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懸索(suǒ)橋和斜拉橋的設計要點(diǎn)
更(gèng)新時間(jiān):2021-04-10 17:51
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1.懸索橋的設(shè)計要點

懸索橋的設計順序一般可以分為兩部分(fèn)考(kǎo)慮,先考慮(lǜ)主纜及加勁梁的設計,然後根據已決 定的主纜及加勁梁體係(xì)來考慮橋塔的設計。

(1)加(jiā)勁梁

①擬定懸索橋的形式,即采用單跨懸吊還是三跨懸吊。

②根據橋位處(chù)地形及地質條件,選擇邊孔與(yǔ)主孔的跨度比,以及初步決定主纜的垂跨比。

③假(jiǎ)定加勁梁(liáng)的恒載及剛度,可參照已有類(lèi)似跨度和規模的(de)實橋數據來假定。必要時(shí)也 可根據所設計(jì)橋梁的(de)具體(tǐ)要求擬定初步的尺(chǐ)寸與截麵來計算而定。設計(jì)風力可根據橋位處的 風力或風速觀測資料來推算主纜及加勁梁高處的設(shè)計風力。

(2)主(zhǔ)纜

①確定主纜的垂跨比f/l。

②參考既有類似跨度、規模(mó)、形式與垂(chuí)跨比(bǐ)的懸索橋來初步假定主纜的鋼(gāng)絲索股數與每殷 的(de)鋼絲根數。

上述的恒(héng)載、截(jié)麵及剛度等假定之後即可選擇適宜的計算理論進行各種初(chū)步的計算,但對 地震反應分析一般宜放在最終的設計階段進行驗算。經過初步計算之後,即(jí)可根據計算(suàn)結(jié)果 決定(dìng)主纜與加勁梁(liáng)的必要截麵,並由此算出(chū)恒載與剛度。將(jiāng)計算所得的截麵、剛度及恒載等數 據與原先假設(shè)的進行比較。如果原先的假設有較大的富餘或不足,則應重新進行(háng)假設並再次 進行計算,直到假設與計算(suàn)結果比較吻合為止。

(3)橋塔

首先確定橋塔的構架形式(shì),橋塔的構架形式一般有門(mén)架式、具有多層橫梁的剛架式以及具 有(yǒu)一組或若(ruò)幹組交叉(chā)斜杆的桁架式。各部分的截麵(miàn)尺寸可以參考已有類似的懸索橋來做初步 的假(jiǎ)設。

橋塔計算(suàn)應根據主纜與加勁梁的結構體係來(lái)進行,對橋塔應考慮縱向應力和橫向應(yīng)力的 影(yǐng)響。同時應(yīng)驗算(suàn)橋塔的穩定性。

2.斜拉橋的設計要點(diǎn)

(1)結構幾何尺寸的確定

斜拉橋作為由塔、梁、索組成的組合體係,進行設(shè)計時必(bì)須綜合考慮塔、梁、索(suǒ)三者(zhě)之間的 相互關係。在橋跨布置、主梁(liáng)斷麵形式、索塔形式、索(suǒ)塔高度及支承體(tǐ)係確定後,就可擬(nǐ)定主梁 高度以及索塔截麵(miàn)尺寸,並根據主梁高度、受力及構造(zào)要求初擬各部分尺寸,然後(hòu)用平麵杆係 程序進行試算調整。

調整的原則:

①邊跨配重應(yīng)使結構在恒載作用下邊墩支座不產生拉力(lì),且在運營期間邊墩(dūn)支座的拉力 應控製在一(yī)個適當的數(shù)值內(便於邊墩設計和支座生產)。

②斜拉索的應力、索塔(tǎ)混凝土的壓應力、主梁恒載彎矩(jǔ)都(dōu)應根據橋梁的實際(jì)情況控製在合 適(shì)的幅(fú)度內。

③結(jié)構體係剛度必須滿足要求,主梁在汽車荷載作用下的撓度小於規範規定,並有一定的 富餘。

④盡(jìn)量減(jiǎn)少梁段類型,方(fāng)便施工(gōng)。

幾何尺寸的擬定過程中還應結合橋位考慮結構的抗風(fēng)和(hé)抗震要求,必要時應進行節段或 全橋的風洞模型試驗。

(2)整(zhěng)體靜力分析

一般來(lái)講,斜拉橋靜力分析是先確定合理(lǐ)的成(chéng)橋狀態,再進行施工過程計算(suàn),通過控製施 工中每根拉(lā)索的安裝索力來確保實現預定的合理(lǐ)成橋狀態。

①合理的成橋狀態

在確定成橋狀態時,起控製作用的往往是主梁(liáng)的應力。因此,成橋狀態的確定應以主梁受 力合理為目標,以應力平衡法來設計(jì)主梁(liáng)恒載內力為佳。該方法是:以主梁各截(jié)麵上下(xià)緣的最 大最小應力作為控製條件來確定其預應力大小和恒載彎矩。對於混凝土梁一般以(yǐ)拉壓應力控 製,以截麵上下緣的最大應力滿足拉壓應力控製條件為最理想。用這種方法確定的預應力和 主梁成橋恒載彎矩稱之(zhī)為理想值,其(qí)成橋狀態稱之為理想狀(zhuàng)態。但恒載彎矩在一些控製區域 (如跨中)準確地為理想值實際很難實現,設(shè)計時一般允(yǔn)許(xǔ)恒載彎矩有(yǒu)一定的活動範圍,並將由 此確(què)定的預應力和主梁成橋恒載(zǎi)彎矩稱之為合理值,其成橋狀態稱之為“合理(lǐ)狀態(tài)”。

②靜力分析計算成果

合理的(de)成橋狀(zhuàng)態確定之後,就可以對結構進行詳細的靜力分析計算。靜(jìng)力分析的主要內 容有:結構設計的(de)施工(gōng)流程(chéng)在(zài)各階段的應力、變形、初始索力等,以(yǐ)及成橋運營狀態下,各截麵 的應力和變形。

(3)索塔分析計算

索塔分析計算與斜拉橋整體分析計算密(mì)切相關,一般情況(kuàng)下是在斜拉橋(qiáo)合(hé)理成橋狀態確 定後(hòu),再對索塔(tǎ)進行平麵和空間計算。

①截麵強(qiáng)度計算

計算各種可能的荷載組合下,索塔典型截麵(miàn)順橋(qiáo)向和橫橋向應力,以及角點方向按順橋向 和橫橋向可能(néng)同(tóng)時出(chū)現的荷載組合進行最大最小應力疊加。為保證塔身混凝(níng)土不產生壓碎破(pò) 壞,角點最大壓應力控製(zhì)在混凝土容許壓應力之內(nèi),允許角點出(chū)現拉應力,但塔身各計(jì)算(suàn)截麵 順橋向和橫橋向均處於小偏心受壓狀態。

②索塔穩定(dìng)性計(jì)算

索塔(tǎ)穩定性(xìng)計算包括彈(dàn)性(xìng)穩定性計算和(hé)彎壓穩定性計算。進行彈性穩定性計算時,應分 別計算裸塔狀態和成橋狀態的縱橫穩定性。裸(luǒ)塔狀態按一端固定,一(yī)端自由的壓杆計算;成橋 狀態考慮(lǜ)拉(lā)索的扶正影響,按一端固定,一端鉸支計算。

③索塔錨固區局部應力計算

計算錨固區內最大主壓應力和最大主拉應力,並控製其值滿足規範要求。

③索塔(tǎ)錨固區局部應(yīng)力計算

計算錨固區內最大主壓應力和最大主拉應(yīng)力,並控製其值滿足規範要求。

(4)橋麵板受力計算

對橋麵板進行配筋(jīn)計算,控製配筋率符(fú)合相(xiàng)關規範規(guī)定。

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