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1、斜拉桥设计与计算,贲 庆 国 二O一二年九月,主要内容,一、总体布置二、结构设计（塔、梁、索）三、结构计算四、桥梁实例介绍,一、总体布置,斜拉桥是由塔、梁和拉索等组成的组合受力结构体系的桥梁。,一、总体布置,斜拉桥传力分析示意,桁架传力分析示意,一、总体布置,1、孔跨布置,边跨可对称布置或者不对称布置，边跨可设置辅助墩。,一、总体布置,1、孔跨布置,首先确定主跨跨径，双塔斜拉桥，边中跨比一般0.35-0.5，以0.4居多。（1）边跨过小，易导致边跨负反力及尾索过大的应力幅度（疲劳破坏）；（2）边跨过大，边跨弯矩过大，中跨刚度小，不经济。,一、总体布置,1、孔跨布置,可对称布置或者不对称布置；不
2、对称布置更为经济合理，对称布置景观性更好一些；较为合理的边中跨比0.51.0之间，以0.8左右居多。,一、总体布置,2、主梁的支承体系,一、总体布置,2、主梁的支承体系,一、总体布置,2、主梁的支承体系,一、总体布置,2、主梁的支承体系,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置,一、总体布置,3、斜拉索布置索距的选择,一、总体布置,3、斜拉索布置索距的选择,一般中跨无索区长度即合拢段长度,一、总体布置,4、索塔的布置纵向,一、总
3、体布置,4、索塔的布置横向,一、总体布置,4、索塔的布置横向,一、总体布置,4、索塔的高度,一、总体布置,5、总体设计流程,主桥跨径、断面布置确定,确定边跨长度,塔高确定,塔梁构造确定，主梁节段长度，索塔拉索间距确定,成桥索力计算,施工阶段、运营阶段计算,完成图纸、计算书,主桥跨径、断面布置确定,稳定、动力、抗风、局部等计算,二、结构设计,1、主梁,二、结构设计,1、主梁-截面及梁高,密索体系，主梁梁高一般为主跨的1/1001/300,中小跨径一般1/1001/150，桥梁较宽时，可能是横向宽度控制。,二、结构设计,1、主梁,二、结构设计,1、主梁-适用性,二、结构设计,1、主梁截面特点,二、
4、结构设计,1、主梁截面特点,二、结构设计,1、主梁截面特点,二、结构设计,1、主梁截面特点,二、结构设计,1、主梁截面特点,二、结构设计,1、主梁截面特点,二、结构设计,2、索塔,二、结构设计,2、索塔,二、结构设计,2、索塔-构造尺寸,二、结构设计,2、索塔-上塔柱锚固区,二、结构设计,3、拉索截面组成,二、结构设计,3、拉索,二、结构设计,3、拉索,二、结构设计,3、拉索锚头构造,二、结构设计,3、拉索-锚头构造,二、结构设计,3、拉索-锚头构造,二、结构设计,3、拉索-锚头构造,二、结构设计,3、拉索-锚头构造,二、结构设计,3、拉索-锚头构造,二、结构设计,3、拉索-锚固形式,三、结构
5、计算,计算分类,三、结构计算,计算分类,三、结构计算,计算软件1、整体静力：桥梁博士、QJX、综合程序，midas、TDV,SAP2000,ANSYS；2、局部分析：midas、ANSYS、Nastran,SAP2000等；3、抗震：midas、ANSYS、TDV、SAP2000等,三、结构计算,1、静力计算分析,三、结构计算,2、静力计算方法,三、结构计算,2、静力计算流程,（1）确定结构的合理成桥状态，确定成桥索力；（2）根据成桥状态，确定各施工阶段索力；（3）进行运营阶段的计算分析；,三、结构计算,2、静力计算-合理成桥状态,成桥状态：与合拢后的状态不同，运营10年的状态；合理成桥状态(
6、塔直梁平)，主要确定原则：（1) 索力分布均匀，除了0#1#索外，其余索力逐渐递增；（2）主梁弯矩接近刚性支撑连续梁的弯矩；（3）主塔弯矩尽可能小，竖直，合拢状态向岸侧预偏；,三、结构计算,2、静力计算-合理成桥状态的索力计算,结构体系为高次超静定，主梁和索塔的受力状态对索力变化很敏感，因此拉索索力的确定是达到合理成桥状态的关键，确定合理成桥状态的索力的方法主要有：（1）最小弯曲能量法；（相比最小弯矩法，经济性更好）（2）影响矩阵法；（3）刚性支撑连续梁法；（主要适用于对称结构）（4）最小弯矩法；（5）用索最小量法；,三、结构计算,2、静力计算-刚性支撑连续梁法,三、结构计算,2、静力计算-施
7、工阶段计算,由于施工过程中，结构体系和荷载状态的不断变化，结构内力和线形不断变化，通过优化施工阶段索力，使得结构的应力及线形能够达到合理成桥状态，该组施工阶段即为合理施工状态，施工阶段索力仍是关键，主要确定方法：（1）倒拆法；（2）倒装-正装迭代法；（倒拆法的优化）（3）无应力状态控制法；（结构弹性，单元长度曲率不变）（4）正装迭代法；（最小二乘法缩小假定与合理状态差距）,三、结构计算,2、静力计算-施工阶段索力计算,三、结构计算,2、静力计算-施工阶段索力计算,三、结构计算,2、静力计算-施工阶段计算,三、结构计算,2、静力计算-施工阶段计算,三、结构计算,3、拉索特性索垂度效应,三、结构计
8、算,3、拉索特性索垂度效应,三、结构计算,3、拉索特性索垂度效应,三、结构计算,3、拉索特性索垂度效应,三、结构计算,4、拉索两端倾角的修正,三、结构计算,5、斜拉桥活载计算,原因：1、活载所占内力相比恒载内力小； 2、活载作用时拉索已经有较大的拉力，斜拉索的非线性小。,三、结构计算,6、结构稳定计算,三、结构计算,7、结构局部计算,在进行完整体计算完成后，还需要对一些结构和受力复杂的局部构件进行详细分析，确保局部受力安全。（1）主塔拉索锚固区 （2）主梁拉索锚固区（3）塔、墩、梁固结部位（4）宽箱梁的翼缘部位（剪力滞影响）,三、结构计算,7、结构局部计算索塔锚固区,三、结构计算,7、结构局部
9、计算索塔锚固区,三、结构计算,7、结构局部计算索塔锚固区,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,京杭大运河苏北段是江苏省最重要的干线航道之一,航线交通十分繁忙，平均每分钟就有3艘船舶通过。现为II级航道(1107m)，桥位处东侧(左侧)设置了待闸锚地，两驳岸之间距离为180m。,待闸锚地,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,主桥桥型为双塔双索面混凝土斜拉桥，孔跨布置108m+248m+108m。主桥支承体系采用半漂体系。 主塔：为H型混凝土框架结构 主梁：预应力砼边主梁结构； 斜拉索：镀锌平行钢丝。,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,
10、施工方案： 主塔：支架法+爬模法 主梁：牵索挂蓝悬浇+支架法 斜拉索：两端冷铸锚，塔内张拉,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,采用空间有限元程序分别进行整体计算和局部计算，主要计算内容如下：主桥体系静力计算分析主塔横向静力计算主塔锚固区预应力配索计算主梁横梁计算主梁桥面板计算主塔基础计算全桥抗震、抗风、稳定性计算边墩及辅助墩计算,结构计算,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,成桥阶段拉索成桥状态下单根拉索最小索力2727KN、最大索力6497KN。,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,成桥阶段主梁主梁上缘最大压应力9.0Mpa、最小压应力0.7Mpa；主梁下缘最大压应力13.0Mpa、最小压应力0.9Mpa；,四、实例介绍,1、江六高速京杭运河特大桥,主塔拉索锚固区局部应力分析：,四、实例介绍,2、兴化市杭州路大桥,谢 谢！,
