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缆安全系数取2.5时的容许应力tkMPaKss===荷载工况Ⅲ（主缆的拉力最大）主缆的拉应力t459.4668FMPaAss==?相应的主缆安全系数59.4K???，故满足设计要求！4.3吊杆的设计与验算4.3.1吊杆的材料吊索采用同样规格的镀锌高强钢丝，钢丝直径?5.1mm，标准抗拉强度为1670MPa。4.3.2吊杆结构形式斜吊索与竖直吊索相比，斜吊索可与主缆、加劲梁形成桁架作用，提高全桥刚度及结构阻尼值。然而，斜吊索在活载作用下，吊索索力变化幅度较大，所以存在严重的疲劳问题。另外斜吊索对吊索制作长度误差及索夹等安装误差也较为敏感。2012届桥梁专业毕业设计49目前采用斜吊索的悬索桥，有英国的Serven桥、Humber桥，土耳其的BosporusⅠ桥及日木的北港联络桥。英国人在充分吸收了塞文桥的经验后，BosporusⅡ桥设计中采用了竖直吊索型式。睿江大桥设计采用竖直的销接式吊索（图4.7）。图4.7销接式吊索与销接式吊索相比，骑跨式吊索缺点是:材料必须采用钢丝绳，钢丝绳弯折后产生弯曲应力折减的问题，应力折减多，不能充分利用材料的强度。销接式吊索没有弯曲应力降低吊索安全系数，较经济，因此这里采用销接式。4.3.2吊索安全性系数验算骑跨式吊索钢丝绳由于小半径弯曲而...
&&&&&&&&扭转及偏心荷载作用下的结构分析毕业论文第1章基本资料........................................................................................................................1&&&&&&&&1.1睿江大桥设计资料........................................................................................................11.2设计依据......................................................................................................................2第2章方案比选........................................................................................................................32.1初拟方案......................................................................................................................32.2方案初选......................................................................................................................32.3各方案的技术经济比较.................................................................................................62.4推荐桥型方案...............................................................................................................72.5设计荷载及其组合........................................................................................................82.5.1主要设计荷载.....................................................................................................82.5.2主要荷载组合.....................................................................................................82.6设计基本参数...............................................................................................................9第3章结构分析理论及成桥计算..............................................................................................103.1结构计算理论简介......................................................................................................103.&&&&&&&&1.1竖向荷载作用下的结构分析..............................................................................103.1.2横向荷载作用下的结构分析..............................................................................103.1.3扭转及偏心荷载作用下的结构分析...................................................................103.1.4空间分析法.......................................................................................................113.2睿江大桥结构分析理论...............................................................................................123.3睿江大桥有限元模型...................................................................................................133.3.1材料参数..........................................................................................................133.3.2模型结构的组成...............................................................................................153.3.3模型边界条件的模拟........................................................................................173.3.4睿江大桥空间有限元模型.................................................................................173.4悬索桥成桥状态静力计算............................................................................................193.4.1结构“初始平衡状态”的确定..........................................................................193.4.2满跨汽车荷载分析............................................................................................253.4.3满跨人群荷载分析............................................................................................263.4.4静风荷载分析...................................................................................................273.4.5温度作用分析...................................................................................................293.4.6移动荷载工况分析............................................................................................313.5屈曲分析....................................................................................................................333.6动力分析....................................................................................................................343.6.1特征值分析......................................................................................................343.6.2反应谱分析......................................................................................................393.6.3时程分析..........................................................................................................39第4章主要构件的设计与验算.................................................................................................414.1索塔设计....................................................................................................................414.&&&&&&&&1.1国内外已建成或在建的钢筋混凝土索塔.............................................................414.1.2尺寸的拟定.......................................................................................................414.1.3索塔验算..........................................................................................................434.2主缆的设计与验算.......................................................................................................444.2.1主缆的材料及截面............................................................................................444.2.2结构设计与受力分析.........................................................................................454.2.2主缆安全性系数验算.........................................................................................484.3吊杆的设计与验算.......................................................................................................484.3.1吊杆的材料.......................................................................................................484.3.2吊杆结构形式...................................................................................................484.3.2吊索安全性系数验算.........................................................................................494.4加劲梁设计与验算.......................................................................................................524.4.1结构设计与构造................................................................................................524.4.2结构受力分析及强度、刚度验算.......................................................................534.5岩孔锚和索鞍的设计...................................................................................................56第5章施工组织设计................................................................................................................58第6章施工阶段仿真分析.........................................................................................................666.1鞍座自由滑移施工分析................................................................................................676.2鞍座固结施工分析.......................................................................................................736.3鞍座顶推施工分析.......................................................................................................74结束语......................................................................................................................................79致谢......................................................................................................................................82参考文献...................................................................................................................................83附录......................................................................................................................................842012届桥梁专业毕业设计1第1章基本资料&&&&&&&&1.1睿江大桥设计资料设计标准：荷载：公路－I级＋人群作用；桥面宽度：净9m+2×1.0m人行道，自行根据规范设计其它细部构造尺寸；桥面纵坡：1%，对称设置，需采用圆弧线或缓和曲线连接，曲线设置需符合相关规范要求；桥面横坡：1.5%。&&&&&&&&气象情况：年平均气温20~30℃；月平均高温30.8℃；月平均低温7.3℃；最高温度39.6℃；最低温度-3.5℃。&&&&&&&&地形地质条件：桥址处地面覆盖约2.0m碎石土层，其下为大范围弱风化白云岩层。&&&&&&&&其他信息：通航要求：IV-&&&&&&&&（1）。&&&&&&&&本工程里程桩号及地面标高参见表1。&&&&&&&&设计可不含桥台以外的引道工程。&&&&&&&&表1地面线里程桩号及地面标高地面线点号里程桩号（m）地面标高（m）1K5+237..348.343.332.326.303.276.259.274.285.290.293.309.317.326.189苟彬彬：睿江大桥设计350.0171.2设计依据&&&&&&&&（1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）(2)《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）(3)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）(4)《公路悬索桥设计规范条文说明》（JTJ2002）(5)《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）(6)《公路工程抗震规范》（JTJ044-89）(7)《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）(8)《公路桥梁抗风设计规范》（JTG-TD60-01-2004）(9)《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTJ024-85）(10)《桥梁工程(上册)——范立础编》(11)《桥梁工程(下册)——顾安邦编》(12)《桥梁毕业设计指导书》2012届桥梁专业毕业设计3第2章方案比选2.1初拟方案根据桥址地形、地质、水文条件和技术标准的要求,拟订出不同体系、不同材料且各具特色，并可能实现的六个桥型方案图式：1.86+158+86m三跨连续梁桥2.88+154+88m三跨连续刚构桥3.净跨183m的上承式箱板拱桥4.净跨220m的中承式钢管混凝土拱桥5.跨径264m的独塔单跨隧道锚混凝土加劲梁悬索桥6.跨径90m+180m的独塔双索面斜拉桥2.2方案初选从总体布局、环境协调、通航要求、技术先进性、施工可能性、景观要求、技术经济等多方面考虑后，选出以下三个图式来进行方案比选。&&&&&&&&1）第一方案——三跨连续刚构桥（图&&&&&&&&1.1）图&&&&&&&&1.1三跨连续刚构&&&&&&&&（1）总体布置和结构体系：此方案的桥跨布置为88+154+88m三跨变截面单箱单室连续刚构体系,边中跨比为0.54。&&&&&&&&该桥采用三向预应力体系,桥面宽度11.5m，桥面纵坡1%，对称设置，桥面横桥向设1.5%的双向横坡。&&&&&&&&（2）主梁截面：箱梁根部梁高8.7m，跨中及端部梁高均为2.7m，从根部到跨中（两苟彬彬：睿江大桥设计4端）箱梁底缘按二次抛物线变化，箱梁顶板宽11.5m，底板宽6m，翼缘板悬臂长为2.75m，底板厚度由根部向跨中从0.8m变化到0.3m,0号块距墩中心4m范围内箱梁顶板、底板厚度分别为0.3m、1m，腹板厚度由根部向跨中从0.6m变化到0.3m，采用C50混凝土浇筑。&&&&&&&&（3）下部构造：连续刚构由于墩梁固结，即使在正常使用条件下，由于温度变化、混凝土收缩徐变、预应力及行车制动力等因素的存在，使得桥墩基础一直有水平力作用，若墩的抗推刚度大，则以上几项因素引起的次内力将相当大。&&&&&&&&本桥采用双薄壁墩身，壁厚2m.主墩墩高分别为44m、55m，具有较好的柔性，能够很好的适应连续结构的变形，从而减少了连续结构因温度变化、混凝土收缩徐变等因素在墩身中产生的次内力。&&&&&&&&主墩墩身外形尺寸为2m×6m，净间距5m，由于地质条件良好，故采用刚性扩大基础，基础高3m，每层台阶厚1m。&&&&&&&&桥台采用重力式U型桥台。&&&&&&&&（4）施工方案：本桥采用挂篮悬臂施工法，0号块和1号块采用搭支架现浇，然后挂篮悬臂浇筑施工，先边跨合龙再中跨合龙，墩身采用翻模法施工。&&&&&&&&2）第二方案——上承式箱板拱桥（图2.2）图2.2上承式箱板拱&&&&&&&&（1）总体布局和结构体系：此方案的桥跨布置为3×30m+183m+2×30m，其中主桥为净跨183m的上承式箱板拱，两边引桥均为标准跨径预应力混凝土简支T梁。&&&&&&&&桥面宽11.5m，桥面纵坡1%，对称设置，桥面横桥向设1.5%的双向横坡。&&&&&&&&（2）主拱圈：主拱圈采用上承式板拱悬链线无铰拱，净跨径183m，净矢高36.6m，矢跨比1/5，拱圈高度为2.9m。&&&&&&&&拱圈由2个1.5m的边拱箱和5个1.4m的中拱箱组成，拱圈采用节段预制，现浇拱接缝与拱圈形成整体并受力。&&&&&&&&为增大拱箱的整体性，除了在吊装点和立柱下设置横隔板外，在每隔3m的拱肋弧长处设置一横隔板。&&&&&&&&（3）拱上建筑：拱上立柱为柱形，平面尺寸分为1m×0.9m和1m×1m两种。&&&&&&&&在立柱与拱圈相接的地方设置有与拱圈同宽的垫墙，保证上部荷载能比较均匀的传递到每个拱箱，2012届桥梁专业毕业设计5对于高立柱为避免应力集中，在此间还设有一定高度的底座。&&&&&&&&对高度超过15m的立柱，还设有横系梁。&&&&&&&&立柱上为高0.75m的盖梁，悬臂长为1.95m。&&&&&&&&其上是19孔10m跨标准预应力混凝土空心板，板高0.5m，中板宽1.0m，边板宽1.25m,桥宽方向需布置11块空心板，盖梁顶设横坡。&&&&&&&&桥面板现浇上0.1m的防水混凝土桥面铺装。&&&&&&&&（4）引桥设计：主桥一边为3×30m预应力混凝土简支T梁，另一边为2×30m预应力混凝土简支T梁。&&&&&&&&T梁梁高2m，每跨采用7片预制T梁，盖梁顶设横坡，桥面板现浇上0.1m的防水混凝土桥面铺装。&&&&&&&&（5）下部构造：拱座为长18m，宽11.5m，高15m的台阶形大体积混凝土工程。&&&&&&&&主桥与引桥交接墩为直径1.8m的双柱式墩，其余引桥桥墩直径均为1.5m，基础采用刚性扩大基础，高2m，每层台阶厚1m，桥台采用重力式U型桥台。&&&&&&&&（6）施工方案：主桥拱圈采用缆索吊装施工，主拱圈由工厂分段预制，试拼合格后通过运至现场缆索吊装。&&&&&&&&主拱圈合龙后，开始修建拱上立柱，现浇盖梁，吊装预应力空心板桥面板，最后进行桥面系的施工。&&&&&&&&引桥采用预制吊装预应力混凝土简支T梁。&&&&&&&&3）第三方案——独塔单跨岩孔锚钢箱加劲梁悬索桥（图1.3）图1.3独塔单跨岩孔锚钢箱加劲梁悬索桥&&&&&&&&（1）总体布局和结构体系：此方案的桥跨布置为2×30m+272m，其中主跨为272m的独塔单跨岩孔锚钢箱加劲梁悬索桥，由于边跨较短，并且地形较好，于是采用标准跨径预应力混凝土简支T梁。&&&&&&&&桥面宽11.5m，桥面纵坡1%，对称设置，桥面横桥向设1.5%的双向横坡。&&&&&&&&（2）主缆：主缆采用PPWS法施工的平行钢丝束股钢缆，全截面共33根束股，每股由127根直径?5.1mm的镀锌高强钢丝编成。&&&&&&&&主跨主缆垂跨比约为1/10，直径为0.0856m2。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计6（3）吊索：主桥主跨的竖直吊索间距为9+32×8+16m，边跨内不设吊索。&&&&&&&&吊索为销接式,为方便取材与施工也采用镀锌高强钢丝，其材料与规格与主缆相同。&&&&&&&&（4）加劲梁：本桥加劲梁采用扁平钢箱梁截面型式，箱梁中部梁高2.25m，端部梁高，顶板厚14mm，底板厚12mm，顶板形成双向横坡1.5%，箱梁全宽16.3m。&&&&&&&&（5）索塔：采用预应力混凝土门式框架结构，索塔桥面以上为56m，全高82m，塔柱为带倒角的空心箱形截面，顺桥向宽4.5m，横桥向宽3.2m，每边壁厚为0.8m，基础采用刚性扩大基础，高6m，每层台阶厚2m。&&&&&&&&（6）锚碇：为提高经济效益，减小对山体的扰动，两锚碇充分利用地形，均采用岩孔锚。&&&&&&&&（7）施工方案：先缆后梁，钢箱梁刚结后再桥面二期施工。&&&&&&&&钢箱梁从东向西依次吊装，两边的端节段最后合龙。&&&&&&&&江中采用浮运吊装，荡移曲外结合钢栈桥施工。&&&&&&&&边跨预应力混凝土简支T梁采用工厂预制现场吊装。&&&&&&&&2.3各方案的技术经济比较表2.1方案比选表方案类别第一方案第二方案第三方案工程项目主桥跨桥型结构三跨连续刚构桥88+154+88m上承式箱板拱桥183m独塔单跨悬索桥272m主跨梁高2.7～8.7m2.9m2.25m主桥跨结构特点高速行车平顺，可减少大型支座的费用充分发挥混凝土材料受压性能，结构刚度大，变形小，动力性能好结构新颖，受力明确，避免传统悬索桥反对称特性的不利影响建筑造型主桥线条简洁明快，外型朴素大方，线形流畅，视野开阔气势宏伟，外观优美，典雅朴素且与地形极为相称造型美观新颖，线条简洁养护维修工作量很少少一般设计经验技术水经验丰富，技术成熟，有成熟的经验，经验很少。&&&&&&&&但可参2012届桥梁专业毕业设计7平国际先进水平。&&&&&&&&国际领先水平照典型悬索桥的设计及施工技术进行设计施工方法和难易程度挂篮平衡悬臂现浇施工，悬臂施工经验足，进度快技术经济合理。&&&&&&&&缆索吊装施工经验已经基本成熟，没有通航要求，施工方便，成拱后施工进度快，简单，安全，便于控制。&&&&&&&&节段吊装施工，较易，但施工监控很重要。&&&&&&&&工期短较长较长工程数量混凝土.23625.1（）高强钢丝(t)1335.1钢绞线(t)237.953.737.4钢材(t)96.7方案比较结果比较方案比较方案推荐方案2.4推荐桥型方案经过以上技术、经济比较，并结合桥梁设计的几大原则，推荐第三方案独塔悬索桥作为推荐桥型方案。&&&&&&&&安全性：对于建成后使用的拱桥和悬索桥是十分安全的，如果说拱桥在施工阶段有一定危险，但也很少听闻悬索桥在施工及运营中出现过事故，故其安全性是有保证的；适用性：三个方案均具有适用性；经济性：三个方案中除推荐方案造价比较高外，另两个比较方案均比较经济，故经济性是推荐方案的一个软肋；美观方面：拱桥和悬索桥相对连续刚构桥来说更加美观，都是我国的传统桥型，拱桥古典优雅，和环境十分协调，而此悬索桥由于造型奇特，尤其是力学结构上比较新颖，受力明确，散发一种生机勃勃的朝气，十分有活力；环保方面：三者对环境的影响均不大，可能推荐方案的锚碇施工对地质有些影响，不过也是机械方面的小扰动，不存在环保问题；耐久性：推荐方案悬索桥的吊索需要更换，另外两个比较方案耐久性均3m苟彬彬：睿江大桥设计8可以，其中拱桥应该是最好的。&&&&&&&&总的来说，如果没有第三个方案，也就是推荐桥型方案，根据以上分析比较，应该是要选择第二方案。&&&&&&&&虽然推荐桥型方案在经济性方面很不占优，但是，桥梁设计也要尽可能地采用新结构，新工艺，由此才能促进桥梁事业的不断发展，相信在此对该桥型做出比较浅显的涉及后，将来会对其有更深入的研究，以解决一些技术和经济上的问题，使得该桥型更加具有实际性和可操作意义。&&&&&&&&2.5设计荷载及其组合2.5.1主要设计荷载恒载（永久荷载）：一期恒载，二期恒载活载（基本可变荷载）：公路一级风（其他可变荷载）：设计风速24.2m/s温度（其他可变荷载）：初始温度20℃最高温度39.6℃最低温度-3.5℃地震（偶然荷载）：未给（根据需要设计）2.5.2主要荷载组合表2.2主要荷载组合荷载组合ⅠⅡⅢⅣ恒载√√√√公路一级√√√人群√√温升√温降√风√√地震√2012届桥梁专业毕业设计92.6设计基本参数&&&&&&&&（1）跨径：60+272m；(2)主塔高度：索塔桥面以上为58.0m，全高82.0m；(3)加劲梁型式为扁平钢箱梁，正交异性板桥面。&&&&&&&&加劲梁桥轴中心处高为2.25m，高跨比为1/121；加劲梁全宽为16.3m，宽跨比为1/16.7；(4)吊索间距：9+32×8.0+16m；(5)本桥单根主缆由33束预制索股组成，单根主缆设计面积为0.，每根主缆断面直径为36.0cm，空隙率19%；(6)恒载：加劲梁5.0381t/m二期荷载2.8t/m，（8cm沥青混凝土桥面铺装，容重取25kN/m3，人行道板取4kN/m2）(7)风荷载：由规范可知，设计基准风速为24.2m/s，计算得加劲梁横向风荷载为0.155t/m，主缆横向风荷载为0.031t/m，主塔顶部横向风荷载为0.48t/m，底部横向风荷载为0.237t/m。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计10第3章结构分析理论及成桥计算在睿江大桥悬索桥的结构总体计算分析中，考虑到悬索桥受力特点及其几何非线性而采用了有限位移理论，运用空间分析程序MIDAS进行结构的静动力分析。&&&&&&&&3.1结构计算理论简介对于悬索桥的结构分析，一般采用二维平面分析法和空间分析法，所谓二维计算法就是忽略悬索桥的空间特性，将悬索桥按荷载作用情况分为竖向荷载作用平面，横向荷载作用平面及扭转荷载作用平面，然后分别对各个平面进行受力分析。&&&&&&&&空间计算法就是将悬索桥离散为空间结构，建立空间有限位移分析理论及计算程序，直接将竖向、横向及偏载作用与结构上求结构内力及变形的方法。&&&&&&&&3.&&&&&&&&1.1竖向荷载作用下的结构分析竖向荷载作用下的结构分析可分为弹性理论、挠度理论和有限位移理论，三者在考虑非线型的程度上有较大的区别。&&&&&&&&睿江大桥悬索桥跨度为272米，加劲梁桥宽16.3米，总体分析时采用有限位移理论。&&&&&&&&对于悬索桥的非线性问题，主要是两个方面：荷载作用下的大位移和结构的初始内力。&&&&&&&&线性结构分析时，力的平衡方程是以结构的初始几何位置来建立，结构内力大小与结构变形无关；当结构的变形较大时，真实的平衡状态应是以变形后的结构几何位置来建立，这时力的大小与结构变形相关，力与变形是非线性关系。&&&&&&&&大跨度悬索桥的特点是恒载集度远大于活载值，恒载引起的巨大的主缆索力提供比加劲梁自身刚度大的多的重力刚度。&&&&&&&&3.1.2横向荷载作用下的结构分析在横向荷载作用下，主缆将其所受荷载通过横向挠曲传给桥塔，加劲梁的横向荷载则传给两端风支座和通过吊索传给主缆。&&&&&&&&3.1.3扭转及偏心荷载作用下的结构分析二维分析理论假定悬索桥加劲梁的弯曲与扭转的复合效应薄弱，因此弯曲和扭转2012届桥梁专业毕业设计11的计算可分开进行。&&&&&&&&3.1.4空间分析法采用有限元法对悬索桥作空间分析，应根据单元受力特性，采用多种单元组合形成悬索桥空间分析的力学模型。&&&&&&&&这些单元是：&&&&&&&&（1）非线性空间索单元，用于模拟主缆、吊索；（2）非线性空间梁单元，分为考虑和不考虑翘曲位移两种情况，用于模拟变截面索塔和加劲梁。&&&&&&&&如同斜拉桥的建模情况一样，将悬索桥的加劲梁用“鱼骨梁”模拟。&&&&&&&&吊索可用带刚臂的索单元模拟。&&&&&&&&该模型称为单主梁模型（见图3.1），其中间轴线通过主梁截面的扭转中心。&&&&&&&&主梁的抗拉刚度EA、竖向抗弯刚度EIx、横向抗弯刚度EIy和自由扭转刚度EId以及分布质量M和质量惯性矩Im都集中在中间轴线上。&&&&&&&&悬索桥的主梁则通过短刚臂和吊索连接形成“鱼骨式”模型。&&&&&&&&这种模型的优点是主梁的刚度系统和质量系统都是正确的，缺点是无法考虑主梁的约束扭转刚度的贡献，对于自由扭转刚度较小的开口截面（例如叠合梁截面），这种模型会直接影响起重要作用的桥面扭转频率的精度。&&&&&&&&单主梁模型适合于主梁为自由扭转刚度很大的闭口（单室或多室）箱梁截面。&&&&&&&&图3.1鱼骨梁模型苟彬彬：睿江大桥设计123.2睿江大桥结构分析理论睿江大桥结构体系为独塔单跨地锚式悬索桥，由于该结构体系不多，一些经典传统悬索桥的基本理论，结构参数不能直接套用。&&&&&&&&因此，需要在结构分析之前一些说明，在此过程中会引入一个新概念，以方便结构设计与模型建立，详见下文。&&&&&&&&悬索桥初期设计中的一个参数就是矢跨比，大跨度悬索桥的矢跨比一般为1/8～1/12,睿江大桥初步设计思想就是矢跨比为1/10的双塔单跨悬索桥在主跨跨中切开，取一半进行分析。&&&&&&&&根据28qlHf?，通过理论计算，在线形保持不变的前提下，独塔单跨地锚式悬索桥的矢跨任比为1/10，当然水平分力也相等，但是这样无法精确给出大桥的矢跨比。&&&&&&&&在后来接触到CIVIL2011悬索桥建模助手时，发现该助手可以模拟不对称结构体系的悬索桥。&&&&&&&&结合地锚式悬索桥成桥状态下主缆水平分力处处相等这一基本定理。&&&&&&&&因此，引入一个参数：当独塔悬索桥产生的水平分力与两倍于独塔悬索桥主跨加劲梁跨径的双塔悬索桥在相同荷载集度q作用下产生的水平分力相等时，把双塔悬索桥的矢跨比叫做“独塔悬索桥的等量矢跨比”简称为“等量矢跨比”。&&&&&&&&用参数DS表示。&&&&&&&&睿江大桥的等量矢跨比DS=1/10。&&&&&&&&基本原理详见图3.2睿江大桥结构分析。&&&&&&&&图3.2睿江大桥结构分析2012届桥梁专业毕业设计133.3睿江大桥有限元模型3.3.1材料参数通过初步计算拟定睿江大桥的各细部尺寸：首先可通过加劲梁的截面计算出加劲梁的重量，在此过程中，不再精确考虑横隔板，纵横加劲肋等的重量。&&&&&&&&加劲梁总重为顶底板以及腹板的重量乘以一个1.5的增大系数，做近似计算。&&&&&&&&加劲梁横截面面积通过CIVIL2011自带的的截面特性计算器进行计算得出带有梯形加劲纵肋的面积（将来作为结构计算）与不带加劲纵肋的截面面积（此时用来估算重量）分别为0.6070932m和0.4288962m。&&&&&&&&加劲梁总重为不带加劲纵肋的截面面积乘以1.5。&&&&&&&&取加劲梁的容重7.85t/m3,则加劲梁重量：q?加劲梁0.5;7.85×1.5=5.0502504t/m铺装层为8cm的沥青混凝土，取沥青混凝土的容重为2.5t/m3，则：?铺装层q9×0.08×2.5=1.8t/m人行道、栏杆等附属结构根据规范取值，即：?附属结构q1.25×2×0.4t/m2=1t/m取一半的桥梁宽度，拟定主缆的尺寸：?加劲梁q0.5×5.0502504t/m=2.5251252t/m?二期q0.5×（1.8+1）=1.4t/m1.主缆由以上数据可知：?恒载q2..4=3.9251252t/m?活载q1.05+0.25×1=1.30t/m?q1.2?恒载q1.4活载q=6.53t/m主缆的水平拉力：22g6.54.4lHf?????苟彬彬：睿江大桥设计14其中：l为桥梁的等量跨径，为544m；f为桥梁的等量垂度，为54.4m。&&&&&&&&主缆的拉力为：coscos33HTta???依据规范公式：??kTA???其中：k为安全系数，取2.5；???为高强钢丝的公称抗拉强度，取1670MPa。&&&&&&&&则主缆的横截面面积：20.085mA?取单丝直径为?5.10mm,断面积为20.42mm2,单股丝数为127丝，净截面积为25.93cm2。&&&&&&&&单缆股数为33股，净截面积0.,主缆外径为0.36m,空隙率为19%。&&&&&&&&2.吊杆1.21.46.53/qqqtm???恒载活载对于标准梁段的标准吊杆：6.53852.24tT???吊杆依据规范公式：??kTA???其中：k为安全系数，取4.0；???为高强钢丝的公称抗拉强度，取1670MPa。&&&&&&&&则吊杆的横截面面积：20.00125mA?取单丝直径为?5.10mm,断面积为20.42mm2,吊杆的丝数为2×31丝，净截面积为0.m2，采用双吊杆形式。&&&&&&&&建立模型时简化为单吊杆，吊杆外径取为0.05m。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计15对于端梁段的边吊杆，适当予以加大，采用2×37丝，材料与规格同上。&&&&&&&&3.主塔主塔截面为带圆弧倒角的箱型截面，采用等截面形式，顺桥向4.5m，横桥向3.2m，壁厚0.8m，材料选用C50混凝土。&&&&&&&&4.横系梁上下横系梁截面为箱型截面。&&&&&&&&上横系梁高4.0m，宽2.5m，壁厚0.5m，下横系梁高5.0m，宽4.0m，壁厚0.6m，材料均选用C50混凝土。&&&&&&&&5.加劲梁截面形式为扁平流线型钢箱梁，顶板厚14mm，底板和斜腹板厚12mm，材料选用Q345D。&&&&&&&&全桥主要构件材料参数见表3.1所示：表3.1材料参数名称材料类型弹性模量E（1011N/m2）面积A(m2)惯性矩I（m4）容重W（kN/m3）主缆镀锌钢丝2.090.吊杆镀锌钢丝2.090.5080.05加劲梁Q345D2.10.607(带纵肋)0.58583主塔C50砼0.359..3.2模型结构的组成一般将悬索桥模型简化为空间杆系结构模式。&&&&&&&&主梁由于采用了钢箱梁截面，故截面形式选择单主梁模式较合理。&&&&&&&&当然，也可以用实体单元、壳单元等来仿真实际的结构，但这种方法工作量太大，往往导致过于注重细节而忽视大局。&&&&&&&&无论采用怎样的计算模型，与实际结构都有一定的差异，由此带来模型误差。&&&&&&&&建模时应抓住主要矛盾，忽略次要因素的影响，尽量减少模型误差。&&&&&&&&全桥有限元模型包含4个桁架单元,136个索单元，65个梁单元，211个节点。&&&&&&&&结构各构件的模型特点描述如下：&&&&&&&&（1）钢箱梁：考虑到钢箱梁的截面比较复杂，故根据受力特点进行简化模拟。&&&&&&&&箱梁的顶板、底板以及顶底板纵向加劲肋（沿桥纵向是贯通的）提供了主要的抗弯刚度。&&&&&&&&抗苟彬彬：睿江大桥设计16剪主要由腹板承担。&&&&&&&&考虑到横隔板的布置特点（沿桥纵向不是贯通的）和功能（改善局部受力），认为它不参与结构整体受力，但需计入自身重量，这可以通过相应修改钢材容重得以实现（表3.1中的加劲梁的容重取83kN/m3就是为了模型建立的需要，因为程序是根据输入的面积和容重自动计算出自重，由于导入的界面面积介于拟定面积的1.0～1.5，故需要通过计算求出与输入面积匹配的容重，使其乘积等于钢箱梁的总重，这也是建模中利用建模助手得出大致线形修改后，运行悬索桥精确分析找到精确线形的需要）。&&&&&&&&所以，钢箱梁的整体受力考虑了面板、底板、纵向加劲肋以及腹板，不计入横隔板的刚度贡献，但它自身的总量不可忽略。&&&&&&&&为了较准确的计算钢箱梁的截面特性，使用MIDASCivil2011自带的截面特性计算器，该工具具有自定义任意界面的功能，可以自动计算抗弯惯性矩、净截面积、质心等截面参数。&&&&&&&&这里需要注意是，钢箱梁为薄壁闭口结构，故在MIDAS的截面特性计算中对闭合部分一定使用model—closedloop—Register。&&&&&&&&先在CADAuto中用线段画出钢箱梁各部分，此时不用画出厚度，将它保存为DXF文件，再从idasM的SPC中导入该文件，最后指定各个部件的厚度并计算截面几何特性（图3.3）。&&&&&&&&考虑到结构受力，空间布缆以及后期施工阶段吊装和模拟的方便，钢箱梁的分段为4m（端节段）+16×16m（标准段）+12m（端节段）一段。&&&&&&&&箱梁的尺寸为：桥轴线处箱内净高2.25m，桥面板做成1.5%的双向横坡，满足排水的要求，梁全宽16.3mm。&&&&&&&&桥面板厚14mm，底板与斜腹板厚度为12mm。&&&&&&&&图3.3钢箱梁截面特性计算（2）主缆及吊索：采用idasM的只受拉索单元。&&&&&&&&吊索间距为9,32@8，12m，吊索与主缆连接处共用节点。&&&&&&&&吊索与钢箱梁通过梁两端伸出的刚臂相连接。&&&&&&&&（3）门字形索塔：由于混凝土索塔是等截面的箱型，故采用等截面里的箱型截面自定义索塔截面即可。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计173.3.3模型边界条件的模拟睿江大桥的结构体系是独塔单跨地锚式悬索桥，加劲梁一端是支承在桥塔横梁上，另一端是支承在陆地上。&&&&&&&&建模过程中，在桥塔与钢箱梁的连接处，除了竖向支座，还考虑了加劲梁横向抗风的需要设置了抗风支座。&&&&&&&&抗风支座及竖向支座采用弹性连接的方式实现，弹性连接的刚度均取2×107t。&&&&&&&&而加劲梁与陆地的连接采用固定铰支座简化处理。&&&&&&&&索塔底部和主缆岩孔锚尾端约束其所有自由度，散索鞍支撑处固定，但可绕横桥向转动，散索鞍理论交点可绕横桥向转动以及可以有竖直面内的位移。&&&&&&&&3.3.4睿江大桥空间有限元模型睿江大桥空间有限元模型如图3.4——3.6所示：图3.4模型的立面图苟彬彬：睿江大桥设计18图3.5模型的平面图图3.6模型的轴测图悬索桥的结构分析主要分为成桥阶段分析和施工阶段分析两部分。&&&&&&&&成桥阶段分析是指在所有工程竣工后，即在成桥状态下分析桥梁的静力和和动力反应。&&&&&&&&悬索桥在成桥状态下处于结构自重平衡状态，又称为悬索桥的初始平衡状态，计算初始平衡状态下主缆的坐标和张力称为初始平衡状态分析。&&&&&&&&成桥阶段分析包括初始平衡状态分析以及在其它外力作用下的结构效应分析。&&&&&&&&悬索桥在施工阶段具有很明显的非线性反应，但在给主缆以及吊杆施加了足够的张力的成桥阶段，其它荷载(车辆荷载、风荷载等)作用下的结构效应显示为线性。&&&&&&&&所以可以将初始平衡状态下的主缆和吊杆的张力转换为几何刚度，对于其它静力荷载可以做线性化的分析。&&&&&&&&将初始平衡状态下构件的内力转换为几何刚度后做线性化分析的2012届桥梁专业毕业设计19方法称为线性化有限位移法。&&&&&&&&因为线性化有限位移法在成桥阶段分析中具有足够精确的解，所以在成桥阶段分析中采用线性化有限位移法。&&&&&&&&下面将详细介绍睿江大桥成桥阶段的各种分析。&&&&&&&&3.4悬索桥成桥状态静力计算作用在悬索桥结构的外荷载包括车辆荷载、人群荷载、风荷载和温度作用等。&&&&&&&&在外荷载作用下的悬索桥结构分析，不仅对悬索桥的设计计算，而且对检查悬索桥结构在施工阶段、成桥运营阶段的安全性都是十分必要的。&&&&&&&&3.4.1结构“初始平衡状态”的确定悬索结构在没有施加预张力以前没有刚度，其形状不确定，必须通过施加适当的预张力赋予一定的形状，才能使其成为能承受外荷载的结构。&&&&&&&&在给定的边界条件下，所施加的预张力系统的分布和大小（这是一套自平衡的内应力系统）同所形成的结构初始形状之间是相互联系的。&&&&&&&&如何最合理的确定这一初始形状和相应的自平衡预张力系统，就是张力结构的“找形”或更确切地称为“初始平衡状态的确定”或“初始平衡状态分析”。&&&&&&&&这是索结构等张力结构设计中的一个关键问题。&&&&&&&&悬索桥与一般中小跨径桥梁的区别就是悬索桥的自重和大部分施工荷载主要由主缆来承担。&&&&&&&&特别是成桥后在恒载作用下主缆和吊索的张力、桥形应与设计目标一致。&&&&&&&&悬索桥的主缆是变形性很大的承重构件，施工过程中主缆和加劲梁的几何形状始终在变化，只有成桥后在自重作用下，其整体几何形状才是确定的。&&&&&&&&因此，悬索桥的空间建模计算应该是首先确定初始平衡状态，然后根据初始平衡状态进行静力和动力分析。&&&&&&&&初始平衡状态的分析是对运营阶段进行线性、非线性分析的前提条件，也是进行逆序施工阶段分析（倒拆分析）的重要环节，所以应尽量使初始平衡状态分析与设计要求一致。&&&&&&&&对于MIDAS程序，悬索桥的初始平衡状态分析阶段是以悬索桥的基本假定为基础，利用节线法来计算空缆线形的过程。&&&&&&&&节线法是利用加劲梁、吊杆自重作用下产生的内力平衡条件来计算主缆的坐标和张力的方法。&&&&&&&&此方法是悬索桥(广安大桥、永宗大桥、日本明石海峡大桥)广泛应用的方法。&&&&&&&&最近除了节线法之外，还有利用弹性悬链线确定空缆线形的方法和考虑加劲梁、主缆、主塔体系来决定整体结构形状的精确分析的方法。&&&&&&&&CivilMIDAS软件不仅能做节线法分析，而且还能对整体结构体系做精确的初始平衡状态分析。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计20节线法采用了日木Ohtsuki博士使用的计算索平衡状态方程式，是利用桥梁自重和主缆张力的平衡方程计算主缆坐标和主缆张力的方法。&&&&&&&&其基本假定如下:&&&&&&&&（1）吊杆在横桥向垂直向下，并垂直于顺桥向。&&&&&&&&（2）主缆张力沿顺桥向分量在全跨相同。&&&&&&&&（3）假定主缆与吊杆的连接节点之间的索呈直线形状，而非抛物线形状。&&&&&&&&（4）主缆两端坐标、跨中垂度、吊杆在加劲梁上的吊点位置、加劲梁的恒荷载等为已知量。&&&&&&&&由于程序没有独塔模型，因此根据悬索桥在成桥状态下边中跨主缆水平力相等这一平衡原则，利用MIDAS悬索桥建模助手（图3.7）建立一双塔两跨悬索桥的模型（图3.8）。&&&&&&&&然后去掉中间跨（图3.9），利用单元的复制和移动功能将左边跨的主缆与右边跨合并（图3.10），主缆在塔顶理论交点共用节点，可以达到结构平衡状态，从而实现独塔悬索桥的快速建模。&&&&&&&&图3.7悬索桥建模助手对话框2012届桥梁专业毕业设计21图3.8悬索桥建模助手图3.9去掉中间跨图3.10修改为独塔苟彬彬：睿江大桥设计22由于模型改动较大并且也希望找到更加理想的成桥线形，因此，修改相应的边界条件，通过合并以及分割单元来建立索塔和索塔上下横梁等。&&&&&&&&定义相应的“垂点组”和“更新组”，将自重和二期荷载定义为一个荷载工况“自重”。&&&&&&&&随后修改悬索桥分析控制数据并运行（图3.11），通过不断地迭代，直到相邻两次之差呈千分之几的固定值，可认为模型迭代次数以及收敛次数足够，这可能是模型修改较大或者主梁支座处使用了弹性连接造成的。&&&&&&&&图3.11悬索桥分析控制选项注：节点荷载为引桥荷载，梁单元荷载为二期荷载（其中加劲梁自重与二期荷载之和要等于建模助手对话框中的桥面系均布荷载值）为了验证该线形是否理想，故利用悬索桥精确分析后程序提供平衡单元节点内力数据，定义一个一次成桥的施工阶段，在施工控制阶段对话框中选择“考虑非线形分析/独立模型”，并勾选“包含平衡单元节点内力”进行一次成桥验算。&&&&&&&&精确精算线型，经过叠加计算之后，建立施工阶段模型（一次成桥状态），运行之后，得到恒载作用下结构最大竖向挠度发生在弹性连接的支座处，仅为1.234e-007m，由此可知悬索桥精确分析的得出的线型接近理想线型，足以达到工程需要（图3.12）。&&&&&&&&于是，接下来对模型进行成桥状态的分析。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计23图3.12一次成桥施工阶段计算根据一次成桥施工阶段的结果可以查得主缆（图3.13），吊杆拉力（图3.14），加劲梁的内力以及索塔的内力（图3.15）。&&&&&&&&并可知主缆水平分力为3142.22t。&&&&&&&&恒载主缆索力主缆X坐标（m）主缆索力（t）图3.13恒载主缆索力苟彬彬：睿江大桥设计24恒载吊杆拉力.....046.078.110.47吊杆X坐标吊杆拉力（t）图3.14恒载吊杆拉力图3.15恒载加劲梁和索塔弯矩图恒载作用下主缆索力最大值为3684.09t，最大应力430.50MPa，位于边跨主缆塔顶处；由于端部吊杆吊杆需要承受比标准吊杆稍长的加劲梁段，故两端吊杆拉力较大，符合实际情况，最大拉力为47.71t，最大应力315.80MPa，发生在靠近索塔的第一根端吊杆，为了使吊杆应力较为均匀，所以将端部吊杆的尺寸予以加大，此方案是比较合理的；加劲梁中间段内力分布较为均匀，固定端由于存在端部无索区，故正弯矩较大，而弹性连接端由于弹性效应，使得靠近索塔的几段加劲梁存在负弯矩，这也在预料之中，加劲梁的弯矩最大值为-211.40t·m，最大拉应力为3.67MPa；对于索塔下横梁，由于作用有边跨T梁重量以及考虑的汽车和人群荷载，所以正弯矩很大，最大值为824.10t·m，最大拉应力0.73MPa，最大压应力发生在索塔底部，为5.94MPa。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计253.4.2满跨汽车荷载分析在MIDAS程序中，迭代出初始平衡状态后，系统赋予全桥单元初始单元内力，进行线性化的有限位移分析。&&&&&&&&车辆加载依据《公路桥涵设计通用规范》进行，全桥桥面宽9m，荷载等级为公路一级，双向两车道。&&&&&&&&计算中横向及纵向折减依据规范执行。&&&&&&&&在满跨车道荷载作用下：如果采用线性分析，加劲梁竖向最大挠度0.7243m，正好发生在跨中位置。&&&&&&&&由于悬索桥是非线性结构，如果采用基于线性叠加理论进行有限位移分析，计算结果将会存在一定的误差。&&&&&&&&于是本桥又采用非线性分析计算出满跨车道荷载作用下的加劲梁竖向最大挠度0.7147m，同样在跨中。&&&&&&&&可见按非线性计算的加劲梁竖向最大挠度比按线性计算的约小1.3%，符合实际情况。&&&&&&&&图3.16满跨车道荷载结构变形满跨车道荷载作用下主缆索力和吊杆拉力增量见图3.17和图3.18。&&&&&&&&满跨车道荷载主缆索力增量78.....038.070.102.主缆X坐标（m）主缆索力增量（t）图3.17满跨车道荷载主缆索力增量苟彬彬：睿江大桥设计26满跨车道荷载吊杆拉力增量70.....030.062.094.吊杆X坐标（m）吊杆拉力增量（t）图3.18满跨车道荷载吊杆拉力增量3.4.3满跨人群荷载分析满跨人群荷载作用下结构变形形状与满跨车道荷载作用下的变形形状类似。&&&&&&&&这里仅列出满跨人群荷载作用下主缆索力和吊杆拉力增量，见图3.19和图3.20。&&&&&&&&满跨人群主缆索力增量861.....022.054.086.118.47主缆X坐标（m）主缆索力增量（t）图3.19满跨人群荷载主缆索力增量2012届桥梁专业毕业设计27满跨人群荷载吊杆拉力增量00.511.522......046.078.110.47吊杆X坐标（m）吊杆拉力增量（t）图3.20满跨人群荷载主缆索力增量对于满载车道和人群荷载，由于大致为均布荷载，所以主缆索力增量趋势大致相同。&&&&&&&&而对于吊杆增量，在满跨车道荷载作用下，由于加劲梁的变形，致使吊杆拉力增量呈现与加劲梁的变形形状相反地增量趋势，端部吊杆由于变形小，故分配的拉力较小，中段吊杆变形大，相对分配的拉力较大；并且相对于人群荷载来说，由于存在车道荷载集中力的作用使得车道荷载作用下的吊杆增量有一个尖峰，而人群荷载作用下的中段吊杆相对平缓，这也在情理之中。&&&&&&&&3.4.4静风荷载分析自塔科马垮桥以来，悬索桥的加劲梁都采用了扭转刚度大的桁架或箱梁。&&&&&&&&本设计中采用了国内常见的流线型扁平钢箱梁。&&&&&&&&对于大跨度悬索桥，随着风速的增加，结构所受的升力也在不断增加，主缆拉力随之减小。&&&&&&&&因此，主缆刚度减小，从而使整个桥体结构的刚度减小。&&&&&&&&本文仅进行横向静风计算。&&&&&&&&横向风荷载是垂直于悬索桥纵向轴线的风荷载，它对悬索桥加劲梁的静荷载通常用三分力即FH、Fv和扭矩M来描述，三分力的大小由空气密度、风速和加劲梁迎风面积大小及几何形状确定，其中，加劲梁几何形状是一个关键性因素。&&&&&&&&三分力系数随不同风攻角的变化特征须经风洞试验测定。&&&&&&&&根据已有的三分力风洞实测曲线可知，0oC攻角时的CV和CM的影响一般通过原点或接近原点，因此在风速较低和加劲梁扭转角不大的前提下，忽略CV和CM的影响只考虑CH的作用。&&&&&&&&按《公路桥涵设计通用规范》第4.3.7节的规定计算横桥向风荷载标准值。&&&&&&&&依据设计规范，取该桥的设计基本风速V10=24.2m/s，按D类地区类别计算，设计风速重现期换算系数k0取1.0；各个构件的风载阻力系数k1均取0.8；各个构件的风速高度变化修正系数k2分别取：加劲梁取0.91，主缆取1.01，桥塔顶部取&&&&&&&&1.12、底部取0.79；苟彬彬：睿江大桥设计28阵风风速系数k5取1.70。&&&&&&&&高度Z处的设计基准风速d2510VkkV?空气重力密度γ-0.017e?横桥向风荷载标准值2wh0132dwhrvFkkkAg?其中，whA为横向迎风面积，按桥跨结构各部分的实际尺寸计算。&&&&&&&&经计算得，各个构件的风荷载标准值为：加劲梁0.155t/m，桥塔上部0.48t/m、桥塔下部0.237t/m，主缆为0.25t/节点（主跨）、1.71/节点（边跨）。&&&&&&&&注：由于边跨不是主要分析对象，未划分节点，故简化为边跨主缆全长风力的一半分别作用于塔顶理论交点和转索鞍处，所以相对主跨边跨节点力很大。&&&&&&&&建模过程中索塔和加劲梁风力简化为梁单元梯形荷载和梁单元均布荷载，主缆风力近似为节点荷载。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）主缆与加劲梁横向位移主缆和加劲梁在静风荷载作用下，产生水平摆动，其中加劲梁最大水平位移为0.049m,主缆最大水平位移为0.079m。&&&&&&&&（图3.21）图3.21在横向静风荷载作用下主缆与加劲梁的位移2012届桥梁专业毕业设计29（2）加劲梁横向弯矩增量经过有限元计算得到，加劲梁在静风荷载作用下，横向弯矩的最大增量为1578.32t·m，发生在跨中位置。&&&&&&&&（图3.22）图3.22在横向静风荷载作用下加劲梁的弯矩3.4.5温度作用分析温度作用也是作用在悬索桥结构上的主要作用之一。&&&&&&&&悬索桥是柔性结构，在温度变化下将发生较大变形。&&&&&&&&这里只考虑均匀的或线形的温度变化。&&&&&&&&以初始温度20，最高温度39.6℃和最低温度-3.5℃两种工况进行计算。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）主缆和加劲梁竖向位移温度升高（图3.23），主跨主缆最大下挠0.277m，加劲梁最大下挠0.280m，均位于在跨中点；温度降低（图3.24），主跨主缆最大上挠0.329m，位于离跨中点一个吊杆距离偏向固定铰支座的一个节点处，加劲梁最大上挠0.332m，位于在跨中点。&&&&&&&&温度升高使得中跨主缆下挠，温度降低引起中跨主缆上挠，且温度变化愈大，主缆位移绝对值愈大，在此过程中加劲梁随主缆一起变位。&&&&&&&&模型在成桥运营阶段主缆与塔顶固结，温度降低使主塔缩短，索塔位置附近主缆有所下挠，其他位置处主缆上挠；温度升高时情况相反。&&&&&&&&温度升降引起的位移变化最值均位于或靠近主跨中点处。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计30图3.23最高温度39.6℃作用下结构的变形图3.24最低温度-3.5℃作用下结构的变形（2）主缆、吊索内力增量温度升高使得主缆内力减小，温度降低则使主缆内力增加，其增量大小与温度变化大小有关，温度变化愈大，主缆内力变化愈大。&&&&&&&&边跨主缆内力增量绝对值明显大于主跨主缆内力增量(图3.25)。&&&&&&&&温度变化对两边端部几根吊杆内力影响较大，温度升高引起端吊杆内力减小，温度降低引起端吊索内力增大，但温度变化对其他吊索内力变化影响很小。&&&&&&&&其中，右边端吊杆增幅较大，可能是由于建模中采用的固定铰支座以及无索区段较长引起的。&&&&&&&&详2012届桥梁专业毕业设计31见图3.26。&&&&&&&&温度变化主缆索力增量-150-100-主缆X坐标（m）主缆索力增量（t）升温主缆索力增量降温主缆索力增量图3.25温度变化主缆索力增量温度变化吊杆内力增量-6-4-20246吊杆X坐标（m）吊杆内力增量（t）升温吊杆内力增量降温吊杆内力增量图3.26温度变化吊杆内力增量3.4.6移动荷载工况分析之前对结构所做的分析将用于后来扰度和极限承载力能力的验算分析，下面要做的是对结构进行移动荷载（车辆和人群）的分析，可以得到结构在移动荷载工况下加劲梁的弯矩包络图和应力包络图，以及车车道荷载作用下加劲梁竖向最大挠度。&&&&&&&&如果采用线性分析，在车道移动荷载工况下加劲梁竖向最大挠度0.7178m，正好发生在跨中位置，比之前3.3.2进行的满跨车道荷载作用下的0.7243m要稍微小一点，这可能是因为自己和人群加载时的一些集度的取值与程序的内部数据有一定的小差别，并且没有做纵向折减在进行车道这并不影响大局，其中最重要的一个信息是作用位置都在跨中。&&&&&&&&由此可知：在活载作用下加劲梁竖向最大挠度发生在跨中点位置。&&&&&&&&这一结论为后苟彬彬：睿江大桥设计32续章节计算加劲梁在最不利荷载组合下的竖向最大挠度指明了方向，并可按非线性有限位移法较为精确的计算加劲梁竖向最大挠度（前提假设为：各项荷载数值足够精确）。&&&&&&&&此项工作将在后续章节进行。&&&&&&&&下面列出加劲梁在移动荷载（车辆和人群）作用下的弯矩包络图以及应力包络图。&&&&&&&&其中最大竖向弯矩3442.00t·m，最大组合应力（弯矩+轴力）59.70MPa，均发生在同一点，且左右大致对称。&&&&&&&&见图3.27和图3.28。&&&&&&&&图3.27移动荷载工况加劲梁弯矩包络图（y方向）图3.28移动荷载工况加劲梁应力包络图注：其中的弯矩和应力均包含恒载2012届桥梁专业毕业设计333.5屈曲分析限于作者的水平，本桥只进行了结构在恒载，满跨活载（车辆+人群），风，温度荷载作用下的线弹性屈曲分析，并将两者加以比较。&&&&&&&&见表3.3以及图3.29和图3.30。&&&&&&&&表3.3屈曲分析工况工况荷载1恒载（常）满跨车道（变）满跨人群（变）横向静风（常）升温（常）2恒载（常）满跨车道（变）满跨人群（变）横向静风（常）降温（常）图3.29工况1屈曲模态图3.30工况2屈曲模态苟彬彬：睿江大桥设计34经过分析，对于升温工况，本桥的特征值稳定系数为307.6：对于降温工况，特征值稳定系数为307.4，失稳模态均发生在第130阶。&&&&&&&&因为主缆与吊索为受拉构件，加劲梁有一定的弯曲应力，但相对桥塔承受的压应力要小得多，因此两种工况均为桥塔失稳；再者，在降温荷载下，拉索收缩，会加大对桥塔的压应力，所以降温工况要比升温工况的特征值稳定系数稍低。&&&&&&&&本桥的模拟的是在恒载，风荷载，温度荷载不变，而活载（车辆+人群）变化情况下的屈曲分析。&&&&&&&&由于是桥塔失稳，而满跨荷载的降温工况桥塔受力是很不利的，因此，本桥的简化分析还是具有一定意义的。&&&&&&&&3.6动力分析自上世纪四十年代美国旧塔科马悬索桥风毁事故以来，研究悬索桥风致振动的专家们发现，一个需要先行解决的问题就是了解悬索桥固有振动的基本特征。&&&&&&&&现在对悬索桥受动力荷载行为（受迫振动）的研究均是以其固有振动或自振特性为基础的。&&&&&&&&桥梁结构的振动，是伴随着外作用输入（车辆动荷载、风力、地震波）和摩擦损耗（材料内摩擦和连接及支承摩擦），结构体系的变形能量和运动能量相互转化的周期性过程。&&&&&&&&体系的敏感程度与其自身固有频率和输入作用的频率之比密切相关。&&&&&&&&因此，结构固有频率的确定是研究结构动力响应的基础，悬索桥也不例外。&&&&&&&&桥梁结构的动力特性参数包括结构的自振频率、振型及阻尼比等，反应桥梁的刚度和刚度分布的合理性。&&&&&&&&它取决于结构的组成体系、刚度、质量分布及支承条件等，对于正确进行桥梁抗震设计、车振分析和抗风稳定性分析等都有重要的意义。&&&&&&&&运用Civil分别对结构进行特征值分析、反应谱分析和时程分析。&&&&&&&&3.6.1特征值分析在“初始平衡状态”下，主缆、吊索及加劲梁等均有初始应变，而自振模态的计算正是基于上述应变进行的。&&&&&&&&睿江大桥前10阶模态的频率及前10阶模态振型分别见表3.4和图3.24。&&&&&&&&表3.4睿江大桥自振特性模态号频率周期说明(cycle/sec)(sec)10.55竖向一阶正对称振动20.032横向一阶正对称振动30.85缆索正对称横向振动（双缆反向）2012届桥梁专业毕业设计.965528竖向一阶反对称振动50.29缆索横向振动、梁侧弯60.507索塔、缆索横向振动70.838314&&&&&&&&1.19287缆索横向反对称振动（双缆反向）80.848273&&&&&&&&1.178866缆索横向反对称振动90.059竖向二阶正对称振动10&&&&&&&&1.398缆索横向反对称振动（双缆反向）从表3.3中可以看出，该桥的振动基频为0.407573Hz，属于大频率范围，主要是由于缆索拉力大并且桥梁跨度相对于传统悬索桥较小，刚度相对较大。&&&&&&&&一般大跨度悬索桥的自振周期均较长，基本都在10s以上，并且以主塔振动为主的振型出现较晚。&&&&&&&&如江阴长江大桥第一次出现以主塔顺桥向振动为主的振型发生在第37阶（0.676Hz），江苏润扬长江大桥，同一振型发生在第39阶（0.485Hz）。&&&&&&&&睿江大桥加劲梁的跨度小，刚度相对较大，而且该桥的振动基频来就很高，因此在第6阶出现了以主塔参与振动的振型，也可以做出解释。&&&&&&&&可见独塔地锚式悬索桥由于其刚度大的特性，其振型与经典悬索桥有一定差别。&&&&&&&&前几阶振型中，该桥以缆索横向振动居多，主要是由于竖向刚度非常大，相对来说横向刚度就较小了。&&&&&&&&总的来说，该桥总体刚度较大，振动基频很高，因此呈现与传统经典悬索桥不同的自振特性是可以理解的。&&&&&&&&(a)竖向一阶正对称振动苟彬彬：睿江大桥设计36(b)横向一阶正对称振动(c)缆索正对称横向振动（双缆反向）(d)竖向一阶反对称振动2012届桥梁专业毕业设计37(e)缆索横向振动、梁侧弯(f)索塔、缆索横向振动(g)缆索横向反对称振动（双缆反向）苟彬彬：睿江大桥设计38(h)缆索横向反对称振动(i)竖向二阶正对称振动(j)缆索横向反对称振动（双缆反向）2012届桥梁专业毕业设计39图3.31前十阶模态振型图3.6.2反应谱分析采用程序自动生成反应谱，设计采用同一条反应谱函数China(JTJ004-89)，基本烈度7，场地类别Ⅰ，场地卓越周期0.2s，重要性修正系数1.0，最大周期10s。&&&&&&&&建立X，Y，Z三个方向的反应谱荷载工况，结果采用30%组合规则。&&&&&&&&特征值分析频率数为300，分析后查看其各个方向的振型参与质量均达到90%，满足要求，即可查看反应谱分析结果。&&&&&&&&表3.5塔顶、跨中位移值（mm）位置XYZ塔顶1.33.50.9主缆跨中1.517.411.7主梁跨中1.38.611.63.6.3时程分析设计还对结构进行了简要的时程分析，由于缺乏实地的地震波数据资料，因此，选择了程序记录的：顺桥向采用的是1940,ElCentroSite,180Deg，顶点=0.2142g，持续时间53.46sec；横桥向采用的是1940,ElCentroSite,270Deg，顶点=0.3569g，持续时间53.72sec；竖向为1940,ElCentroSite,Vertical，顶点=0.2468g，持续时间53.78sec。&&&&&&&&三个方向输入时间步长均为0.01秒，阻尼比均采用0.02，分析类型为线性分析，分析方法采用振型叠加法，时程类型为瞬态，分析时间均设为60秒，稍长与地震作用时间。&&&&&&&&然后定义三个方向的时程荷载工况进行分析。&&&&&&&&分析结果见表3.6和图3.32，图3.33。&&&&&&&&表3.6塔顶、跨中位移值（mm）位置顺桥向振幅（X波）横桥向振幅（Y波）竖向振幅(Z波)塔顶—56.9～54.3—145.7～140.2—7.8～7.5主缆跨中—52.4～49.2—650.4～682.2—80.3～77.2主梁跨中—43.3～38.0—327.9～300.7—79.5～76.6苟彬彬：睿江大桥设计40图3.32Y波作用下塔顶Y方向位移变化图3.33Y波作用下加劲梁跨中Y方向位移变化从分析结果可以看出，由于选择的地震波能量太大，相对于反应谱分析的结果位移因此大很多，并且查看结果，塔柱在X波作用下塔身的最大拉应力达到了2MPa，超过了C50混凝土的容许抗拉强度设计值（1.83MPa）。&&&&&&&&由于地震波选取不当，因此设计不采用该时程分析结果，在此只做简单涉及和了解，将来有机会可进一步分析。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计41第4章主要构件的设计与验算4.1索塔设计4.&&&&&&&&1.1国内外已建成或在建的钢筋混凝土索塔根据现有统计资料，国外已建成的特大跨径悬索桥中，采用钢筋混凝土索塔的很少。&&&&&&&&近年来我国相继建成的大径悬索桥，都采用了钢筋混凝土索塔。&&&&&&&&国内外已建或在建的钢筋混凝土索塔的基本情况如表4.1所示：表4.1国内外已建或在建的钢筋混凝土索塔的基本情况序号桥名主跨跨径塔高索塔高跨比横系梁根数1坦克维尔桥（法国）22小贝尔桥（丹麦）.18823恒伯尔桥（英国）.1144青马桥（香港）.14345汕头海湾桥36广东虎门桥.16637江阴大桥.尺寸的拟定悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一，由主缆、索塔、加劲梁和锚碇4个主要部分组成。&&&&&&&&索塔形式一般采用门式框架结构。&&&&&&&&悬索桥通常作为当地标志性建筑物，设计时必须充分考虑桥梁的美学元素。&&&&&&&&如果不能与当地总体布局和自然环境相协调，那将是一个很大的遗憾。&&&&&&&&作为最能体现悬索桥美学特征元素的门形索塔，尺寸的拟定关系重大。&&&&&&&&美学上主要考虑：1.悬索桥门塔式框架不宜设计的过于纤细，结构美的前提是要给人稳定和安全感。&&&&&&&&2.塔顶和塔柱可以通过截面渐变的形式，以免显得过于呆板。&&&&&&&&3.塔座的底部造型应该在外侧面增加一些美学造型元素，并与塔柱、塔座、承台、底横系梁，共同露出地面，从感观上才趋于完整的视觉印象，才能表现出桥塔稳如盘石的势态。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计42结合上述美学的考虑并参考已有桥型，本桥塔柱拟定如下：索塔设计为等截面竖直形式，断面尺寸为4.5m（顺）×3.2m（横），两塔柱中心间距在塔顶为14.4m。&&&&&&&&等截面竖直形式使得主缆中心距加大，不仅可以为结构本身不宽的桥面争取较大的宽跨比，增大岩孔锚的中心距，减少干扰，而且为塔柱的施工带来了方便。&&&&&&&&塔柱外壁以及内壁的角隅处采用R=0.8m的圆弧连接，不但可使塔的外形线条较为流畅，而且可以减小风荷载下的迎风阻力。&&&&&&&&横系梁的设置是根据塔的横向刚度而定的。&&&&&&&&由于本桥索塔桥面以上为56m，全高82m，桥塔高度不是很大，因此不加附加横系梁，只在塔顶和桥面设置上、下横系梁，这样整个塔柱框架的比例比较协调。&&&&&&&&(图4.1)图4.1索塔空间图2012届桥梁专业毕业设计43图4.2塔顶细部图图4.3索塔下横梁细部图4.1.3索塔验算首先对各个荷载工况进行组合，通过计算得到塔顶偏移量的最不利荷载组合下的索塔水平偏移量，荷载组合如表4.2所示。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计44表4.2主要荷载组合荷载组合ⅠⅡⅢⅣ恒载√√√√满跨车道√√√满跨人群√√温升√温降√风√√地震√通过比较，工况Ⅱ（各项系数均取1.0）产生的偏移量最大，其中顺桥向位移8.86cm，横桥向&&&&&&&&1.14cm。&&&&&&&&通过梁单元应力图查看在该工况下桥塔基地并未出现拉引力，且最大压应力为10.84MPa,小于C50混凝土的设计抗压强度（22.4Mpa），满足设计要求。&&&&&&&&其中上横梁的最大最大拉应力为1.31MPa，下横梁在恒载（包括引桥荷载）作用下的最大拉应力为0.73MPa，而在工况Ⅱ作用下最大拉应力达7.24MPa，主要原因是在成桥恒载状态下下横梁受力主要来自自重和引桥荷载，而在工况Ⅱ作用下活载通过加劲梁段支座传给下横梁，故受力急剧增加。&&&&&&&&因此下横梁需按预应力混凝土构件布置一定的应力筋，对于上横梁可以作为钢筋混凝土构件进行配筋。&&&&&&&&这里由于时间不充分，故不作配筋设计。&&&&&&&&4.2主缆的设计与验算4.2.1主缆的材料及截面1.钢丝采用直径?5.1mm的镀锌高强钢丝，并应满足相应的设计技术规范，标准强度为1670MPa。&&&&&&&&2.索股对于PPWS法施工的索股，为将其钢丝排列成正六边形，使得架设时主缆索股密贴，故每股的丝束一般为6&&&&&&&&1、91或127等。&&&&&&&&睿江大桥根据主缆所需的净截面积，选用127丝直径为?5.1mm的平行镀锌高强钢2012届桥梁专业毕业设计45丝集束成预制索股，索股截面见图4.3。&&&&&&&&着色丝钢丝索股断面图基准丝定型包扎带67,.3索股截面构造索股全长范围内每隔1.0～1.5m包缠定型绑扎带一道，以保证索股成六角形，这样设计的截面具有截面紧凑、几何稳定性好、便于定位和方便施工等优点。&&&&&&&&预制索股截右上角设一根长度标记钢丝作为基准丝，左上角设一根着色丝作为定位钢丝。&&&&&&&&4.2.2结构设计与受力分析1.安全系数的取值主缆设计计算时，采用安全系数来限定其材料容许应力的取值。&&&&&&&&根据《公路悬索桥设计规范条文说明》（JTJ2002）规定，主缆设计安全系数不得小于2.5。&&&&&&&&该值是参考国内、外实桥采用值，结合我国设计、施工的实际情况规定的。&&&&&&&&表4.3列出了国内外多座悬索桥主缆安全系数值。&&&&&&&&2.主缆设计弹性模量的取值准确选择主缆的弹性模量，对悬索桥设计计算至关重要。&&&&&&&&主缆索股的预制和安装、成桥后的线形控制、内力和变形均与弹性模量有直接关系。&&&&&&&&睿江大桥悬索桥设计中钢丝的弹性模量取为2.09×105MPa。&&&&&&&&3.主缆截面设计本桥单根主缆由33束预制索股组成，单根主缆设计面积为0.，每根主缆断面外直径约为36cm，空隙率约19%，如图4.4所示。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计46表4.3内外多座悬索桥主缆安全系数值主缆索股排列及编号图4.4主缆索股排列及编号2012届桥梁专业毕业设计47表4.4主要荷载组合荷载组合ⅠⅡⅢⅣ恒载√√√√满跨车道√√√满跨人群√√温升√温降√风√√地震√荷载组合参见表4.4，通过比较，工况Ⅲ（按照承载能力极限状态进行组合）产生的主缆索力最大，其值为t，相应的主缆最大拉应力为659.4MPa。&&&&&&&&详细结果见图4.5和图4.6。&&&&&&&&极限承载力主缆索力1021118主缆X坐标（m）主缆索力（t）图4.5极限承载力主缆索力苟彬彬：睿江大桥设计48极限承载力主缆应力878........51118.5主缆X坐标（m）主缆应力（MPa）图4.6极限承载力主缆应力4.2.2主缆安全性系数验算主缆安全系数取2.5时的容许应力tkMPaKss===荷载工况Ⅲ（主缆的拉力最大）主缆的拉应力t459.4668FMPaAss==?相应的主缆安全系数59.4K???，故满足设计要求！4.3吊杆的设计与验算4.3.1吊杆的材料吊索采用同样规格的镀锌高强钢丝，钢丝直径?5.1mm，标准抗拉强度为1670MPa。&&&&&&&&4.3.2吊杆结构形式斜吊索与竖直吊索相比，斜吊索可与主缆、加劲梁形成桁架作用，提高全桥刚度及结构阻尼值。&&&&&&&&然而，斜吊索在活载作用下，吊索索力变化幅度较大，所以存在严重的疲劳问题。&&&&&&&&另外斜吊索对吊索制作长度误差及索夹等安装误差也较为敏感。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计49目前采用斜吊索的悬索桥，有英国的Serven桥、Humber桥，土耳其的BosporusⅠ桥及日木的北港联络桥。&&&&&&&&英国人在充分吸收了塞文桥的经验后，BosporusⅡ桥设计中采用了竖直吊索型式。&&&&&&&&睿江大桥设计采用竖直的销接式吊索（图4.7）。&&&&&&&&图4.7销接式吊索与销接式吊索相比，骑跨式吊索缺点是:材料必须采用钢丝绳，钢丝绳弯折后产生弯曲应力折减的问题，应力折减多，不能充分利用材料的强度。&&&&&&&&销接式吊索没有弯曲应力降低吊索安全系数，较经济，因此这里采用销接式。&&&&&&&&4.3.2吊索安全性系数验算骑跨式吊索钢丝绳由于小半径弯曲而产生弯曲应力，使吊索强度折减，最大折减率可达75%。&&&&&&&&所以骑跨式吊索的名义安全系数4相当于销接式吊索的安全系数3。&&&&&&&&国内外部分悬索桥吊索安全系数的取值如表4.5所示，供设计参考。&&&&&&&&表4.5国内外部分悬索桥吊索安全系数的取值苟彬彬：睿江大桥设计50设计时采用双吊杆的形式：其中标准吊杆由2×31束高强钢丝组成，吊索设计面积为0.00126m2；边吊杆由2×31束高强钢丝组成，吊索设计面积为0.00151m2。&&&&&&&&见图4.8。&&&&&&&&边吊杆断面图标准吊杆断面图图4.8吊杆截面布置表4.6主要荷载组合荷载组合ⅠⅡⅢⅣ恒载√√√√满跨车道√√√满跨人群√√温升√温降√风√√地震√2012届桥梁专业毕业设计51荷载组合参见表4.6，通过比较，工况Ⅲ（按照承载能力极限状态进行组合）产生的吊杆力拉最大，其值为67.35t，相应的吊杆最大拉应力为445.70MPa。&&&&&&&&详细结果见图4.9和图4.10。&&&&&&&&极限承载力吊杆拉力86.....046.078.110.47吊杆X坐标（m）吊杆拉力（t）图4.9极限承载力吊杆拉力极限承载力吊杆应力886.....046.078.110.47吊杆X坐标（m）吊杆应力（MPa）图4.10极限承载力吊杆应力吊索安全系数取4时的容许应力tkMpaKss===则荷载工况Ⅲ（吊杆的拉力最大）吊杆的拉应力苟彬彬：睿江大桥设计FMPaMPaAs==，故满足设计要求！由图4.10（极限承载力吊杆应力吊杆应力图）可以看出，极限承载力状况下吊杆应力差别并不大，而且端部吊杆和跨中标准吊杆的应力也非常接近，这充分说明了吊杆布置以及吊杆截面选择的正确性。&&&&&&&&4.4加劲梁设计与验算4.4.1结构设计与构造加劲梁采用扁平闭口流线型钢箱梁，单室箱，箱高2.2m，全宽16.3m，每隔4.0m设置一道横隔板。&&&&&&&&桥面板为梯形加劲肋的正交异性钢桥面板，其上铺装8cm厚的沥青混凝土。&&&&&&&&现将其扁平钢箱式加劲梁的情况简介如下：&&&&&&&&（1）截面选择：参照国外已建悬索桥所采用的扁平钢箱式加劲梁的截面形式，拟定本桥加劲主梁的截面，如图4.10所示。&&&&&&&&加劲梁图4.10扁平钢箱式加劲梁截面(2)结构尺寸设计从图中看出，加劲梁设计为单室箱梁，桥轴线处梁高2.2m，桥面设1.5%的双向横坡，全宽16.3m，材料为16Mn桥钢。&&&&&&&&标准段截面板厚：桥面板14mm，下翼板及腹板12mm，桥面板梯形加劲肋尺寸300×280×6(mm)，球角钢加劲肋厚10mm。&&&&&&&&加劲梁端部下翼板及腹板有局部加厚。&&&&&&&&加劲梁每4m设一道横隔板，横隔板上挖有过人孔，板厚8mm，有吊索处的横隔板板厚为10mm；梁端段由于有竖向支座、横向限位支座和伸缩缝，横隔2012届桥梁专业毕业设计53板的厚度加大为12mm或16mm。&&&&&&&&(3)梁段划分全桥钢箱梁共划分为18个节段，其中2～17号段为标准段，每段长16m；1号段长4m，18号段长12m，均为端梁端。&&&&&&&&(4)梁端部设计梁的端部构造较复杂，因集中有竖向支座、横向限位支座、伸缩缝等结构。&&&&&&&&据此，对端段采取了增加板厚的设计，桥面板和上、下斜腹板厚均采用14mm,底板厚采用12mm。&&&&&&&&端段的横隔板采用整体式横隔板，板厚增至16mm。&&&&&&&&4.4.2结构受力分析及强度、刚度验算悬索桥加劲梁的主要功能：首先是直接承受竖向活载；其次是能够安全地抵抗横向风压，并在风动力作用下不丧失稳定，最后要能抗震。&&&&&&&&因此其设计计算和设计考虑应包括如下内容：&&&&&&&&（1）加劲梁在使用活载之下的弯矩、剪力和扭矩；(2)横向风力的效应；(3)起控制作用的强度验算；(4)加劲梁在不同荷载下的变位1.在竖向活载下的设计考虑大跨悬索桥加劲梁的高跨比很小，在活载作用下梁的应力不大但变形大，这里的变形是指梁的挠度和曲率。&&&&&&&&所以加劲梁只是将短段活载分摊到附近的几根吊索，最后传到主缆等主要承重结构上。&&&&&&&&加劲梁承受的正弯矩，正是由此短段加活载工况决定；而在不加活载的区段，主缆因发生向上的竖位移，通过吊索就使加劲梁在这些区段引发负弯矩。&&&&&&&&设计经验表明:当加在加劲梁上的活载长度很大时,加劲梁曲率沿梁分布较为均匀，其峰值并不高，相应弯矩也不大，对于截面验算，该加载工况往往不受控制。&&&&&&&&2.在横向风静压下的设计考虑双铰加劲梁在横向风静压下，因加劲梁在主跨两端是断开的，此时加劲梁就是一简支梁，它将与主缆共同抵抗水平的横向风压。&&&&&&&&按横向风压进行内力分析，即可求得加劲梁所承受的横向弯矩。&&&&&&&&在进行梁的应力验算时，应将其与由竖向活载引起者迭加。&&&&&&&&这一荷载组合，对于加劲梁的设计往往起控制作用。&&&&&&&&3.对地震设防的设计考虑长大跨悬索桥都是柔性结构，其自振周期一般较长，可以长达l0s以上。&&&&&&&&如跨度苟彬彬：睿江大桥设计54888m的广东虎门大桥侧向周期超过11s、跨度1380m的江阴长江公路悬索桥，其侧向基本周期达20s。&&&&&&&&而现今作抗震设计用于较长周期的地震反应谱曲线是从较短周期的资料向外延伸而推出，不甚可靠。&&&&&&&&一些反应谱分析结果表明:地震时加劲梁的内力反应值都比活载内力值小，即地震力不起控制作用。&&&&&&&&而本桥的实际反应谱分析也表明，由该项荷载工况引起的位移以及内力都比活载小。&&&&&&&&根据钢桥规范采用容许应力法验算加劲梁强度，各荷载组合系数均取1.0。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）加劲梁的强度验算：在竖向活载下，加劲梁承受的最大正弯矩，通常是由短段活载工况决定的；在横向风静压下的加劲梁的应力验算，应将其与由竖向活载引起者迭加，这一荷载组合，对于加劲梁的设计往往起控制作用。&&&&&&&&遵循这两个原则，建立如下工况进行验算，见表4.7。&&&&&&&&表4.7加劲梁验算工况工况荷载Ⅰ恒载车道移动荷载人群移动荷载横向静风升温在工况Ⅰ荷载作用下，加劲梁最大正弯矩为y3442M=tm，最大剪应力为=249.94Qt，最大组合应力为=65.5Pa310MMPas&，故满足设计要求！其计算结果见图4.11～4.12。&&&&&&&&图4.11工况Ⅰ加劲梁弯矩包络图2012届桥梁专业毕业设计55图4.12工况Ⅰ加劲梁剪力包络图图4.13工况Ⅰ加劲梁应力包络图（2）加劲梁的刚度验算：悬索桥为柔性结构，对加劲梁竖向挠度及横向位移的限值主要是保证行车的平顺舒适和安全感。&&&&&&&&大跨悬索桥最大竖向挠度及在强风作用下横向最大水平位移如表4.9所示。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计56表4.9大跨悬索桥最大竖向挠度及在强风作用下横向最大水平位移由3.3.2节可知，满跨车道荷载作用下的加劲梁竖向最大挠度0.7147m，/1/380vLd=，满足《公路悬索桥设计规范》中规定的：悬索桥加劲梁由汽车荷载（不计冲击力）引起的最大竖向扰度值不宜大于跨径的1/250～1/300。&&&&&&&&风载作用下，加劲梁最大水平位移加劲梁在静风荷载作用下，产生水平摆动，其中加劲梁最大水平位移为H0.049md=,/1/5551HLd=,对比表4.9可知挠度和水平位移均小于一般值，尤其是水平位移。&&&&&&&&4.5岩孔锚和索鞍的设计设计中，主缆从转索鞍到岩孔锚的锚固处长度为20m，采用岩孔锚可以有效地减少对岩体的扰动以及横向两岩孔锚的干扰，并且可以降低工程造价，建模过程中，锚固点采用一固定支座，可以得出在最不利荷载作用下主缆在该出的拉力。&&&&&&&&主索鞍底至主缆中心高2.5m，为模拟方便，在建模过程中忽略其自重采用一刚性连接来模拟（在模型分析过程中可以通过释放刚性连接X方向的约束或通过弹性连接的使用来达到各个2012届桥梁专业毕业设计57阶段的模拟），可以得出最不利荷载作用下的索鞍压力。&&&&&&&&对于转索鞍，左边引桥侧转索鞍转索角度为7°，右边主跨侧转索鞍转索角度为26°，建模过程中，均采用一长度为3m的桁架单元来模拟，通过一些边界条件的修改来实现其转动，以接近实际情况，可以得出在最不利荷载作用下转索鞍的所受的轴力。&&&&&&&&由于缺乏一些技术资料，所以本设计只给出了各构件的最不利荷载，将来有机会再做进一步的设计与分析。&&&&&&&&由于主索鞍，转索鞍的受力以及岩孔锚的锚固处拉力与主缆的拉力息息相关，大致呈正比关系，因此选用主缆最大拉力的极限承载能力荷载工况来验算比较准确。&&&&&&&&工况荷载组合见表4.10。&&&&&&&&表4.10索鞍，岩孔锚验算工况工况荷载Ⅰ恒载满跨车道满跨人群横向静风降温通过模型结构计算，详细结果见表4.11。&&&&&&&&表4.11索鞍，岩孔锚受力最值位置受力主索鞍左侧转索鞍左侧岩孔锚拉力右侧转索鞍右侧岩孔锚拉力&&&&&&&&1.1t5.6t4855.6t从结果可以看出，右侧转索鞍由于转索角度较大，因此鞍座所受压力较大，设计时应特别注意。&&&&&&&&由于时间仓促，故不做细部设计和验算。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计58第5章施工组织设计悬索桥是一种柔性悬挂体系，施工过程中具有显著可挠的特点。&&&&&&&&主缆采用预制平行钢索股（PPWS）法、加劲梁采用缆索吊装法是悬索桥常用的施工方法，这种施工方法给桥梁带来复杂的内力和位移变化。&&&&&&&&为确保成桥后的结构内力和几何线形符合设计要求，结构内力处于最优状态，同时又确保施工过程中的安全和全桥的顺利合龙，在悬索桥施工过程中必须进行严格的施工控制。&&&&&&&&悬索桥的施工主要包括索塔、岩孔锚、缆索系统和加劲梁等的制作和安装。&&&&&&&&施工顺序为为：基础——索塔——岩孔锚——猫道——主缆——加劲梁——桥面二期。&&&&&&&&各施工步骤划分如下（加劲梁段的划分详见本章末图5.1）：步骤一:&&&&&&&&1、施工索塔基础以及岩孔锚的开挖和钻孔，桥台以及引桥桥墩修建，同时加工制造上部施工所需构件，为上部施工作准备。&&&&&&&&2、睿江大桥悬索桥为钢筋混凝土门式框架结构，采用爬模施工技术，系梁采用膺架方案施工。&&&&&&&&步骤二:&&&&&&&&1、先导索过江。&&&&&&&&2、牵引系统架设。&&&&&&&&3、锚道架设。&&&&&&&&4、猫道门架、滚筒安装。&&&&&&&&5、引桥简支T梁架设。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计59塔顶门架及滑轮组散索鞍门架及滑轮组牵引索猫道门架及滑轮架猫道滚筒拽拉器主牵引卷扬机步骤三:预制平行钢丝架设：&&&&&&&&（1）将索股锚头引出，把锚头连接在拽拉器上。&&&&&&&&（2）索股前端到达对岸岩孔锚，检查索股的扭曲、断带。&&&&&&&&（3）把前端锚头从拽拉器上卸下，安装锚头引入装置。&&&&&&&&（4）索股横移、整形。&&&&&&&&（5）索股垂度调整。&&&&&&&&塔顶门架及滑轮组散索鞍门架及滑轮组牵引索猫道门架及滑轮架猫道滚筒拽拉器预制束股预制束股卷筒主牵引卷扬机步骤四:预紧缆：&&&&&&&&（1）索股架设完毕后，沿全长确认索股排列情况，索股排列不整齐的部位要修正。&&&&&&&&（2）将预紧点6～7mm范围内的主缆外层索股绑扎带解除，索股绑扎带要边预紧边拆除，不要一次性拆光。&&&&&&&&（3）用千斤顶配合手动葫芦捆扎主缆，人工收紧主缆，用大木锤沿主缆四周敲打，苟彬彬：睿江大桥设计60初步挤成圆形用钢带绑扎。&&&&&&&&步骤五:正式紧缆：&&&&&&&&（1）正式紧缆顺序从塔顶向两边的顺序进行紧缆作业。&&&&&&&&（2）紧缆时，注意保持主缆钢丝的平行，不能有交叉及里外窜动现象，否则要及时处理。&&&&&&&&（3）控制横径和竖径的差值在10%内。&&&&&&&&（4）在紧缆过程中应避免千斤顶油污污染主缆而影响主缆索夹的抗滑力。&&&&&&&&步骤六:架设钢栈桥，滑车轨道以及两边1号和18号端段钢箱梁的支撑装置。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计61步骤七:&&&&&&&&1、运输安装1号（12m）和18号（4m）端段钢箱梁：通过引桥以及主跨岸侧的有利地形条件，陆路运输端段钢箱梁至预设位置，运输过程中当通过桥塔和主跨散索鞍时，适当旋转一定角度，待通过后在调整到适当位置。&&&&&&&&此时端段梁支承在托架上，免去了临时吊索便于结构的仿真模拟。&&&&&&&&注意：预设位置应比最终成桥位置向外偏移一定距离，是为了留出一段空隙以便最后成桥合拢。&&&&&&&&（端段钢箱梁在此也起一个合龙段的作用）2、进行鞍座的第一次顶推：顶推千斤顶，预先给索塔一个背向江心的预偏量。&&&&&&&&（该法与传统的鞍座顶推有所不同，限于作者的水平只能模拟该种施工方案，但两者实质相同，都是为了防止索塔拉应力超标，并保证成桥阶段索塔处于最佳状态，鞍座的顶推将在后面详细讲解）苟彬彬：睿江大桥设计62步骤八:&&&&&&&&1、安装索夹及吊索。&&&&&&&&2、陆路运输或者水路运输2～4号标准段加劲梁至钢栈桥上，跨缆起重机依次吊装3段钢箱梁。&&&&&&&&3、加劲梁长度为3×16m。&&&&&&&&步骤九:&&&&&&&&1、安装索夹及吊索。&&&&&&&&2、跨缆起重机浮运吊装5号标准段加劲梁。&&&&&&&&3、加劲梁长度为16m。&&&&&&&&4、进行鞍座的第二次顶推：顶推千斤顶，给索塔一个背向江心的偏移量。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计63步骤十:&&&&&&&&1、安装索夹及吊索。&&&&&&&&2、跨缆起重机浮运吊装6～9号标准段加劲梁。&&&&&&&&3、加劲梁长度为4×16m。&&&&&&&&4、进行鞍座的第三次顶推：顶推千斤顶，给索塔一个背向江心的偏移量。&&&&&&&&步骤十一:&&&&&&&&1、安装索夹及吊索。&&&&&&&&2、跨缆起重机浮运吊装10～15号标准段加劲梁。&&&&&&&&3、加劲梁长度为4×16m。&&&&&&&&步骤十二:&&&&&&&&1、安装剩余全部索夹及吊索。&&&&&&&&2、陆路运输或者水路运输16和17号标准段加劲梁至钢栈桥上，跨缆起重机依次吊装2段钢箱梁。&&&&&&&&苟彬彬：睿江大桥设计643、加劲梁长度为2×16m。&&&&&&&&注意：此时1号和18号端段钢箱梁还是支承在托架上，并未与2号和17号端段钢箱梁连接。&&&&&&&&步骤十三:&&&&&&&&1、安装竖向和横向抗风支座以及端部铰支座，焊接固结1号和2号，18号和17号段钢箱梁的接头，同时拆除端段的支撑托架，此时端段的重量由支座和缆索承担。&&&&&&&&2、拆除临时的钢栈桥。&&&&&&&&步骤十四:&&&&&&&&1、调整线形，剩余钢箱梁全部固结。&&&&&&&&2、进行桥面二期施工。&&&&&&&&3、测量全桥线形，看索塔位置是否理想，已决定是否进行少量的鞍座顶推以达到2012届桥梁专业毕业设计65成桥状态的理想线形。&&&&&&&&4、大桥施工完毕。&&&&&&&&图5.1加劲梁段的划分苟彬彬：睿江大桥设计66第6章施工阶段仿真分析第三章第三节中已经建立了全桥的空间有限元模型，在此基础上做悬索桥的逆施工阶段分析（即倒拆分析）。&&&&&&&&在MIDAS中，为了做逆施工阶段分析，首先应定义施工阶段名称。&&&&&&&&利用施工阶段对话框定义所有施工阶段名称，然后定义结构群、边界群和荷载群，最后将定义的结构群、边界群和荷载群分配给各施工阶段。&&&&&&&&本桥做施工仿真分析从成桥倒拆分析直至空缆状态，不再考虑空缆之前的施工细节（如先导索、猫道等的架设）。&&&&&&&&施工悬索桥加劲梁的方法有边施工边刚接加劲梁的刚接法，以及在施工过程中不刚接施工完所有加劲梁段后，最后将加劲梁全长刚接起来的饺接法。&&&&&&&&本文采用的是铰接法，但也不是纯粹的铰接法（边段加劲梁先固结）。&&&&&&&&施工阶段模拟顺序为：空缆——依次吊装2～17号加劲梁——安装焊接1和18号端段加劲梁（合龙）——全桥加劲梁刚结——桥面二期（成桥状态）。&&&&&&&&铰接法的特点为加劲梁只是作为荷载作用于吊杆上，在施工阶段加劲梁不产生内力。&&&&&&&&加劲梁之间的连接定义为铰接。&&&&&&&&加劲梁之间的铰接条件是通过释放梁端约束功能实现的。&&&&&&&&使用释放梁端约束功能定义加劲梁之间的铰接时需注意如下事项。&&&&&&&&如图5.2(a)所示，与刚体相连的两个加劲梁的端部，如果对弯矩(M)方向均设置为可以自由旋转，则刚体绕y方向也将无约束自由旋转，因此结构模型将成为不稳定体系。&&&&&&&&为了防止刚体绕y轴无约束自由旋转，应参照图5.2（b）将其中一个加劲梁的一端绕y旋转的自由度约束起来。&&&&&&&&图5.2铰接模型分析一般的建模方法如图5.3所示，在①桥梁段只释放j端绕y轴方向约束，在②桥梁段只释放i端绕y轴约束。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计67图5.3常用铰接建模方法由于本桥并非双塔对称悬索桥而且为了更加接近实际工程，因此，睿江大桥采用图5.4所示铰接方法。&&&&&&&&图5.4睿江大桥桥铰接建模方法为了更加准确的模拟真实的施工阶段，睿江大桥设计采用3种不同情况下的施工分析：&&&&&&&&（1）鞍座自由滑移（施工阶段非线性分析独立模型，考虑平衡单元节点内力）；（2）鞍座固结（施工阶段非线性分析独立模型，考虑平衡单元节点内力）；（3）鞍座顶推（施工阶段非线性分析累加模型）；6.1鞍座自由滑移施工分析鞍座自由滑移状态施工阶段的分析有很大的意义，可以初步确定鞍座的预偏量，这是一种完全理想的施工状态。&&&&&&&&在此之前通过释放塔顶鞍座的刚性连接的X水平方向的苟彬彬：睿江大桥设计68约束来实现。&&&&&&&&具体的倒拆施工阶段见表5.1.表5.1自由滑移倒拆施工阶段施工阶段结构组边界组荷载组激活钝化激活钝化激活钝化CS0全部成桥边界自重，二期，引桥CS1二期CS2加劲梁铰接CS31&18号段加劲梁支座CS417号段CS516号段CS615号段CS714号段CS813号段CS912号段CS1011号段CS1110号段CS129号段CS138号段CS147号段CS156号段CS165号段CS174号段CS183号段CS192号段上表为各施工阶段添加或删除的结构、边界以及荷载组的名称。&&&&&&&&CS0：成桥阶段；CS3～CS18：施工加劲梁和吊杆的施工阶段；CS19：空缆阶段；2012届桥梁专业毕业设计69限于篇幅，仅举出施工阶段CS12、空缆阶段和成桥阶段有限元模型，见图5.5～5.7。&&&&&&&&图5.5成桥阶段的有限元模型图图5.6CS12施工阶段的有限元模型图苟彬彬：睿江大桥设计70图5.7空缆阶段的有限元模型图在此过程中，得出鞍座自由滑移偏移量为29.65cm，由于塔顶鞍座自由滑移，因此索塔几乎是不动的，保持良好地受力状态，索塔几乎不承受弯矩，塔底应力也是随梁段的吊装而均匀增加，并且一直处于受压状态。&&&&&&&&边跨主缆的拉力也随加劲梁的吊装而不断增大。&&&&&&&&在加劲梁吊装过程中，主跨跨荷载的不断增大，使得主缆弹性伸长及索塔向中跨的偏位随之增加，主缆及加劲桁架的标高也发生改变。&&&&&&&&这里加劲梁吊装过程中，主缆和加劲梁的控制点均取主跨跨中点作为标高控制点。&&&&&&&&结果详见图5.8～5.12。&&&&&&&&图5.8自由滑移鞍座和索塔位移变化2012届桥梁专业毕业设计71图5.9自由滑移塔底应力变化图5.10自由滑移边跨主缆拉力变化苟彬彬：睿江大桥设计72图5.11自由滑移主跨主缆跨中点竖向位移变化图5.12自由滑移加劲梁跨中点竖向位移变化注：由于跨中位置加劲梁在CS11阶段才吊装上去，所以吊装之前的位移为0。&&&&&&&&鞍座自由滑移状态施工阶段的分析可以初步确定鞍座的预偏量，然而，这是一种完全理想的施工状态。&&&&&&&&悬索桥在施工过程中，要求主缆在索鞍中不发生相对位移，以免主缆束股受到磨损，以及在偶然作用下发生的不可控制的滑动。&&&&&&&&下面将介绍为何要采取鞍座顶推，鞍座可不可以不顶推，将用实际结果来说明，详见下节——鞍座固结施工分析。&&&&&&&&2012届桥梁专业毕业设计736.2鞍座固结施工分析这在通常情况下是一种非常不利的施工方法，为了说明其不足之处，进行结构模型仿真分析。&&&&&&&&在此之前，通过一刚性连接连接塔顶和主缆，达到鞍座与塔顶固结不顶推的施工效果，其施工阶段的划分同鞍座自由滑移。&&&&&&&&由结果分析可知，索塔的预偏位为26.35cm，索鞍的预偏位为27.61cm，塔顶偏位比索鞍（这里指主缆理论交点）的偏位稍小，可能是由塔顶与理论交点到塔底的距离不同造成的。&&&&&&&&鞍座固结状态下的索鞍偏位（27.61cm）是自由滑移状态下的偏位（29.65cm）的93%，这主要是由于索塔具有一定的抗推滑移刚度，对此有个削弱作用。&&&&&&&&在此过程中，需要关心的是索塔受力是否满足要求，塔底最大拉应力是否超标，分析结果表明：塔底最大拉应力随着梁段的拆除曲线上升，其最大值（组合拉应力5.98MPa）远超C50混凝土的抗拉强度设计值（1.83