DB33T 856-2012 特大跨徑鋼箱梁懸索橋設計指南　

DB33Guidelinesforlongspansteel浙江省質量技術監(jiān)督局發(fā)布I 1 1 2 2 3 6 6 6 6 7 7 7 7 7 8 8 9 9 1特大跨徑鋼箱梁懸索橋設計指南錨碇、纜索系統(tǒng)、鋼箱梁和約束系統(tǒng)及伸縮裝置等方面的本標準適用于跨徑1500m~2000m的雙塔鋼箱梁懸索橋設計，跨徑1000m~1500m的雙塔鋼箱GB711優(yōu)質碳素結構鋼熱軋厚鋼板和寬GB/T1228鋼結構用高強度大六GB/T1229鋼結構用高強度大六GB/T1231鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術GB3274碳素結構鋼和低合金鋼熱軋厚鋼JTG/TB02-01-2008公路橋JTGD60-2004公路橋涵設計JTG/TD60-01-2004公路橋梁抗JTGD62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎JTJ025-86公路橋涵鋼結構及木結JT/T395懸索橋預制主纜絲股2利用主纜及吊索作為加勁梁的懸掛體系，將荷載作用傳遞到橋塔、錨固主纜索股，傳遞主纜拉力，支承或嵌固于地基兩個及以上單獨的鋼箱通過橫梁連接而成的一種加勁梁3預制平行絲股prefabricatedparal用于主纜預制索股兩端與錨固系統(tǒng)連接的構件或用于吊索兩端與加勁梁及主纜索夾聯(lián)結的預制平行鋼絲索股法prefabricatedparallelwirest將工廠化預制的平行高強鋼絲組成的索股運至工地安裝的施工方法sae——鋼絲在錨杯內的錨固長度4sc——錨杯內鑄體材料的有效長度c——索夾長度k——索夾螺桿握距sa——鞍槽拉桿中心處鞍槽側壁的弧長e——散索鞍擺軸、滾軸的有效接觸長度c——索夾壁厚sm——鑄體材料有效長度內的錨杯平均壁厚δ——騎跨式索夾承索槽槽Δwr——主纜鋼絲直徑的允許正偏差w——主纜鋼絲直徑d——主纜的設計直徑c——主纜在索夾處的設計直徑、索夾內孔的設計直徑h——鋼絲繩吊索公稱直徑cb——索夾螺桿的有效直徑sr——滾軸式散索鞍的滾軸直徑re——銷接式索夾吊耳板與索夾壁間的θ——鋼桁架梁腹桿與弦桿的夾角φ——索夾在主纜上的安裝傾角5φsc——錨杯內鑄體上壓力線與錨杯內錐面母線的夾角[σj]——材料容許接觸應力h（h）——鞍槽內最高索股頂至計算高度處(h)的側向壓力H——主索鞍鞍槽內高度H范圍中主纜索股的總側向力v——鞍槽內中央列索股單位體積豎向力Nc——主纜上索夾的下滑力Ns——索股拉力Nsb——鞍槽拉桿單根拉力Pbc——索夾上單根螺桿的設計夾緊力v——單根鋼絲與合金在單位面積上6K——主纜應力驗算安全系數(shù)V——主纜的設計空隙率Vc——主纜在索夾內的設計空隙率Vs——主纜在鞍槽內的設計空隙率4.1.2混凝土橋塔塔身的混凝土強74.4.1鋼橋塔、鋼箱梁的鋼材可采用GB/T714、GB700、GB/T15914.4.2索鞍、索套、索夾本體材料采用鑄鋼時，其技術條件宜符合GB11352、GB7659、YB/T036.34.5.1焊接材料應保證焊縫與主體鋼材技術條件公路懸索橋設計中作用的計算，除本節(jié)有明確規(guī)定外，應符合現(xiàn)行JTGD68鋼筋）大于1%（體積比）時，其重度可按單位體積中扣除鋼筋體積的混凝土的自重加所含鋼筋的自重作用在懸索橋上的風荷載應通過專題研究確定，需考慮b)按照百年一遇設計風速計算成橋狀態(tài)風荷載，按照20年一遇設計風速計算施工狀態(tài)風荷載。5.3.1在進行作用效應組合時，主纜計算拉力應將體系溫度作用作為永久作用計入，其余應符合JTG5.3.2在進行抗震驗算時，宜將橋面上0.2倍的汽車設計96.1.1懸索橋總體設計應根據(jù)橋址處的地形、地質、氣象、水文、通航、防洪等建設條件，結合結構6.1.2懸索橋總體設計應考慮抗風、抗震的要求，并進行抗風、6.1.3懸索橋加勁梁的結構體系可根據(jù)具體情況選擇縱飄體系、半飄體系、縱向約束體系、簡支體系6.1.5懸索橋全橋結構剛度主要由主纜垂跨比、邊中跨比、橋塔剛度等參數(shù)決定，應通過技術經(jīng)濟綜6.1.6短吊索的長度應考慮加勁梁架設設備的要求?？缰卸痰跛髯灾骼|中心到加勁梁側錨點對應處的橋面高度不宜小于3.5m；邊跨短吊索長度則應按照滿足索6.1.8為提高結構的抗風穩(wěn)定性、減小吊索彎折疲勞及梁端位移，可6.1.9懸索橋加勁梁的寬度除應滿足技術標準外，還應考慮吊索錨固構造及檢修道設置；加勁梁的高6.1.10懸索橋的整體豎向剛度的控制標準a)在各種工況下，結構各部分不得侵入通航凈空；6.1.13避雷系統(tǒng)、航空障礙系統(tǒng)、6.2.1.1懸索橋抗風設計除了滿足本標準的設計規(guī)定外，尚應符合J6.2.1.2懸索橋抗風設計應包括靜力抗風設計和動力抗風檢驗兩部分。靜力抗風設計是指：b)在計入風力的各種組合情況下，須保證橋梁滿足強度及剛度要求，且不會發(fā)生靜力失穩(wěn)；6.2.1.4大跨度懸索橋加勁梁斷面氣動選型的數(shù)值方法宜采用計算流體動力學和二維顫振分6.2.1.5橋塔斷面氣動選型宜采用計算流體動力學方法，以渦振性能和靜風荷載為評6.2.1.6鋼箱梁斷面應通過風洞試驗確定，并經(jīng)全橋6.2.1.7提高顫振性能的措施應通過氣彈模型風洞試驗確定?？刹捎迷鲈O中央穩(wěn)定板等措施6.2.1.8鋼箱梁應進行大尺度節(jié)段模型渦振風洞試驗。抑制鋼箱梁渦振可采用導流板、格柵6.2.1.9鋼箱梁懸索橋應進行靜風穩(wěn)定性6.2.2靜力抗風設計包括主要構件的靜力風荷載及其響6.2.2.2懸索橋鋼箱梁設計的靜力風荷載應分別考慮橫橋向+豎橋向、順橋向+豎橋6.2.3動力抗風檢驗包括主要構件在動力風荷載作用下的振動響應的試6.2.3.1懸索橋橋塔動力抗風檢驗應分別考慮自立狀態(tài)的馳振失穩(wěn)和渦振剛度以及成橋狀態(tài)6.2.3.2懸索橋主纜動力抗風檢驗應分別考慮施工階段和成橋狀態(tài)的抖振強度，并與其它荷6.2.3.3懸索橋吊索動力抗風檢驗應分別考慮尾流馳振失穩(wěn)、渦振剛度和抖振強度，其中抖6.2.3.4懸索橋加勁梁動力抗風檢驗應分別考慮施工階段和成橋狀態(tài)的顫振穩(wěn)定性、渦振剛當橋面最大設計靜陣風風速大于25m/s且不關閉交通時，應開展風致行車安全6.3.1.1橋梁選址應選擇設防烈度較低和對抗震有利的地段通過，盡量避開不良地質條件地6.3.1.2橋梁抗震設計應結合地形、地質條件、構造特點、地震強度、工程規(guī)模、震害經(jīng)驗6.3.1.3高設防烈度區(qū)宜采用對稱的結6.3.1.4應保持結構抗震在經(jīng)濟與抗震安全之6.3.2.1在進行懸索橋減震設計時，重點考慮在加勁梁與橋塔間、加勁梁與錨碇間設置減6.3.2.2基于抗震設防水準下的6.3.2.3常用的減震裝置包括：粘滯阻尼器、液壓緩沖裝置、金6.3.2.5應通過試驗對減震裝置的變形、阻尼比、剛度等參數(shù)進行驗證。試驗值與設計值的差6.4.2在結構總體受力分析中，主體結構不計汽車荷載沖擊力的影響，但支座及局部構件應計入汽車6.4.3計算各種作用效應組合下的結6.4.4根據(jù)設計成橋線形、恒載狀況推算空纜線形，計算索股無應力長度、鞍座預偏量、索股初始張7.1.2懸索橋橋塔一般設計為柔性7.2.1混凝土橋塔一般采用塔柱及橫梁組成的門式框架結構；塔柱及橫梁一般采用空7.2.2鋼橋塔塔柱截面一般宜選擇帶有切角的箱形，具體形狀應通過風洞試驗確定；可根據(jù)受力要求7.3.1橋塔計算可結合總體計算進行。橋塔宜采用空間圖式進行整體分析計算，并計入結構非線性效7.3.2混凝土橋塔應進行截面承載力驗算和裂縫寬度驗算；鋼橋塔應進行截面應力驗算和構件局部穩(wěn)7.4.1.1塔柱頂段應有足夠厚度的實體段，塔頂設置鋼格柵時，其尺寸應與主索鞍匹配，7.4.1.4塔柱受力鋼筋和普通箍筋b)受力鋼筋的截面面積不宜小于混凝土截面面積的1%;7.4.2.1鋼混結合一般采用螺栓錨固方式、埋入式或螺栓錨固與埋入結合式。承臺處結合7.4.2.2塔柱節(jié)段高度劃分應充分7.4.2.3鋼橋塔外壁板和豎向隔板的厚度根據(jù)受力確定，但外壁7.4.2.6橋塔制振措施除通過風洞試驗優(yōu)化結構外形外，還可考慮安裝質量調諧阻尼器7.5.3塔頂應設置避雷裝置，塔頂及塔身必要時應設置航空障礙標志。塔柱（加勁梁）必要時應設置8.2.2重力式錨碇由錨塊、散索鞍支墩、錨室和基礎組成；隧道式錨碇由錨塞體、散索鞍支墩、錨室8.2.3重力式及隧道式錨碇的錨固系統(tǒng)中的型鋼錨固系統(tǒng)由錨梁、錨桿組成；預應力錨固系統(tǒng)由預應a)錨碇整體抗滑動穩(wěn)定安全系數(shù)：基本組合下≥2.0，地震組合下≥1.1；c)錨固系統(tǒng)中錨固主纜的拉桿或型鋼錨桿安全系數(shù)≥2.0。8.3.1.2隧道式錨碇位置宜選擇巖體完整穩(wěn)定的區(qū)域。對隧道錨應進行巖土力學數(shù)值模型分析，8.3.1.3對散索鞍支墩及錨固系統(tǒng)前、后錨面宜按空間結構分析其應力狀況，并與常規(guī)計算對比分析8.3.2.1錨桿的強度驗算應計入索股方向8.3.2.2對錨梁翼緣面直接承壓的混凝土應進行局部承壓應力8.3.3.1預應力筋施加的有效預拉力不應低于索股拉力Ns的1.2倍。8.3.3.3拉桿設計計算時，應計入拉桿與索股拉力方向安裝偏角產(chǎn)生的附加彎曲應力及拉桿間的拉力8.4.1錨室內錨面處應設置平臺及便于上下的臺階。錨面上錨固點間距應考慮千斤頂布置及操作空間8.4.2錨體周圍應布置有效的排水系統(tǒng)，錨室可借鑒隧道防水經(jīng)驗進行有效的防水設計，并設置可靠8.4.3設計重力式錨體時應合理考慮混凝土分層分塊澆筑及埋設冷卻水管等防裂措施，混凝土表面宜8.4.6錨塞體封頂混凝土可用微膨b)索股錨固連接器應滿足錨固預應力筋和連接拉桿的構造需要。8.5.1錨室內應設置照明系統(tǒng)，檢修通8.5.2錨室內宜安裝除濕系統(tǒng)或采取其他的9.1.1.1主纜材料及截面尺寸等設計參數(shù)應根據(jù)結構總體布置、計算纜9.1.1.3主纜用鍍鋅高強度鋼絲直徑dw宜在5.0mm～5.5mm范圍內選用，鋼絲公稱抗拉強度σb不宜9.1.1.4主纜設計空隙率為：一般截面空隙率V=18～20%，索夾內截面空9.1.2.1主纜常見的截面類型為由高強9.1.2.2主纜索股兩端應設置錨頭。錨頭通過錨固系統(tǒng)與錨碇連接實現(xiàn)9.1.3.2設計計算中，主纜的彈性模量9.1.3.3在永久作用＋汽車（人群）荷載＋體系溫度作用組合下，a)主纜線形和長度宜采用分段懸鏈線方程計算。c)主纜預制索股制作長度應計入由制作誤差、架設誤差及地球曲率影響等引起的長度預留量。a)錨頭錨杯內鋼絲錨固長度應滿足錨固強度的要求，熱鑄錨可按式（1）計算：lsaedw——主纜鋼絲直徑，mm；lsae——主纜鋼絲在錨杯內的錨固長度，mm，見圖2；σb——主纜鋼絲公稱抗拉強度，MPK——鋼絲錨固安全系數(shù)，取K=2.5；鑄體材料為熱鑄料，可取v=25MPa；鑄體材料為冷鑄料，可取v=19MPa。b)錨頭驗算應包括支承面壓應力、鑄體材料有效長度內的平均壁厚tsm及錨杯的環(huán)向應力σt。σt——錨杯的環(huán)向應力，MPa；lsc——鑄體材料的有效長度，lsc=lsae，mm；tsm——鑄體材料有效長度內Ft——錨杯環(huán)向拉力，N?？砂词剑?）計算：.......................Ns——索股拉力，N；βs——錨杯內錐面母線與軸線的夾角，βs=7°~9.5°;鑄體材料為熱鑄料時，可取tanφsc=0.2；鑄體材料為冷鑄料時，可取tanφsc=0.45。9.1.4.1采用PPWS法施工的預制平行索股構造宜符合JT/T395的規(guī)定。9.1.4.2與錨固系統(tǒng)連接的構件長度應考慮索股長度調整量和千斤頂張拉空9.1.4.3主纜應設置有效的防護構造，防護構造型式有圓形絲加膩子的傳統(tǒng)防護方法、異型鋼9.1.5.1主纜頂面宜設置檢修道。檢修道由固定于索夾的欄桿立柱及扶手鋼9.2.1.2吊索設計長度應根據(jù)施工中主纜的實際空纜線形、主纜彈模、加勁梁等實際恒載重量9.2.2.1吊索順橋向布置宜采用豎9.2.2.3吊索與加勁梁的連接型式應傳力直接可靠、檢修方便和不易積水銹蝕。常用的型式可（ab）9.2.3.2平行鋼絲索股吊索彈性模量設9.2.4.4騎跨式吊索的夾具內側與鋼絲繩接觸的金屬墊塊宜采用硬度較小的材料并制成弧9.3.1.1索夾結構可采用安裝吊索的索夾、不安裝吊索的索夾及緊鄰索鞍的錐形封閉索夾等9.3.1.3索夾長度及螺桿數(shù)宜根據(jù)主纜與垂線的夾角變化進行9.3.2.1索夾內孔設計直徑dc應按式（4）確定:dw——主纜的鋼絲直徑，mm；ntot——單根主纜中鋼絲總根數(shù)；Vc——主纜在索夾內的設計空隙率（設計取值見本標準a)有吊索索夾的抗滑安全系數(shù)應滿足式（5）的要求Nc——主纜上索夾的下滑力，Nc=Nhsinφ,N；Nh——吊索拉力，N；Ffc——索夾抗滑摩阻力，F(xiàn)fc=kμPtot，N；μ——摩擦系數(shù)，設計時取0.15；PtotcbPbcNPb)有吊索索夾在首次安裝時，索夾上單根螺桿安裝夾緊力Pb應按式（6）計算。..................................Pdcbdcb——螺桿的有效直徑，mm；σycb——螺桿材料的屈服強度，MPa；K——螺桿的設計安全系數(shù)，取2。e)無吊索索夾上的單根螺桿設計夾緊力宜采用有吊索索夾上的單根螺桿設計夾緊力Pbc。9.3.2.3索夾壁厚tc不宜小于35mm，其強度應滿足式（σ——索夾材料計算應力，MPa，按式（9）計算：!c——索夾長度，mm；σyc——索夾材料的屈服強度，MPa；K——索夾壁厚設計安全系數(shù)。9.3.3.1索夾螺桿宜設計成縮腰形螺桿，其握距!k（見圖5，圖6）應滿足!k≥0.7dc的要求。9.3.3.2索夾螺桿沿索夾的軸向間距Scb（見圖5，圖6）應滿足張拉千斤頂安裝空間要求。9.3.3.3索夾內孔的兩端、錐形封閉索夾的小端，應設計用9.3.3.4在索夾的對合面上應設計用于軸向定位的嵌合構造，嵌合構造的嵌合量及間隙應能滿9.3.3.5索夾上應設置主纜檢修道立柱安裝a)承索槽在索夾上的包角αc（見圖5）應大于吊索在索夾上的實際包角。b)鋼絲繩吊索在索夾上的彎曲半徑rhb（見圖6）應按式（10）計算確定ch.............................rhb——鋼絲繩吊索在索夾上的彎曲半徑，mm；dh——鋼絲繩吊索公稱直徑，mm。2)槽壁根部厚度δ宜與索夾壁厚tc相等；3)槽內圓弧半徑rc宜為吊索鋼絲繩公稱4)槽外壁應按鑄造要求設計相應的拔模斜度。9.4.1.2根據(jù)采用材料及成型方法的不同，索鞍設計為a)承纜槽立面及平面的線形應與結構自重作用條件下的主纜線形相吻合。b)承纜槽底部立面圓弧半徑rv不宜小于一般截面主纜設計直徑dd的(8～12)倍。9.4.2.2槽路尺寸按式（11）計算（見圖12）:nwt——單排鋼絲數(shù)量；Δwr——主纜鋼絲直徑的允許正偏差，mm。hss=................................nws——每根索股的鋼絲根數(shù)；9.4.2.3鞍槽中主纜抗滑驗算（見圖13）:鞍槽內主纜抗滑安全系數(shù)應滿足式（13）μm——主纜與槽底和側壁間的名義摩擦系數(shù)，一般取μm=0.2；αs——主纜在鞍槽上的包角，弧度；Fct——主纜緊邊拉力，N；Fcl——主纜松邊拉力，N。b)纜力對鞍體作用力的模型轉化為圖14所示，縱向按單位長度計。1)各列索股的向心壓力fsr按式（14）計算:fsr=.....................................fsr——索股的向心壓力，N/mm；2)最高索股頂至計算高度h處的側向壓力fh(h)可按式（15）計算:fh(h)——最高索股頂至計算高度h處的側向壓力，N/mm2；μ——鋼絲間摩擦系數(shù)，一般取0.15；fv——中央列索股單位體積豎向力，N/mm3，可按式（16）計算；.................................nsc——中央列索股股數(shù)；H——中央列索股總高度，mm。3)高度H范圍內的總側向力fH，N/mm，可按式（17）計算:計算散索鞍鞍槽的總側向力fHS應計入主纜索股平彎產(chǎn)生的附加側向力，N/mm。按式（18）計算：fHS=fH+..............................(18)4)由側壓力fH或fHS產(chǎn)生的總彎矩MfH可按式（19）計算:MfH=S......................(19)MfH——由側壓力fH或fHS產(chǎn)生的總彎矩，N.mm/mm；5)沿單位弧長的鞍槽拉桿拉力ntra可按式（20）計算Nsb——單根拉桿力，N；lsa——拉桿中心處鞍槽側壁的弧長，mm。c)強度驗算時的荷載工況:1)單根主纜拉力Fc為空纜纜力時，鞍槽側壁未施加拉桿力（ntra=0）的情況；2)單根主纜拉力Fc為最大纜力時的情況。a)主索鞍頂推力Fsp可按式（21）計算:FspFsp——主索鞍頂推力，N；Gs——主索鞍重力，N；μ——主索鞍位移滑動副的摩擦系數(shù)；θtm——結構自重作用下的中跨纜力對應的主纜中跨切線角（見圖9Fcs——結構自重作用下的邊跨纜力，N；θts——結構自重作用下的邊跨纜力對應的主纜邊跨切線角（見圖9）。a)擺軸的接觸應力σj應滿足式（22）的要求:σjσj——擺軸的接觸應力，MPa；le——擺軸上、下承面的有效接觸長度，mm；[σj]——材料容許接觸應力，按所選用R——擺軸上的總荷載，N，可按式（23）計算:Gs——散索鞍重力，N；Fc——單根主纜拉力，取錨跨纜力和邊跨纜力中的較大值，N；θsa——計算纜力對應的主纜錨跨切線角（見圖11b)滾軸的接觸應力σj可按式（24）計算并應滿足:σj——滾軸的接觸應力，MPa；dsr——滾軸直徑，mm；R——單根滾軸上的荷載，N，可按式（25）計算nsr——滾軸根數(shù)。9.4.3.2當橋塔為混凝土結構時，主索鞍宜采），9.4.3.3當橋塔為鋼結構時，主索鞍宜采用外殼傳力的結構型式（見圖9）。9.4.3.4承纜槽上部應設置夾緊拉桿，各槽路應用鋅填塊填至頂面與中央列索10.1.1特大跨徑懸索橋的鋼箱梁斷面結構型式可采用整體式或帶有橫向連接構件的分體式等結構型10.1.3鋼箱梁梁段連接型式可采用全焊連a)全橋體系中由彎距、剪力和扭矩產(chǎn)生的應力；c)全橋體系應力和橋面體系應力的迭加，驗算時容許應力值可提高25%。c)運營期間更換吊索或吊索破壞時的受力狀態(tài)。10.2.4橋面體系應力計算時的車輪荷載應計入取0.4；在輪載作用下，橋面板的變形曲率半徑應≥20m，縱肋間10.2.6橫隔板計算沖擊系數(shù)的有效跨10.2.7對于板式橫隔板，應分析在車輪荷載作用下的壓屈穩(wěn)定和應力分布結果確定橫隔板的加勁方10.2.10施工階段梁段間臨時連接件應進行抖振強度檢驗，抖振內力梁內部設置除濕系統(tǒng)時，應保證箱梁內部的10.3.10鋼箱梁內的橫隔板應開槽口，使縱向加勁肋連續(xù)通過，10.4.3鋼箱梁應設置有效的橋面防、排水系統(tǒng)，應加勁梁與橋塔間豎向連接方式可選擇：無豎向約束、剛性連桿（吊桿）、豎向支11.2.3抗風支座可于橋塔或錨碇處設 A.1風速基準ηA.1.3懸索橋各結構構件用于計算風力的基準高度可按表A.2取用。A.