔外側(cè)鋼筋保護(hù)層內(nèi)布置防裂鋼筋網(wǎng)，采用公稱直徑為5mm的帶肋鋼筋焊接網(wǎng)（D5），網(wǎng)格間距為10㎝×10㎝。產(chǎn)品應(yīng)符合《鋼筋混凝土用焊接鋼筋網(wǎng)》（YB/T 076）的有關(guān)規(guī)定。 2.5.7預(yù)應(yīng)力鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T 5224-2003，公稱直徑15.2㎜，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860Mpa,彈性模量為1.95×105Mpa.錨具采用與預(yù)應(yīng)力鋼絞線相匹配的成套產(chǎn)品，包括錨墊板、錨頭、夾片和螺旋筋等，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T 14370-2000 3.主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1橋跨布置設(shè)計(jì) 該橋是一座城市橋梁，為了提高跨越能力，并與周圍的景觀相協(xié)調(diào)，采用單塔雙索鋼箱梁梁斜拉橋，全跨為 60m+100m 不對(duì)稱布置，主邊跨比為1：0.6，兩邊分別布置有簡(jiǎn)支引橋。主梁截面采用單箱四室鋼箱主梁，塔高為45米（橋面以上索塔的高度），塔高與主跨的高跨比為45/100=0.45，梁頂鋪設(shè) 30 ㎝厚混凝土橋面板，混凝土橋面板與鋼構(gòu)架通過鋼梁頂板上的抗剪栓釘形成有效的整體——疊合梁，梁頂板設(shè)置成帶有橋面所需的 1.5%的雙向橫坡。 該橋橋軸線與河道正交，橋主塔基礎(chǔ)設(shè)于河岸處，避開百年一遇洪水的影響，避免了水中船舶撞擊的危險(xiǎn)，不影響正常的通航要求。兩端的邊墩均處于河岸上，便于施工。 橋塔設(shè)計(jì)為單柱形（順橋向）、A形（橫橋向）橋塔，其特點(diǎn)是全橋外觀簡(jiǎn)潔，橋塔結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單。采用A形橋塔，拉索為雙索面平面布置，在距橋面以上25.8m處設(shè)置一道橫梁，連接兩邊單塔柱，提高了橋梁整體剛度和抗風(fēng)、抗扭效果，結(jié)構(gòu)輕盈美觀。塔墩的寬度逐漸加大。主塔自橋面算起高度為45m，其與主跨的高跨比為0.45。在距主跨橋墩19m 處設(shè)置一輔助墩，可以提高斜拉橋的總體剛度和抗風(fēng)穩(wěn)定性。經(jīng)MIDAS CIVIL建模計(jì)算表明，設(shè)置輔助墩后，在主梁上的負(fù)彎矩有明顯的減小，在跨中區(qū)，尤其是在尾端梁段，主梁的正負(fù)彎矩均比無輔助墩時(shí)小。因此，該橋設(shè)置有輔助墩。 橋面布置，橋面凈空2×10.75m：0.75m檢修便道+1m拉索錨固區(qū)+0.5m防撞護(hù)欄+2×4m車道+1m中央分隔帶+2×4m車道+0.5防撞護(hù)欄+1m拉索錨固區(qū)+0.75m檢修便道，由于 橋全長(zhǎng)不足 500m，故未設(shè)緊急停車帶，斜拉索位于橋面兩側(cè)。 為降低主梁的建筑高度，減小主梁彎矩，斜拉橋采用密索體系，拉索扇形布置， 梁上主跨索距為5m，邊跨密索區(qū)索距為3m，塔上的索距為1.25m 等距布置，橋塔左右的第一根索，傾角為度，塔的 0 號(hào)塊（無索區(qū)）長(zhǎng)度為8m（參考相關(guān)圖紙）。斜拉 索上端錨固在位于橋軸中心線上的橋塔豎直柱段上，下端錨固在主梁梁面上的錨固塊 中，兩索面在豎向是平行的。全橋共有80根斜索，不設(shè) 0#索。該斜拉橋?qū)儆诹?、墩、塔固結(jié)的懸臂體系 3.2主梁設(shè)計(jì) 圖3.1主梁建模 3.2.1主梁橫斷面形式及斷面尺寸擬定 單室多箱流線型扁平鋼箱梁由頂板、底板、斜腹板及橫隔板等組成。為了提高主梁的抗風(fēng)性能，增加主梁的景觀效果一般在箱梁外帶有三角形風(fēng)嘴。頂板及斜腹板均為正交異形構(gòu)件，鋼箱梁內(nèi)設(shè)置縱腹板，兩條邊縱腹板一般設(shè)置成板式腹板。雙索面斜拉索一般均錨固在邊縱腹板上，邊縱腹板由于要將斜拉索的錨固力傳到橫隔板和整個(gè)鋼箱梁斷面上，一般其板厚較厚。 橋面全寬 21.5m，標(biāo)準(zhǔn)段縱向每隔 4m 設(shè)一道橫隔梁(在斜拉索錨固處),采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)。主梁中心高 3.0m，高跨比為 3/100。橋面板厚 30cm，頂面做 成帶有橋面所需的 1.5%的雙向橫坡。在梁、塔、墩三者固結(jié)處箱梁內(nèi)設(shè)有一道橫隔梁。 主塔塔柱下至墩頂處節(jié)段截面與塔相同，與箱形截面段的橋墩固結(jié)。橫梁的設(shè)置主要考慮活載的橫向分布以及橋面板的受力、斜拉索的錨固，以及增強(qiáng)橋梁的橫向剛度，橫梁的位置與斜拉索的錨點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。 圖3.2(a) 主梁材料 圖3.2（b）主梁截面，單室四箱 3.2.2主梁梁段的劃分 為與施工方法相對(duì)應(yīng)，主梁分為 0 號(hào)段、標(biāo)準(zhǔn)段 、密索段 3 種類型，全橋 23 個(gè)梁段，其中有一個(gè) 0 號(hào)段，長(zhǎng)度為 8米；有 20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段，標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)5m，分兩個(gè)施工單元（每個(gè)施工單元長(zhǎng) 6 米），標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度與索距的間距相一致，橫隔梁的間距為 4 米； 有 20個(gè)密索段，橫隔梁的間距長(zhǎng)為3m，單元長(zhǎng)度與索距及橫隔梁的間距相一致。由于本設(shè)計(jì)為不等跨布置，故邊跨設(shè)置加密索段，即：將塔后斜拉索比較集中地錨 固在邊跨梁端附近，并在邊跨內(nèi)增設(shè)中間輔助墩以限制橋塔頂端位移，增大橋塔的剛度， 還可以減少端錨索的應(yīng)力集中，緩和端支點(diǎn)的負(fù)反力問題。為了滿足內(nèi)力要求，也可在 邊跨處將梁體設(shè)置為實(shí)心段,起到壓重作用,防止邊墩處出現(xiàn)拉應(yīng)力,同時(shí)增加結(jié)構(gòu)的整 體剛度,減小跨中的撓度。 3.2.3主梁斷面尺寸的擬定 根據(jù)總體動(dòng)靜、動(dòng)力計(jì)算、局部受力計(jì)算以及鋼箱梁的構(gòu)造要求，確定鋼箱梁各部結(jié)構(gòu)尺寸和板厚如下： 圖3.3 鋼箱梁結(jié)構(gòu)尺寸和板厚 3.2.4主梁的預(yù)應(yīng)力體系 本設(shè)計(jì)中，經(jīng)過調(diào)索計(jì)算，結(jié)果導(dǎo)致在邊跨邊墩至輔助墩梁段的上翼緣處，梁體上 翼緣存在拉應(yīng)力，數(shù)值沒有超過 5Mpa（對(duì)于 B 類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，混凝土的受拉應(yīng)力達(dá)到 5Mpa 時(shí)，混凝土開裂，但裂縫寬度<0.1mm），可在該區(qū)域布置局部預(yù)應(yīng)力鋼筋抵抗拉應(yīng) 力。在第四章介紹對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋的簡(jiǎn)單匡算過程 3.3索塔設(shè)計(jì) 索塔選型與景觀設(shè)計(jì) 索塔作為斜拉橋的主要承重結(jié)構(gòu)，同時(shí)又是體現(xiàn)斜拉橋整體景觀的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)，索塔設(shè)計(jì)不僅要注重索塔類型及索塔受力的設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)重視索塔結(jié)構(gòu)幾何形狀、索塔塔柱斷面類型、索塔外觀色彩等景觀設(shè)計(jì)。 圖3.4 MIDAS左視圖建模 3.3.1索塔構(gòu)造形式及斷面尺寸 斜拉橋索塔設(shè)計(jì)一般為半柔性半剛性結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），以減少在活載等不平衡力作用下索塔塔底的彎矩，節(jié)省索塔工程數(shù)量，同時(shí)又避免因塔頂位移過大而影響全橋剛度。 本橋采用雙索面斜拉橋，與我國(guó)雙索面斜拉橋一樣，本設(shè)索塔也采用單柱形A形橋塔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是全橋外觀簡(jiǎn)潔，橋塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 受力明確，施工比較方便。橋塔一般有翻模、滑模、爬模三種主要工 法，本設(shè)計(jì)橋塔采用爬模法施工，爬模施工技術(shù)是在滑模及翻模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一 項(xiàng)新工藝，兼?zhèn)浠：头５膬?yōu)勢(shì)；適合懸索橋和斜拉橋一般索塔的施工，施工安全，質(zhì)量可靠，修補(bǔ)方便。 圖3.5（a）索塔材料 圖3.5（b） 索塔截面 主塔自承臺(tái)頂至塔頂高45m，自橋面算起索塔的高度為45m，其與跨徑的高跨比 為 0.464，圍索傾角為 25.30（以塔高與主跨比確定，塔的高度在 42m～63m 之間；以圍 索傾角確定，塔的高度在 62.5m～68.3m 之間，選取一個(gè)合適的高度 65m），距橋面上方21m 處在塔內(nèi)設(shè)一道橫梁，以增強(qiáng)索塔的抗扭穩(wěn)定性。 索塔在梁底以下部分為下塔柱，斜拉索錨固區(qū)部分為上塔柱，中間部分為中塔柱。上、中塔柱截面采用矩形等截面形式，采用 C50 號(hào)的混凝土，Q345鋼筋，其輪廓尺寸為 2.8×3.5m（橫 橋向×順橋向），塔柱斜拉索錨固側(cè)壁壁厚 1.0m,其余兩側(cè)壁厚也為 1.0m，塔柱的空心 尺寸為 2.0×3.0m，塔頂設(shè) 3.0m 高的修飾段。斜拉索錨固區(qū)的上塔柱部分，高度為 34m， 中塔柱高度為 33.5m。下塔柱高度為 30.0m，采用箱形截面，C50 號(hào)混凝土。塔墩的寬度 向下線形增加，墩底的尺寸為：順橋向 7m 長(zhǎng)，橫向橋 4m 長(zhǎng)。 圖3.6 截面特性 上、中塔柱間設(shè)有上橫梁，中、下塔柱連接處設(shè)有下橫梁，均采用矩形斷面， 上下橫梁寬度均為 6.00m，頂?shù)醉敽透拱灞诤窬鶠?1.0m。為了方便橋塔及拉索的施工及使用階段的維修，橫隔板要預(yù)留一個(gè)能夠通過人的孔 3.3.2索塔基礎(chǔ) 根據(jù)地址條件，主橋輔助墩采用分離的雙柱式實(shí)體墩，單柱平面尺寸為(3×2)m， 承臺(tái)厚度為 2.5m，單個(gè)承臺(tái)平面尺寸為(7.2×7.2)m，單個(gè)承臺(tái)基礎(chǔ)采用 4 根Φ1.7m 的 鉆孔灌注樁，按照摩擦樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)為 50m。設(shè)計(jì)要求樁基成樁合格率 100%。 3.4斜拉索設(shè)計(jì) 圖3.7 拉索與主梁之間設(shè)置剛性錨固 斜拉索構(gòu)造 圖3.8（a） 拉索材料 圖3.8(b) 拉索截面 本橋?yàn)閱嗡p索面斜拉橋，斜拉索采用扇形布置, 主塔兩側(cè)各有40 根，在主跨索距為5m，加密段索距為3m。索塔上采用1.25m 等索距布置，斜拉索水平夾角 25.7°～67.0°。為減小斜拉索的風(fēng)震、雨震及其他天然或認(rèn)為災(zāi)害，在圍 索上都設(shè)了減震器。 3.4.1斜拉索構(gòu)造 橋采用低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線索，規(guī)格為一股 7 絲，公稱直徑為φ15.24，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度=1860Mpa，護(hù)套采用雙層，內(nèi)層為黑色高密度聚乙烯，外層為天藍(lán)色高密度聚乙烯 HDPE 套管。鋼絲排列密實(shí)，同心絞合，最外層鋼絲絞合角 3±0.5°，左旋。扭絞后的裸索外加纏包帶，帶寬 30～40mm，單層重疊寬度不小于帶寬的 1/3，雙層纏包。纏包帶右旋。纏包帶采用高強(qiáng)度復(fù)合帶。在纏包帶的鋼絲束外擠包高密度聚乙烯護(hù)套雙層護(hù)套一次成型。成品索有冷鑄索具、斜拉索等組成，見下圖 圖3.9 拉索細(xì)部 根據(jù)《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范（試行） 》規(guī)定，斜拉索的應(yīng)力應(yīng)滿足下式要求： [б]≤0.4Rb 3.4.2錨具 本橋采用冷鑄錨具，冷鑄錨具由錨杯、螺母、錨板、連接筒、擋圈、后蓋、密封蓋 及冷鑄錨填料等幾部分組成。錨杯及螺母所用鍛件材質(zhì)應(yīng)符合 YB/T036.7-92 中 35CrMo 牌號(hào)的有關(guān)規(guī)定。其他各部件的材料符合相應(yīng)國(guó)家或部頒標(biāo)準(zhǔn)。鍛件須進(jìn)行超聲波探傷 檢驗(yàn)，評(píng)定質(zhì)量按 GB/T4162-91 中 A 級(jí)要求執(zhí)行；表面進(jìn)行磁粉探傷，其應(yīng)符合 JB3965 中 201 條與 202 條中Ⅱ級(jí)的要求。同一規(guī)格錨具的相同部件應(yīng)具有互換性。錨具表面鍍 鋅處理，鍍鋅厚度為 10～40μm 進(jìn)行鍍鋅處理，鍍鋅后須脫氫處理 3.4.3錨固區(qū)構(gòu)造 錨固區(qū)是主梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。拉索在鋼梁錨固區(qū)的錨固方式大致上有以下五種型 式：散索鞍座+錨固梁；錨固梁加錨固塊；支架或牛腿；鋼管；節(jié)點(diǎn)板?？紤]到以下幾個(gè)因素：確保連接可靠；能簡(jiǎn)捷地把索力傳遞到全截面；如在梁端張拉，應(yīng)具有足夠的 操作空間；要有防銹蝕能力和避免拉索產(chǎn)生顫震應(yīng)力腐蝕；便于拉索的養(yǎng)護(hù)和更換等因 素，拉索在錨固區(qū)的錨固方式采用主梁頂板加錨固塊，此種構(gòu)造一般應(yīng)用于雙索面拉索 在鋼梁處的錨固情況 其構(gòu)造圖如下圖所示。 圖3.10 構(gòu)造圖 錨固構(gòu)造位于主梁腹板一側(cè)，并與頂板、腹板固結(jié)在一起。拉索的水平分力由錨固 塊以軸壓力方式傳遞給頂板再擴(kuò)散到主梁全截面，垂直分力則由錨固塊傳遞給腹板。因 此，在錨固塊與腹板連接處需設(shè)置承托外，在腹板內(nèi)還需設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋束加強(qiáng) 3.4.4拉索的下料長(zhǎng)度 拉索的下料長(zhǎng)度是指拉索在設(shè)計(jì)溫度下無應(yīng)力狀態(tài)的下料長(zhǎng)度。下料長(zhǎng)度的確定首 先應(yīng)確定計(jì)算每根拉索的長(zhǎng)度基數(shù) L 0 ，再對(duì)只進(jìn)行若干項(xiàng)修正，計(jì)算公式為： L= L 0 -ΔL e +ΔL f +ΔL ML +ΔL MD +2L D +3d 其中，L 0 為每根拉索的長(zhǎng)度基數(shù)，ΔL e 為初拉力作用下的彈性伸長(zhǎng)修正；ΔL f 為 初拉力作用下的拉索垂度修正；ΔL ML 為張拉端錨具位置修正；ΔL MD 為錨固端錨具位 置修正；L D 為錨固板厚度；3d 為拉索兩端所需的鋼絲鐓頭長(zhǎng)度，d 為鋼絲直徑。 計(jì)算C20拉索(型號(hào)為L(zhǎng)ZM--187)的下料長(zhǎng)度:鋼絲直徑d=7mm,單位長(zhǎng)度重量W=0.565kN/m,,設(shè)計(jì)應(yīng)力б=486.1Mpa,設(shè)計(jì)張力T=3500kN,錨板厚度L D =0.02m 則拉力作用下彈性伸長(zhǎng)修正：ΔLe = L0× б/E =0.343m 拉索垂度修正： ΔLf= W2 LX2/24T2=0.0189m 由于本橋兩端采用張拉端錨具，故僅考慮張拉端錨具位置修正，根據(jù)錨具的構(gòu)造特點(diǎn),位置修正: ΔLML為 0.23m,由此可得C20號(hào)拉索下料長(zhǎng)度為： L= L0 –ΔLe +ΔLf +ΔLML +ΔLMD +2LD +3d =141.139m 3.5附屬構(gòu)造物設(shè)計(jì) 橋梁附屬構(gòu)造物包括橋面鋪裝、伸縮縫、行車道護(hù)欄、照明燈柱、排水設(shè)施、防拋網(wǎng)、 支座、主梁懸臂施工過程中的縱、橫向的臨時(shí)約束等。本節(jié)主要對(duì)橋面鋪裝、伸縮縫及主 梁懸臂施工過程中的縱、橫向的臨時(shí)約束進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.5.1橋面鋪裝 為防止雨水等透過橋面鋪裝浸入橋面板及主梁，引起鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼材的銹蝕，降低 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,主橋面采用 M30 瀝青混凝土，厚 10cm。在施工時(shí)，將混凝土橋面鋪裝層頂面 沖洗干凈，保證無油污等不利于混凝土之間粘接的雜物。 3.5.2伸縮縫 根據(jù)計(jì)算伸縮縫的大小及伸縮縫的性能，本橋的伸縮縫選擇采用仿毛勒式 SSFB240 伸 縮縫。伸縮量可根據(jù)主梁的橫向變形設(shè)定,經(jīng) BSAS 軟件的計(jì)算得到，主梁的橫向變形為 284mm，即伸縮量為 284mm。 三、主梁懸臂施工豎向、縱向臨時(shí)約束 在懸臂施工過程中，為保證梁體及整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（為不可變體系）和安全，防止 4.結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算分析 4.1計(jì)算方法概述 整體靜力計(jì)算采用空間有限元分析，分析軟件采用 MIDAS CIVIL。總體結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)形成過程進(jìn)行施工階段計(jì)算，成橋分析根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力計(jì)算，通過對(duì)索力的調(diào)整使結(jié)構(gòu)在施工階段和使用階段的內(nèi)力、應(yīng)力及剛度均符合規(guī)范要求 這里在計(jì)算分析斜拉橋，采用的一些基本假定如下：視斜拉橋?yàn)榫€性空間框架結(jié)構(gòu)。斜拉索的自重垂度及受力后垂度發(fā)生變化時(shí)，對(duì)其變形計(jì)算的影響不予考慮，即視鋼索為一直線。塔的抗彎剛度取常值。在斜拉橋跨度不大的情況下，斜纜的非線性影響可以通過修正彈性模量的辦法加以考慮。彈性模量的取值按厄恩斯特（Ernst）公式計(jì)算： 式中：r——拉索材料比重；L——斜纜水平投影長(zhǎng)度；σ ——斜鋼纜索中應(yīng)力。 4.2模型建立 橋模型的邊界條件為：橋塔固定于承臺(tái)頂，主梁與塔之間設(shè)豎向支座（半漂浮體系模型的需要），邊墩與輔助墩處設(shè)置縱向活動(dòng)支座。 選擇分析手段和建立模型的主要目的是用結(jié)構(gòu)的位移構(gòu)件的內(nèi)力與變形應(yīng)力狀態(tài)等方面的要求對(duì)橋梁的靜力荷載效應(yīng)進(jìn)行定量化的分析，然后根據(jù)計(jì)算就夠修改、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的斷面與尺寸、調(diào)整斜拉索的索力以確定最終的出拉力。優(yōu)化預(yù)應(yīng)力的布置 圖4.1 斜拉橋整體布置 選用單箱四室鋼箱主梁，索塔采用Q345鋼筋C50混凝土索塔 4.3加載需要的基本參數(shù) 靜力計(jì)算