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悬索桥和斜拉桥的设计要点
日期:2015-6-5 9:44:54 作者:佚名 来源:本站原创
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1.悬索桥的设计要点

悬索桥的设计顺序一般可以分为两部分考虑,先考虑主缆及加劲梁的设计,然后根据已决 定的主缆及加劲梁体系来考虑桥塔的设计。

(1)加劲梁

①拟定悬索桥的形式,即采用单跨悬吊还是三跨悬吊。

②根据桥位处地形及地质条件,选择边孔与主孔的跨度比,以及初步决定主缆的垂跨比。

③假定加劲梁的恒载及刚度,可参照已有类似跨度和规模的实桥数据来假定。必要时也 可根据所设计桥梁的具体要求拟定初步的尺寸与截面来计算而定。设计风力可根据桥位处的 风力或风速观测资料来推算主缆及加劲梁高处的设计风力。

(2)主缆

①确定主缆的垂跨比f/l。

②参考既有类似跨度、规模、形式与垂跨比的悬索桥来初步假定主缆的钢丝索股数与每殷 的钢丝根数。

上述的恒载、截面及刚度等假定之后即可选择适宜的计算理论进行各种初步的计算,但对 地震反应分析一般宜放在最终的设计阶段进行验算。经过初步计算之后,即可根据计算结果 决定主缆与加劲梁的必要截面,并由此算出恒载与刚度。将计算所得的截面、刚度及恒载等数 据与原先假设的进行比较。如果原先的假设有较大的富余或不足,则应重新进行假设并再次 进行计算,直到假设与计算结果比较吻合为止。

(3)桥塔

首先确定桥塔的构架形式,桥塔的构架形式一般有门架式、具有多层横梁的刚架式以及具 有一组或若干组交叉斜杆的桁架式。各部分的截面尺寸可以参考已有类似的悬索桥来做初步 的假设。

桥塔计算应根据主缆与加劲梁的结构体系来进行,对桥塔应考虑纵向应力和横向应力的 影响。同时应验算桥塔的稳定性。

2.斜拉桥的设计要点

(1)结构几何尺寸的确定

斜拉桥作为由塔、梁、索组成的组合体系,进行设计时必须综合考虑塔、梁、索三者之间的 相互关系。在桥跨布置、主梁断面形式、索塔形式、索塔高度及支承体系确定后,就可拟定主梁 高度以及索塔截面尺寸,并根据主梁高度、受力及构造要求初拟各部分尺寸,然后用平面杆系 程序进行试算调整。

调整的原则:

①边跨配重应使结构在恒载作用下边墩支座不产生拉力,且在运营期间边墩支座的拉力 应控制在一个适当的数值内(便于边墩设计和支座生产)。

②斜拉索的应力、索塔混凝土的压应力、主梁恒载弯矩都应根据桥梁的实际情况控制在合 适的幅度内。

③结构体系刚度必须满足要求,主梁在汽车荷载作用下的挠度小于规范规定,并有一定的 富余。

④尽量减少梁段类型,方便施工。

几何尺寸的拟定过程中还应结合桥位考虑结构的抗风和抗震要求,必要时应进行节段或 全桥的风洞模型试验。

(2)整体静力分析

一般来讲,斜拉桥静力分析是先确定合理的成桥状态,再进行施工过程计算,通过控制施 工中每根拉索的安装索力来确保实现预定的合理成桥状态。

①合理的成桥状态

在确定成桥状态时,起控制作用的往往是主梁的应力。因此,成桥状态的确定应以主梁受 力合理为目标,以应力平衡法来设计主梁恒载内力为佳。该方法是:以主梁各截面上下缘的最 大最小应力作为控制条件来确定其预应力大小和恒载弯矩。对于混凝土梁一般以拉压应力控 制,以截面上下缘的最大应力满足拉压应力控制条件为最理想。用这种方法确定的预应力和 主梁成桥恒载弯矩称之为理想值,其成桥状态称之为理想状态。但恒载弯矩在一些控制区域 (如跨中)准确地为理想值实际很难实现,设计时一般允许恒载弯矩有一定的活动范围,并将由 此确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为合理值,其成桥状态称之为“合理状态”。

②静力分析计算成果

合理的成桥状态确定之后,就可以对结构进行详细的静力分析计算。静力分析的主要内 容有:结构设计的施工流程在各阶段的应力、变形、初始索力等,以及成桥运营状态下,各截面 的应力和变形。

(3)索塔分析计算

索塔分析计算与斜拉桥整体分析计算密切相关,一般情况下是在斜拉桥合理成桥状态确 定后,再对索塔进行平面和空间计算。

①截面强度计算

计算各种可能的荷载组合下,索塔典型截面顺桥向和横桥向应力,以及角点方向按顺桥向 和横桥向可能同时出现的荷载组合进行最大最小应力叠加。为保证塔身混凝土不产生压碎破 坏,角点最大压应力控制在混凝土容许压应力之内,允许角点出现拉应力,但塔身各计算截面 顺桥向和横桥向均处于小偏心受压状态。

②索塔稳定性计算

索塔稳定性计算包括弹性稳定性计算和弯压稳定性计算。进行弹性稳定性计算时,应分 别计算裸塔状态和成桥状态的纵横稳定性。裸塔状态按一端固定,一端自由的压杆计算;成桥 状态考虑拉索的扶正影响,按一端固定,一端铰支计算。

③索塔锚固区局部应力计算

计算锚固区内最大主压应力和最大主拉应力,并控制其值满足规范要求。

③索塔锚固区局部应力计算

计算锚固区内最大主压应力和最大主拉应力,并控制其值满足规范要求。

(4)桥面板受力计算

对桥面板进行配筋计算,控制配筋率符合相关规范规定。

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