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1、-斜拉桥设计_桥梁工程毕业设计-第 41 页目 录第一章 绪 论4第一节 工程概况4第二节 技术指标4一、公路正桥主要技术指标4二、铁路正桥主要技术指标4第三节 斜拉桥方案5一、斜拉桥概况5二、主桁5三、铁路桥面系5四、公路桥面系5五、主塔5第二章 斜拉桥主桁模型建立6第一节 建模思路7第二节 建模过程7一、节点编号7二、节点自由度7三、同位移约束7四、杆件单元9第三章 恒载及活载荷载计算12第一节 计算思路12第二节 公路恒载12一、正交异性板处12二、混凝土结合板13三、交接处节点13第三节铁路自重荷载计算14一、一级干线铁路自重荷载计算14二、客运专线铁路自重荷载计算14三、转化为节点荷
2、载15第四节活载荷载计算15一、公路活载15二、铁路活载16第四章 斜拉索初张力确定18第一节 拉索初张力确定思路18第二节拉索初张力确定18一、恒载索力 18二、活载索力 20三、拉索初张力23第五章斜拉桥结构内力分析25第一节 恒载内力25一、确定控制断面25二、恒载作用下跨中断面内力25三、恒载作用下支座处断面内力26第二节 公路桥面横向分布系数计算26一、汽车荷载横向分布计算26二、求弹性支承的刚度系数26三、建立横梁模型27四、用移动荷载法求影响线27五、确定最不利桁架28六、求中桁的横向分布系数28第三节 公路桥面横向分布系数计算29一、计算方法29二、求横向分布系数29三、确定最
3、不利桁架30第四节 活载内力分析31一、分析思路31二、求汽车活载下的内力31三、求列车活载下的内力32第六章结构验算34第一节 内力检算34一、上弦杆件检算34二、下弦杆件检算35第二节 疲劳检算36一、上弦杆件21单元疲劳检算36二、下弦杆件117单元疲劳检算37第三节 刚度检算38一、中桁上弦控制节点（40）的垂直挠度值38二、中桁下弦控制节点（119）的垂直挠度值38三、刚度检算38第七章性能评价39一、恒载内力39二、活载内力39三、结构刚度39四、不妥之处39结束语40致 谢41参考文献42附 录43英文文献及翻译斜拉桥总图主桁杆件截面图斜拉桥主塔图第一章绪 论第一节 工程概况这个
4、公铁两用江山大桥位于火星江山二桥下游9.5km处的这个分汊河段上，北岸为江岸区谌家矶，南岸为青山区建十路，大桥横越江山，连通太阳，土星两镇。火星这个公铁两用江山大桥正桥全长4657.1米，在这个银河公路，铁路合建；在水星公路，铁路平行对抗布置且两桥中心线相距40米，公路桥位于铁路桥上游。由太阳按岸向土星岸跨孔布置4孔40.7米箱梁+（54.2+280+54.2）米连续梁+62孔40.7米箱梁+（98+196+504+196+98）米钢桁斜拉桥+15孔40.7米箱梁。40.7米箱梁铁路为简支架，公路为连续梁。公铁合建段长2842.1米，上层为公路桥面，下层为铁路桥面。分建段长1815米。铁路四线
5、，其中下游两侧两线为I级干线，上游两线为客运专线；公路六车道，全宽为27米。第二节 技术指标一、公路正桥主要技术指标（1）道路等级：按城市快速路标准设计。（2）设计行车速度：80km/h（3）设计车道：双向六车道，行车道宽度33.75（单向）（4）桥面宽度：27m（5）设计荷载：公路级（6）最大纵坡：4%（7）桥面横坡：2%（8）设计风速：按百年一遇控制设计。二、铁路正桥主要技术指标（1）线路等级：客运专线，I级；（2）正线数目：客运专线双线及I级铁路双线；（3）正线相距：客运专线 5米，I级线4.2米，客运专线与I级线相距8.6米；（4）牵引种类：电力前牵引；（5）设计行车速度：货车按I级铁
6、路速度标准，客运专线200km/h以上，按250km/h作动力仿真设计；（6）设计活载：客运专线采用“zk活载”，I级铁路采用“中活载”。 第三节斜拉桥方案一、斜拉桥概况斜拉桥体系：天兴斜拉桥主设计为98+196+504+196+98m双塔三索面斜拉桥，上层为6车道公路，下层为4线铁路。斜拉桥主梁伟板桁结合钢桁梁，。桁宽30m,桁高15.2m,节间长度14m，斜拉桥下端锚固于主桁上弦节点。在斜拉桥98m锚跨及相邻边跨5个节间（70m）段，上弦杆顶面与混凝土桥面板通过剪力钉相结合，其余与正交异性钢桥面板结合为一体。二、主桁斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，N行桁架，三片主桁，三片主桁间距15m，总桁宽
7、30米，桁高15.2米，节间长度14米。主桁采用焊接整体节点结构形式，最大板厚50毫米，材质Q370qE。主桁弦杆均采用箱形截面，杆件内宽1300毫米，下弦杆面13001740毫米，每块竖板设两道纵向加劲肋，水平板设一道加劲肋，下弦杆长14米。上弦杆中，边桁采用不同的断面尺寸，边桁为13001300毫米，横坡由混凝土结合板形成；主桁在边桁处降低300毫米，中桁处降低560毫米，保证混凝土桥面板顶面与正交异性板顶面平齐。竖杆均采用“H”形截面，杆件高度9001300毫米，斜杆采用箱形或“H”形截面。三、铁路桥面系铁路桥面系采用纵横梁体系，道碴桥面。铁路纵梁为“工”形截面，高1700毫米，翼缘42
8、024毫米，腹板厚14毫米，上翼缘焊有剪力钉与混凝土道碴板相连。每线铁路下设两片纵梁，间距2米。铁路横梁为“工”形截面，高2700毫米，翼缘76040毫米，腹板厚24毫米，重量约16吨。道碴槽板厚25厘米，板面设2%横坡，两侧设1米高档碴板。一级干线桥面板宽9米，两线线间距4.2米，靠中桁一线的线路中心线距中桁中心线4.175米；客运专线面板宽9.8米，两线线间距5米，靠中桁一线的线路中心线距中桁中心线4.425米。道碴槽板横向分两块制造，接缝位于两线路之间中心处，在每个铁路横梁顶处道碴槽板断开设工作缝。道碴槽板的分块长度为节间长度约14米，每块重量约45吨。四、公路桥面系公路桥面系分两种，中
9、部是钢正交异性办桥面，两端为混凝土结合板桥面，分界线位于辅助墩靠中跨侧5个节间（70米）处，中部正交异性板桥面长756米，两端混凝土结合板桥面各长168米。正交异性板：面板板厚14毫米，面板下设槽形闭口肋，间距620毫米，闭口肋高280毫米，板厚8毫米；每半幅（15米宽）设四道纵梁，纵梁高13301558毫米，腹板厚12毫米，下翼缘42028毫米，腹板上端与面板焊接；沿桥纵向每个节间设5道横肋，间距约2800毫米，高8001060毫米，腹板后12毫米，下翼缘截面300X16毫米；仅在上弦节点处设一道“工”形横梁，横梁下翼缘与桁架式横梁相联，横梁高度13001560毫米，腹板厚14毫米，下翼缘截
10、面460X280毫米。为保证焊接质量并减少每个拼缝40个槽形闭口肋的工地调整、焊接量，尽量减少桥面板的分块，桥面板与公路横梁焊为一体出厂，桥面板板宽13米，长14米，单块重量约65吨。安装时钢桥面板四片纵梁的竖腹板和下翼缘与公路横梁以高强度螺栓相连。混凝土结合板：混凝土结合板边桁处厚30厘米，中桁处厚约57厘米，板底面水平，顶面与钢桥面板顶面齐平形成2横坡，桥面板下设四片公路纵梁，设置位置与正交异性板的纵梁相同，纵梁高1600毫米，腹板厚12毫米，翼缘420X20毫米，上翼缘分组设置剪力钉，每组四个，每组间距780毫米，预制桥面板在剪力钉处开孔27X32厘米；仅在上弦节点处设一道“工”形横梁，
11、横梁下翼缘与桁架式横联相连，横梁高度1000毫米，腹板厚14毫米，上下翼缘截面460X20毫米，上翼缘设剪力钉于桥面板结合。公路横梁以高强度螺栓与朱桁上弦杆相连，公路纵梁以高强度螺栓与公路横梁相连。桥面板每幅桥（15米宽）每个节间分四块预制，在公路纵梁剪力钉群处开27X32厘米空让剪力钉群插入，预制板宽6600毫米，长6520毫米，重量约45吨。上弦杆顶面和公路横梁顶面为微膨胀混凝土现浇段。钢桥面板混凝土桥面板结合段：钢混结合点暂定于上弦节点处，节点处靠混凝土板侧上水平板降低300毫米，设置剪力钉，灌注混凝土，并加设预应力粗钢筋；该处公路横梁为适应钢梁与混凝土板的衔接，腹板一侧 灌注混凝土，另
12、一侧设预正交异性板纵肋相对应的结构。五、主塔主塔采用C50混凝土，倒Y形结构，承台以上高度188.5米；上塔柱截面为12.2米（顺桥向）9米（横桥向），空心矩形截面，设三个锚室，壁厚0.81.5米，斜拉桥索钢锚梁锚固。下塔柱为18.010.0米的空心矩形截面。塔柱采用滑模或爬模施工。 第二章 斜拉桥主桁模型建立第一节 建模思路 该桥为半漂浮体系，建模主要考虑索、塔、主桁的关系，采用SAP90程序，把主桁结构离散为杆系结构，对每个节点依次编号，把每个杆件看作一个单元。考虑到杆件之间的连接是螺栓连接，结点整体性较好，故建模中杆件均按梁单元，单元连接按刚结。第二节 建模过程一、节点编号（一）将主桁纵
13、向定为X轴，主桁横向定为Y轴，沿塔的方向为Z轴。中桁上弦从左到右为X轴正方向，节点编号为179，下弦为80158，边桁1的上弦节点编号为159237，下弦为238316，边桁2的上弦节点编号为317395，下弦为396474。其中1号节点坐标为0，0，0。边桁1的Y坐标值为正，下弦Z坐标值为负。主桁总共有939个单元。（见图21）（二）主塔编号：将塔上的三排索简化为中间一排，将索孔作为节点进行编号，左塔索孔编号为475490，左塔索孔编号为555570将每根斜腿划分为30个单元，左塔前斜腿编号为493523，左塔后斜腿编号为524554，右塔前斜腿编号为573603，右塔后斜腿编号为60463
14、4其中493和524是同一节点的不同编号，573和604也是同一节点的不同编号主塔的每根横梁被划分为8个单元，左塔横梁为635641，左塔横梁为642648主塔总共有164个单元。（三）斜拉索编号：将每根斜拉索作为一个单元把主桁的节点号和索孔编号作为斜拉索的节点号。斜拉索总共有192个单元。二、节点自由度 （一）辅助墩支撑处的节点80、87、151、158、238、245、309、316、396、403、467、474只有Y方向位移约束，其余位移分量均为自由。（二）主塔底部的四个节点523、554、603、634被看为固定支座，六个位移分量均为约束。（三）处以上节点外，其余节点六个位移分量均为
15、自由。三、同位移约束（一）节点493和524是左塔两根斜腿交接处同一节点的不同编号，被定义为同位移约束。节点573和604是右塔两根斜腿交接处同一节点的不同编号，也被定义为同位 移约束。（二）左塔横梁与主桁下弦接触的节点635和259、638和101、641和417、645和137、642和295、648和453分别被定义为同位移约束四、杆件单元（一）该模型单元截面特性数共有68种。其中121为主桁上下弦、斜杆、竖杆的单元截面特性标识号，2225为主桁横梁的单元截面特性标识号。索孔处的单元按等截面计算，截面特性标识号为26。斜腿处的单元按变截面计算，且为线性变化，截面特性标识号为2758。59
16、66为斜拉索的单元截面特性标识号。横梁的单元截面特性简化为两种，靠近斜腿的单元截面特性标识号为68，中间的单元截面特性标识号为67。截面形状见表21。（二）斜拉索的单元截面特性只考虑弹性模量，不考虑扭转模量和惯性矩。斜拉索为钢绞线有2147、2537、2837、3377、3797、 4097、4217、4517共种，面积A见数据文件，弹性模量E=1.95MPa，=1470MPa。主桁的材质为Q370qE, 弹性模量E=2.10 MPa, 扭转模量G=0.808MPa.。主塔采用C50混凝土，弹性模量E=0.345 MPa, 扭转模量G=0.138 MPa.钢的重度为78.5kN/,混凝土的重度
17、为26.5kN/。（三）求截面特性数据：主桁上下弦、斜杆、竖杆、主桁横梁、斜腿的单元截面特性如面积、惯性矩用CAD求得，具体数值见表21。 表21 杆件截面特性 截面特性号截面形状截面面积A()扭转惯量J（）惯性矩()惯性矩()1 0.1693 0.0415 0.0259 0.0403 2 0.2038 0.0762 0.0552 0.0597 3 0.1873 0.0672 0.0488 0.0540 4 0.1571 0.0581 0.0424 0.0465 5 0.1466 0.0539 0.0358 0.0398 6 0.2226 0.1055 0.0842 0.0686 7 0.19
18、55 0.0881 0.0741 0.0607 8 0.1717 0.0763 0.0642 0.0529 续上表 90.15900.07030.06160.0472100.3483 0.1481 0.1503 0.1010 110.3343 0.1346 0.1406 0.1009 120.2976 0.1285 0.1278 0.0914 130.2569 0.1150 0.1151 0.0827 140.2186 0.1015 0.0994 0.0716 150.1886 0.0880 0.0868 0.0631 160.20120.0583 0.0288 0.0487 170.1041
19、 0.00002740.0044 0.0308 180.1169 0.0441 0.0227 0.0368 190.0922 0.00002870.0039 0.0276 200.0794 0.00002110.0018 0.0224 210.0740 0.00001420.0016 0.0204 220.1256 0.00002870.0964 0.0029 230.0440 0.00000790.0127 0.0005 240.0476 0.00000820.0191 0.0005 250.0318 0.00000340.0055 0.0003 2657.3000986.4212 590.
20、2232 790.1187 2737.3940429.0976230.8656416.94522838.0180446.1544236.0219444.5048续上表2938.6420463.3166 241.1782 473.1594 3039.2660480.5789 246.3345 502.9268 3139.8900497.9366 251.4909 533.8251 3240.5140515.3853 256.6472 565.8722 3341.1380532.9207 261.8035 599.0861 3441.7620550.5389 266.9598 633.4848 3
21、542.3860568.2363 272.1161 669.0863 3643.0100586.0093 277.2725 705.9084 37 43.6340603.8547 282.4288 743.9693 3844.2580621.7693 287.5851 783.2868 3944.8820639.7503 292.7414 823.8789 4045.5060657.7978 297.8977 865.7637 4146.1300675.9003 303.0541 908.9590 4246.7540694.0643 308.2104 953.4828 4347.3780712
22、.2845 313.3667 999.3532 4448.0020730.5586 318.5230 1046.600 4548.6260748.8846 323.6793 1095.900 4649.2500767.2604 328.8357 1145.200 4749.8740785.6843 333.9920 1196.700 4873.80101692.1945771.1123 2246.800 4974.30111737.4279794.1131 2283.200 5074.80131782.6612817.1139 2319.600 5175.30141827.8946840.11
23、47 2356.000 5275.80161873.1279863.1154 2392.400 5376.30171918.3613886.1162 2428.800 5476.80181963.5946911.9297 2466.960 5577.30202008.8280936.2697 2505.120 5677.80212054.0613961.3465 2543.280 5778.30232099.2947986.4232 2581.440 续上表5878.80242144.52801011.500 2619.600590.0082 0.0000 0.0000 0.0000 600.
24、0097 0.0000 0.0000 0.0000 610.0109 0.0000 0.0000 0.0000 620.0127 0.0000 0.0000 0.0000 630.0146 0.0000 0.0000 0.0000 640.0158 0.0000 0.0000 0.0000 650.0162 0.0000 0.0000 0.0000 660.0174 0.0000 0.0000 0.0000 67112.00 4697.7280597.3333,1829.333368133.00 5109.32801000.27082172.3333（四）定义三轴：主桁上下弦、斜杆、竖杆、主桁
25、横梁的2轴平行于整体坐标Y轴，3轴平行于整体坐标Z轴，斜杆的3轴平行于整体坐标Z轴；主塔的索孔单元的3轴平行于整体坐标Z轴，斜腿部分单元和横梁单元的3轴均平行于整体坐标X轴；中桁的索单元3轴平行于整体坐标Y轴，边桁的索单元用节点475，180定义向量，边桁的索单元用节点475，338定义向量。第三章 恒载及活载荷载计算第一节 计算思路 考虑公路纵梁、桥面板、铁路纵梁、道碴槽板重、道碴、钢轨的重量，根据恒载传递路径将这些作用力转化为节点力施加到主桁的节点上。忽略了横向连接系和人行道的重量。活载也按结点集中荷载考虑。第二节 公路恒载将公路桥面重量按施加于主桁（上弦）的结点荷载施加，荷载大小计算如下
26、。一、正交异性板处 荷载大小计算如表31 表31 正交异性板处恒载计算恒载作用位置 荷载大小计算（kN）合计（kN）桥面板0.01413.21478.5=203.0952578.727闭口肋0.2830.0082078.5纵梁(0.0122.912+0.420.0284)1478.5=128.4511横肋(0.0121.25+0.30.0165)13.278.5=99.4752节点荷载大小如表32 表32 正交异性板处节点荷载 作用位置节点号集中力（kN）中桁上弦14 -66-578.727边桁上弦172224289.364边桁上弦330382289.364二、混凝土结合板荷载大小计算如表33
27、 表33 混凝土结合板处恒载计算恒载作用位置 荷载大小计算（kN）合计（kN）桥面板4549.8=17642681.885纵梁(1.60.12+0.420.022)41478.5=917.885节点荷载大小如表34 表34混凝土结合板处节点荷载 作用位置节点号集中力（kN）中桁上弦212 , 6878-2681.885边桁上弦 160170, 2262361340.942边桁上弦 318328, 3843941340.942三、交接处节点节点荷载大小如表35表35 交接处节点荷载 作用位置节点号集中力（kN）中桁上弦 1， 79-1340.942中桁上弦13, 67-1589.439边桁1上弦
28、 159, 237-670.471边桁1上弦 171, 225-794.719边桁2上弦 317, 395-670.471边桁2上弦 329, 383-794.719第三节铁路自重荷载计算一、一级干线铁路自重荷载计算如表36 表36 一级干线铁路自重荷载计算恒载作用位置 荷载大小计算（kN）合计（kN）道碴槽板459.8=4412796.018道碴9.04.51421=1323纵梁(0.420.242+1.40.0144)1478.54=990.858钢轨759.81440.001=41.160二、客运专线铁路自重荷载计算如表37表37 客运专线铁路自重荷载计算恒载作用位置 荷载大小计算（kN
29、）合计（kN）道碴槽板459.8=4412913.618道碴9.84.51421=1440.6纵梁(0.420.242+1.40.0144)1478.54=990.858钢轨759.81440.001=41.160三、转化为节点荷载 计算结果见表38表38 转化后的节点荷载值作用位置节点号集中力（kN）边桁下弦238, 316-699.005245, 249，305, 309-2224.884246248，306308-3051.759250304，310315，239244-1389.009边桁下弦396, 474-728.405403, 407，463, 467-2283.68439740
30、2，408462，468473-1456.809404406，464466-3110.559中桁下弦80, 158-1427.40987, 91，147, 151-4508.568186，92146，152157-2854.8188890，148150-6162.318第四节活载荷载计算一、公路活载：（一）按照公路桥涵设计通用规范10.5 kN/m=180kN纵向折减系数：0.96横向折减系数：0.55折减后 ：q=10.530.550.96=16.632kN/m P=18030.550.96=285.12kN 将车道荷载的集中力P加到跨中处，其余部位布满均布荷载。（二）转化为节点荷载，见表3
31、9表39 节点荷载值作用位置节点号集中力（kN）中桁下弦1, 79-116.42440-517.968239-232.8484178-232.848边桁上弦159, 237-58.212198-258.984160197-116.424199236-116.424边桁上弦317, 395-58.212356-258.984318355-116.424357394-116.424二、铁路活载：（一）把列车活载转化为作用到横梁上的六种集中力：见图41图4-1列车活载转化为集中力示意图(a) =572.857+560=1132.857KN(b) =220+665.821=885.821KN(c) =
32、648.179+644=1292.179KN(d) =619.893+644=1263.893KN(e) =578.107+560=1138.107KN(f) =560+560=1120KN（二）转化为节点荷载，见表39 表39转化后的节点荷载作用位置节点号集中力（kN）边桁下弦238, 316374.827278592.910279758.259277864.898276845.966275761.773239274，280315749.653边桁下弦396, 474413.653437836.804436654.326435954.490434933.560433840.682397432
33、，438473827.307中桁下弦80, 158-1003.52121-1132.857120-2854.818119-6162.318118-2264.896117-2039.48881116，122157-2007.04第四章 斜拉索初张力确定第一节 拉索初张力确定思路 大跨度公铁两用斜拉桥拉索的初张力的确定应以刚度控制为依据，以横载及活载作用下主跨挠度符合规范要求衡量初张力的大小，并最终以刚度和杆件内力双重标准确定最后初张力。 进行多次试算后，最后取恒载作用下的索力和活载作用下的索力的一半之和作为初张力施加到模型的斜拉索上。 第二节拉索初张力确定一、恒载索力 见下表41。 表41 恒载
34、作用下索力值中桁边桁1边桁2单元号索力（kN）单元号索力（kN）单元号索力（kN）10964474.0811604381.2512244376.6710974438.2311614311.5612254303.8910983937.4411623883.6312263871.4310993886.6911633846.6112273831.2311004122 11644037.3 12284027.1811014604.4 11654414.7412294412.5411024667.8911664415.2212304421.4611034980.0511674684.6612314699
35、.4111044495.4311684231.8212324251.6611054564.2111694305.5712334331.4911063906.3511703679.8612343705.9411073785.4 11713547.9912353576.0111083116.6911722892.8212362917.3311092706.9111732476.1712372498.0111101773.4411741589.8212381604.09 续上表11111041.241175912.59 1239920.34 11123868.7411763733.561240380
36、9.5911134459.5511774311.7212414391.7611144672.1611784521.2212424599 11155150.8611794984.8912435065.2911165427 11805249.0112445329.1211175763.3711815567.5212455648.5 11185576.3 11825376.9912465451.9811195759.7111835539.3112475613.8111205110.8411844898.5412484962.5111215134.2 11854898.1112494960.86112
37、24349.1811864125.0312504177.7 11234183.3411873936.6612513988.0911243523.8111883283.2912523325.9511253175.7511892921.0112532961.2 11262207.4311901997.5812542029.6211271455.7111911292.2312551319.7 11283869.1211923733.9312563809.9711294459.8911934312.0512574392.0911304672.4311944521.4812584599.26113151
38、51.0711954985.1 12595065.5 11325427.1611965249.1612605329.2611335763.4711975567.6112615648.5911345576.3211985377.0112625452 11355759.6711995539.2612635613.7611365110.7412004898.4312644962.4 11375134.0312014897.9312654960.6811384348.9612024124.8 12664177.4711394183.0512033936.3612673987.79续上表11403523.5 12043282.9612683325.6311413175.3912052920.6212692960.8211422207.0812061997.2112702029.2511431455.3612071291.8512711319.3211444488.231