纜索承重橋梁之斜拉橋設(shè)計計算及實例分析

1、纜索承重橋梁之斜拉橋設(shè)計計算及實例分析一、斜拉橋靜力分析 (整體分析、局部分析、穩(wěn)定分析及施工理論計算等)二、斜拉橋動力分析 （風(fēng)振分析和地震分析等）斜拉橋的設(shè)計與計算 斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系及受力特點 斜拉橋計算方法概述 斜拉索的結(jié)構(gòu)特性索垂度效應(yīng) 平面桿系有限元法（直接剛度法）計算斜拉橋內(nèi)力和變形 斜拉橋的恒載計算（施工理論計算） 斜拉橋的活載內(nèi)力分析 斜拉橋的溫度內(nèi)力計算和考慮收縮徐變影響的內(nèi)力計算 斜拉橋的穩(wěn)定性及局部應(yīng)力第一節(jié) 斜拉橋的靜力分析徐變是混凝土應(yīng)力不變的情況下，其應(yīng)變隨時間而增長的現(xiàn)象。 考慮收縮徐變影響 徐變大小與混凝土的加載齡期、材料組成、結(jié)構(gòu)所處周圍環(huán)境、持荷時間等因素有

2、關(guān)。計算徐變內(nèi)力重分布的方法很多，這里簡要介紹換算彈性模量法。 7) 斜拉橋的溫度內(nèi)力計算和考慮收縮徐變影響的恒載內(nèi)力計算(續(xù))受到持續(xù)應(yīng)力作用后，混凝土的應(yīng)變可表示為：為加載齡期系數(shù)若近似按老化理論計算:改寫成：考慮收縮徐變影響_換算彈性模量法7) 斜拉橋的溫度內(nèi)力計算和考慮收縮徐變影響的恒載內(nèi)力計算(續(xù))于是： 將塔柱和主梁單元剛度矩陣中的彈性模量E改為 ，就可以計算 , 時間內(nèi)應(yīng)力增量產(chǎn)生的徐變。成為換算彈性模量。8) 斜拉橋的穩(wěn)定性及局部應(yīng)力穩(wěn)定性斜拉橋平面穩(wěn)定塔墩面內(nèi)、面外穩(wěn)定塔柱及箱梁在橫向荷載作用下的彎壓穩(wěn)定計算 錨下局部應(yīng)力計算:先進行整體分析，然后按圣維南假定，取出局部進行局

3、部應(yīng)力分析主梁及塔柱、索錨固區(qū)的局部應(yīng)力斜拉橋的穩(wěn)定性三、斜拉橋?qū)嵗榻B1）山東濟南黃河斜拉橋 此橋在濟南市北郊跨越黃河，全長2022.4米，混凝土斜拉橋跨徑布置為：40+94+220+94+40米，五跨連續(xù)混凝土箱梁。 主橋分跨及構(gòu)造型式 每個索塔在一個平面內(nèi)拉索為11根，全橋共44+2對拉索。索距8米,高強鋼絲平行編制成束，每根拉索由4-8束組成。橋塔為塔墩固結(jié)門式構(gòu)造，設(shè)三道橫梁。 縱向A型塔，能很好的抵抗不平衡彎矩等。主梁為雙箱梁，之間用橫隔梁聯(lián)系。采用冷鑄鐓頭錨。施工方法及恒載內(nèi)力計算 索塔采用支架逐段現(xiàn)澆。主梁采用懸臂澆注，每段長度4米。墩頂段采用支架現(xiàn)澆，副孔部分采用搭設(shè)臨時支架

4、現(xiàn)澆。施工工況見表2-5-1所列。采用一次張拉索力，以后不在調(diào)索。徐變次內(nèi)力在合攏前很小，因此，僅針對合攏后予以計算。活載及其它影響 活載內(nèi)力及撓度計算采用平面桿系有限元計算，空間影響采用橫向分布系數(shù)予以考慮。溫度影響計算了四種情況：體系溫差20、梁上下緣溫差5、塔日照溫差5、索梁溫差10。各工況內(nèi)力見右圖。2）法國伯勞東納大橋（143.5+320+143.5） 法國魯昂市附近的塞納河上，建成于1977年，雙塔空心獨柱，混凝土箱梁。 主橋構(gòu)造型式 主梁為腹板傾斜的單箱梁，按3米間距設(shè)置一對斜撐，連接在頂、底板兩端，斜撐內(nèi)設(shè)置軸向預(yù)應(yīng)力筋。 3）重慶大佛寺長江大橋 雙塔雙索面飄浮體系預(yù)應(yīng)力砼斜拉

5、橋，全橋長1176米，主橋為198m+450m+198m 三跨連續(xù)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，該橋主梁施工方法是分段懸臂現(xiàn)澆，主梁、橫梁和橋道板3者整體現(xiàn)澆，待達到設(shè)計強度后再對橫梁施加預(yù)應(yīng)力。塔高206.68米。4）法國諾曼底大橋 該橋跨越塞納河，全長2141米，主跨856米。主孔中部鋼箱梁，其余皆為混凝土梁。橋梁總體布置和梁體橫斷面橋塔形狀和斜索分布斜索錨固細節(jié)施工步驟定義：懸索橋也叫吊橋，是以懸索（大纜）為主要承重結(jié)構(gòu),與橋塔、吊桿、錨錠和橋面結(jié)構(gòu)（加勁梁）組成的纜索承重橋，懸索承受拉力,現(xiàn)在主要由高強鋼絲制成，是目前跨越能力最大的橋梁結(jié)構(gòu)型式。 懸 索 橋 (Suspension B

6、ridge) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件 加勁梁/桁架 主纜 主塔吊桿 錨碇 公元 651706 A.D.1974 19811998193119641998182618831931 1067m 喬治華盛頓橋1937 1280m 金門大橋1964 1298m Verazzano英國MENAI 176m，1826年中國瀘定橋 110m，1706年Brooklyn 486米，1883年Severn bridge 1974，988mHumber bridge 1981，1410m Greatbelt bridge 1998,1624 m明石海峽大橋 日本1991m,1999 我國跨海峽橋Messina bridge 3

7、300m安瀾橋 、珠浦橋秦朝 , 61m纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展 懸索橋的起源可以追溯到很久以前，世界公認懸索橋最早出現(xiàn)在中國，公元前3世紀(jì)四川已有竹索橋，公元前2世紀(jì)，陜西已有鑄鐵修建的鐵索橋。 鑄鐵懸索橋起源于東方，16世紀(jì)出現(xiàn)于歐洲，發(fā)展于18世紀(jì)。纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展盧定橋 四川 1705, 104m 纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展MENAI 懸索橋 176米，1826年，英國纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展CLIFTON 懸索橋 214米，1864年，英國纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展BROOKLYN 橋 286+486+286米，1883年纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展GEORGE_WASHINGTON

8、_BRIDGE，1067m, 1931纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展美國金門大橋美國金門大橋Golden Gate Bridge1937年，1280米，主纜直徑0.93米塔可馬橋 美國 主跨 853 米 舊橋?qū)挘?1.9m，梁高：2.44m; 新橋?qū)挘?8.3m，梁高：10.06mVerazzano 1298米，1964年， 美國 Severn Bridge, Wales, first suspension bridge of the modern type, 988m, 1966Firth of Forth Road Bridge ,1964408.4+1005.8+408.4纜索承重橋梁懸索橋的

9、發(fā)展HUMBER_BRIDGE1981，1410米纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展 Greatbelt Bridge (East Bridge 1998) span=1624 m纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展明石海峽大橋 日本 纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展1Akashi-Kaikyo1991Kobe-Naruto,Japan19982Xihoumen1650Zhoushan Island,China20083Great Belt East1624Korsor,Denmark19984Runyang South1490Zhenjiang,China20055Humber1410Kingst

10、on-upon-Hull,UK19816Jiangyin1385Jiangsu,china19997Tsing Ma1377Hong Kong,China19978Verrazano-Narrows1298New York,USA19649Golden Gate1280San Francisco, CA, USA193710Yangluo1280Wuhan, China 200711Hga Kusten1210Kramfors, Sweden199712Mackinac1158 Mackinaw City, MI, USA195713Minami Bisan-seto1100Kojima-Sa

11、kaide, Japan198814Fatih Sultan Mehmet1090 Istanbul, Turkey198815Bosporus1074 Istanbul, Turkey197316George Washington1067New York, NY, USA193117Kurushima-31030 Onomichi-Imabari, Japan199918Kurushima-21020 Onomichi-Imabari, Japan199919Ponte 25 de Abril1013Lisbon, Portugal 196620Forth Road1006Edinburgh

12、,UK1964世界大跨徑懸索橋一覽表世界懸索橋現(xiàn)狀總結(jié)美國流派懸索橋（出現(xiàn)較早，技術(shù)成熟）（1）主纜采用AS法架設(shè)；（2）加勁梁采用非連續(xù)的鋼桁梁，適應(yīng)雙層橋面，并在橋塔處設(shè)有伸縮縫；（3）橋塔采用鉚接或者栓接鋼結(jié)構(gòu)；（4）吊索采用豎直的4股騎跨式；（5）索夾分為左右兩半，在其上下采用水平高強螺栓緊固；（6）鞍座采用大型鑄鋼件；（7）橋面板采用RC構(gòu)件。纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展英國流派懸索橋（出現(xiàn)較晚）（1）采用流線型扁平鋼箱梁作為加勁梁；（2）早期采用鉸接斜吊索，經(jīng)塞文橋、博斯普魯斯一橋以及恒伯爾橋的實踐之后，在博斯普魯斯二橋中改回為豎直吊索；（3）索夾分為上下兩半，在其兩側(cè)采用垂直于主纜的

13、高強螺栓緊固；（4）橋塔采用焊接鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；（5）鋼橋面板采用瀝青混合料鋪裝。世界懸索橋現(xiàn)狀總結(jié)（續(xù)）纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展世界懸索橋現(xiàn)狀總結(jié)（續(xù)）日本流派懸索橋（1）采用預(yù)制平行鋼絲索股架設(shè)主纜，簡稱PWS法；（2）加勁梁主要沿襲美國流派的鋼桁梁形式，但近年來對于非雙層橋面的加勁梁也開始采用流線型扁平鋼箱梁；（3）橋塔主要采用焊接鋼結(jié)構(gòu)；（4）吊索沿襲美國流派的豎直4股騎跨式；（5）鞍座采用鑄焊混合方式；（6）采用鋼橋面板瀝青混合料鋪裝橋面；（7）主纜索股與錨碇內(nèi)鋼構(gòu)架采用預(yù)應(yīng)力工藝錨固。纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展重慶朝陽橋21.6+186+21.6 m 1969 年 我國懸索

14、橋的發(fā)展和現(xiàn)狀西藏拉薩達孜橋 500 米，1984 年纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展福建泰寧金湖橋 284米 ，1989 年四川奉節(jié)梅溪橋 205米 ，1990 年大連市北橋48+132+48米 ，1987 年纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展汕頭海灣大橋 ，1995.12 4x25+154+452+154+4x25米纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展西陵長江橋 900m 1996虎門大橋888米 ，1997.6 纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展青馬大橋129.5+1377+4x72米，1997 江陰大橋1385米 ，1999.10 獵德大橋（自錨式懸索橋）潤揚大橋 1490米 2005纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展我國懸索橋（建成

15、和在建，12座，L1000m）纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展面臨技術(shù)挑戰(zhàn)： 設(shè)計和計算分析理論如抗風(fēng)、抗震、非線性；深水基礎(chǔ)250-450m；纜索新材料（碳纖維等）；新施工技術(shù)等。展望21世紀(jì)的新一代懸索橋： 21世紀(jì)在全球范圍內(nèi)需要修建跨海峽通道目前已知有：1）意大利跨墨西拿海峽通道；2）西班牙與摩洛哥之間跨直布羅陀海峽通道；3）日本的跨津輕海峽通道；4）我國跨瓊州海峽通道。 因此研究3000m級以上的特大跨度懸索橋是21世紀(jì)新一代懸索橋急待進行的工作。纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展意大利 mesina 跨海峽橋 纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展意大利Messina大橋設(shè)計Messina大橋截面設(shè)計直布羅陀海峽橋水深達250-800m, 規(guī)劃跨徑2000-5000m纜索承重橋梁懸索橋的發(fā)展跨越直布羅陀海峽的橋梁設(shè)計方案橋梁是怎樣做成的Location: Strait of Gibraltar. Links Spain and Morocco.Length: 9 miles, two spans of 4 1/2 miles eachHeight: Each