大學(xué)畢業(yè)設(shè)計-斜拉橋畢業(yè)設(shè)計-設(shè)計計算書(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 梁端的標準索距為12m，在索塔錨固端的索距為2+2+13，全橋共設(shè)置144根斜拉索，根據(jù)受力的大小，全橋斜拉索共分九類，鋼絲根數(shù)為127～301。全橋斜拉索規(guī)格型號參數(shù)如表21所示。斜拉索在風力作用下，氣流在拉索的背面生成卡門渦流，渦流脫落的頻率正好與斜拉索自身的某一階頻率合拍，使斜拉索受激產(chǎn)生震動。另外，主梁與索塔的震動也會引起斜拉索的震動。斜拉索的震動使其在根部出現(xiàn)反復(fù)繞曲，索中的鋼絲產(chǎn)生附加的繞曲應(yīng)力。這種繞曲應(yīng)力的反復(fù)作用，將加速鋼絲的疲勞。另外，斜拉索的持續(xù)震動會使人們對橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生懷疑。因此，斜拉索必須進行防震設(shè)計。表21 斜拉索規(guī)格型號參數(shù)表規(guī)格型號鋼索面積(mm178。)拉索直徑（mm）拉索重（kg/m）索號SPC71274887114A3～A4 J3～J4SPC71395349114A5～A6 J5～J6SPC71515810119A7～A8 J7～J8SPC71636272124A9～A10 J9～J10SPC71877196129A11～A12 J11～J12SPC72238581144A1～A2 J1～J2SPC72539735149A13～A14 J13～J14SPC728310890159A15～A16 J15～J16SPC730111581159A17～A18 J17～J18本方案采用氣動控制法。將斜拉索原來的光滑表面做成帶螺紋的非光滑表面。通過提高斜拉索表面的粗糙度，使氣流經(jīng)過拉索時在表面邊界層形成湍流，從而防止渦激共震的產(chǎn)生，防止斜拉索的風振。拉索表面的條紋還能防止雨振的發(fā)生。 輔助墩、過渡墩及基礎(chǔ) 輔助墩及基礎(chǔ)為了提高橋梁的整體剛度，改善結(jié)構(gòu)受力，減少中跨跨中撓度及索塔塔頂水平位移，在邊跨設(shè)置了輔助墩，每側(cè)各兩個。輔助墩將邊跨分為兩個50m和一個140m的三個跨徑。輔助墩由兩個分離的矩形墩組成，。每個獨立的輔助墩設(shè)置一個承臺。基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。 過渡墩及基礎(chǔ)過渡墩是主橋和引橋的連接橋墩，設(shè)計時要充分考慮滿足主橋梁高和引橋梁高、支座布置及伸縮縫安裝的要求。除在墩冒 設(shè)有調(diào)平梁高要求的牛腿外，其他基本同輔助墩結(jié)構(gòu)形式。墩冒上頂面寬23m。，平面為長方形。 施工方案設(shè)計 索塔施工下塔柱采用支架現(xiàn)澆施工，中、上塔柱采用爬模法施工。在中塔柱中部需設(shè)置一道臨時橫梁撐，以平衡索塔施工過程中的側(cè)向力，待上橫梁施工完畢后拆除。 主梁施工1 邊跨混凝土主梁施工在橋梁基礎(chǔ)和邊跨橋墩完成后，進行上部主梁施工。根據(jù)橋梁所處的地形地貌選擇不同時施工方法。本橋預(yù)應(yīng)力混凝土主梁施工采用有支架現(xiàn)澆混凝土和無支架懸臂澆注法，混凝土輸送采用泵送法。2 主跨鋼主梁施工中跨鋼主梁采用工廠加工制，然后運至現(xiàn)場，進行懸臂拼裝的方法進行架設(shè)。首先在索塔區(qū)搭設(shè)支架，安裝放置掛籃的0梁段，然后在安裝好的0梁段上安裝掛籃，利用掛籃向前對稱懸臂拼裝鋼箱梁節(jié)段，沒施工完一個標準節(jié)段，進行斜拉索的張拉和鋼箱梁的拼裝，再循環(huán)前移掛籃至下一個節(jié)段，直至中跨合攏。 橋面系設(shè)計 鋼橋面的鋪裝正交異性鋼橋面板的鋪裝技術(shù)是國內(nèi)外一直重點研究的難題，是長大跨徑鋼斜拉橋建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。在對以往國內(nèi)外雙層瀝青SMA鋪裝技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)和經(jīng)驗上，根據(jù)本橋橋梁結(jié)構(gòu)、氣候條件、交通荷載的特點，提突出了本橋的橋面鋪裝設(shè)計方案，詳見表22。表22 鋼橋面鋪裝設(shè)計橋面鋼板噴砂除銹、Rz40μm～80μm電弧噴鋅120μm～180μm封閉層兩道80μm防水粘接劑～～6mm預(yù)拌瀝青碎石滿鋪一層鋪裝下層（底層）改性瀝青SMA10粘層改性乳化瀝青鋪裝上層（面層）改性瀝青SMA13 伸縮縫根據(jù)本橋的活載梁端位移、溫度位移，在邊跨混凝土主梁和鋼主梁的結(jié)合部位，采用400mm的轉(zhuǎn)軸式伸縮縫。 防撞護欄本橋設(shè)計時速為80km/h,防撞護欄等級為PL3級，防撞護欄立柱形狀除考慮受力外，還注重考慮其美觀造型。防撞護欄立柱采用鋼板焊接成形，標準間距為2m，材質(zhì)為Q345D鋼，防撞護欄橫梁采用Q390D鋼，防撞護欄用鋼具有較好的低溫沖擊韌性。第三章 結(jié)構(gòu)建模 計算理論斜拉橋是塔、拉索和加勁梁三種基本結(jié)構(gòu)組成的纜索承重結(jié)構(gòu)體系，是高次超靜定結(jié)構(gòu)。有限元分析首先是建立計算模型，對整體結(jié)構(gòu)劃分單元和結(jié)點，形成結(jié)構(gòu)離散圖，研究各單元的性質(zhì)，并用合適的單元模型進行模擬。對于柔性拉索，可用拉壓桁架單元進行模擬，對于梁和塔單元，則用梁單元進行模擬。為了決定安裝拉索時的控制張拉力，首先要決定在成橋階段恒載作用下的初始平衡狀態(tài)，然后再按施工順序進行施工階段分析。本橋在進行斜拉橋成橋分析時，采用MIDAS/Civil的未知荷載系數(shù)功能可求出滿足成橋階段的理想的索力。在進行施工階段分析時，采用MIDAS/Civil的未閉合配合力功能，進行施工階段分析。 未知荷載系數(shù)法本橋斜拉橋索力調(diào)整采用以控制主梁線形為主兼顧主塔位移的零位移法，首先根據(jù)擬定的截面尺寸和所選材料建立計算模型，為了調(diào)索方便，此時模型中的所有索單元均用桁架單元代替，并給桁架單元給了1kN的單位初拉力，施加約束條件，給全橋施加自重和二期恒載。運行分析后，利用Midas軟件中后處理階段中的未知荷載系數(shù)模塊，設(shè)置主梁和主塔的控制參數(shù)，根據(jù)初步給出的未知荷載系數(shù)和主梁線形、主塔位移的控制結(jié)果，手動對未知荷載系數(shù)進行調(diào)整，調(diào)整時按照以線形即控制條件為目標的原則進行調(diào)整。在成橋階段計算未知荷載系數(shù)的步驟如下：建立成橋階段模型給各索賦予單位初拉力荷載組合結(jié)構(gòu)分析求未知荷載系數(shù)確認荷載組合結(jié)果l 如果所求未知荷載系數(shù)不是索力值，則加載相應(yīng)力的單位荷載（例如：支座的頂起、下沉）l 建立恒荷載與單位荷載的組合l 設(shè)定控制條件l 計算未知荷載系數(shù)l 必要時利用影響矩陣調(diào)整未知荷載系數(shù)l 將未知荷載系數(shù)反映到荷載組合中 未閉合配合力一般來說新安裝的構(gòu)件會沿著之前安裝的構(gòu)件切線方向安裝，進行大位移分析時時，因為切線安裝產(chǎn)生的假想位移是很容易求出來的，但是小位移分析要通過考慮假想位移來計算拉索的張力是很難的。MIDAS/Civil能夠在小位移分析中考慮假想位移，以無應(yīng)力長為基礎(chǔ)進行正裝分析。這種通過無應(yīng)力長與索長度的關(guān)系計算索初拉力的功能叫未閉合配合力功能。利用此功能可不必進行倒拆分析，只要進行正裝分析就能得到最終理想的設(shè)計橋型和內(nèi)力結(jié)果。計算拉索未閉合配合力時，首先，在安裝拉索的前一階段，求出拉索兩端節(jié)點的位移。利用拉索兩端的位移，求拉索變形前長度（L）與變形后長度（L’）之差。根據(jù)差值求出相應(yīng)的拉索附加初拉力(ΔT)。把求出的附加初拉力(ΔT)和初始平衡狀態(tài)分析時計算得出的初拉力(T)疊加作為施工階段的控制張力進行施工階段的正裝分析。 計算參數(shù)①主梁及主塔采用C50混凝土；MPa，=，=，容重γ=25kN/m179。②預(yù)應(yīng)力鋼筋采用技術(shù)性能符合國標《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T 52242003標準的高強度低松弛7股鋼絞線，抗拉強度標準值=1860MPa，%。③斜拉索采用按GB/T 52242003標準生產(chǎn)的高強度低松弛環(huán)氧噴涂鋼絞線。④主跨結(jié)構(gòu)普通鋼筋采用R235級和HRB335級鋼筋：R235：＝195MPa，＝195MPa，MPa。HRB335：＝280MPa，＝280MPa，MPa。①恒載：一期恒載：按箱梁、橫梁、斜拉索及索塔等實際斷面乘以容重，結(jié)構(gòu)自重在計算過程中由程序自動計算，箱梁橫隔板以集中力計入。二期恒載：包括防撞護欄和橋面鋪裝。②活載公路—Ⅰ級，雙向六車道荷載。③溫度荷載溫度梯度按照現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》選取。④基礎(chǔ)不均勻沉降各墩按最大下沉10mm計算，程序自動進行最不利組合。⑤混凝土收縮、徐變成橋后，考慮10年的混凝土收縮、徐變，混凝土箱梁及主塔的收縮徐變由程序自動計算。⑥施工荷載，混凝土濕重按梁段重量引起的荷載和彎矩計入。 作用及其組合 作用1 永久作用一期恒載包括主梁、塔、索及防腐材料荷載。混凝土索塔容重25KN/m179。，179。，梁、塔按實際斷面計取荷載；斜拉索所需鋼鉸線荷載G(1+10%)計（其中10％為防腐材料荷載）；主梁橫隔板以集中力計。縱橫加勁肋采用均部荷載計入。二期恒載為橋面（路緣石、防撞護欄、欄桿、燈柱、泄水管、橋面鋪裝等），梁內(nèi)電纜、管線包含在內(nèi)。橋面鋪裝厚度采用8cm，檢修道鋪裝32cm厚的C50混凝土層，容重25KN/m179。2 可變作用采用公路－I級車道荷載。取值按照JTG D602004《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》規(guī)定選取：公路－I 級車道荷載的均布荷載標準值為=；集中荷載標準值選取=360kN；。本橋布雙向六車道，應(yīng)進行多車道效應(yīng)折減，折減系數(shù)采用：折減系數(shù)取值：。3 溫度作用地址處最高溫度30℃ ，極端最低氣溫10℃ ，設(shè)計基準氣溫取20℃。（1）主梁結(jié)構(gòu)正溫差取10℃，負溫差取30℃。（2）溫度梯度按照現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》選取，主梁溫度梯度177。5℃。 作用效應(yīng)組合 根據(jù)結(jié)構(gòu)各部分對強度、剛度、穩(wěn)定性的驗算需要,對上部結(jié)構(gòu)計算，采用以下作用組合見表31。表31 作用組合組合種類荷載組合內(nèi)容組合1自重+二期荷載組合2自重+二期荷載+汽車荷載組合3自重+二期荷載+支座位移組合4自重+二期荷載+系統(tǒng)降溫組合5（包絡(luò)）自重+二期荷載+汽車荷載+支座位移+系統(tǒng)降溫 計算模型建立 模型建立模型采用Midas/Civil 。該模型共有474個節(jié)點469個單元。主梁和塔柱采用梁單元，拉索采用桁架單元，在做施工階段分析時，把桁架單元全部替換為索單元進行分析，最后再將索單元轉(zhuǎn)換為桁架單元進行成橋階段分析。 有限元計算模型 模型截面幾何特性計算及材料參數(shù)表32 截面幾何特性特性截面面積（m^2）Asy（m^2）Asz（m^2）Ixx（m^4）Iyy（m^4）Izz（m^4）形心（上緣）（m）鋼箱梁混凝土主梁上、中塔柱下塔柱塔柱橫梁橫隔板表33 材料參數(shù)材料類型彈性模量(kN/m2)泊松比熱膨脹系數(shù)1/[T]比重(kN/m3)鋼材Q345+08+01混凝土C50+07+01鋼絞線Strand1860+08+01普通鋼筋HRB335+08+01 邊界條件橋后計算圖式邊界條件如表33所示，表中x表示縱橋向，y為橫橋向，z為豎向。(0表示自由，1對地面表示固結(jié)或兩個構(gòu)件之間在該自由度上相互約束。)表33 分析計算邊界條件自由度ΔxΔyΔzθxθyθz下塔柱與地面111111索塔與主梁011000主梁與過渡墩011001斜拉索與主梁111000斜拉索與中塔柱111000 成橋階段索力確定將拉索的未知內(nèi)力，設(shè)為未知數(shù)求解。將主梁和主塔主要節(jié)點變位設(shè)為約束條件，用力法的原理進行矩陣位移方程采用反復(fù)迭代的方法求解。所有主梁節(jié)點、主塔頂節(jié)點，采用限定Dz位移，由于結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，所以只要求約束結(jié)構(gòu)的一半，所選的部分參數(shù)控制情況如表34。表34 主要約束節(jié)點參數(shù)約束節(jié)點約束參數(shù)約束上限值（m）約束下限值（m）理論控制值（m）1Dz2Dz3Dz4Dz5Dz6Dz7Dz8Dz9Dz10Dz11Dz12Dz13Dz14Dz15Dz16Dz17Dz18Dz19Dz20Dz21Dz22Dz23Dz24Dz25Dz26Dz27Dz續(xù)表 3428Dz29Dz30Dz31Dz32Dz33Dz34Dz35Dz36Dz37Dz38Dz39Dz40Dz41Dz42Dz43Dz44Dz200Dz296Dz注：上表中Dz表示橋梁豎向位移，負號表示方向向下。主橋為對稱結(jié)構(gòu)，故取半個結(jié)構(gòu)，對斜拉索從主塔向邊跨，依次編號為A1A18，從主塔向跨中編號依次為J1118，如圖32所示。 拉索編號示意圖求解后，得出各斜拉索的初始索力如表35。表35 斜拉索初拉力拉索編號初拉力（KN）拉索編號初拉力（KN）拉索A14687