斜拉桥设计与计算

斜拉桥设计与计算贲庆国二O一二年九月斜拉桥设计与计算主要内容一、总体布置二、结构设计（塔、梁、索）三、结构计算四、桥梁实例介绍斜拉桥设计与计算一、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。斜拉桥设计与计算一、总体布置斜拉桥传力分析示意桁架传力分析示意斜拉桥设计与计算一、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。斜拉桥设计与计算一、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。斜拉桥设计与计算一、总体布置1、孔跨布置可对称布置或者不对称布置；不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0.5~1.0之间，以0.8左右居多。斜拉桥设计与计算一、总体布置2、主梁的支承体系斜拉桥设计与计算一、总体布置2、主梁的支承体系斜拉桥设计与计算一、总体布置2、主梁的支承体系斜拉桥设计与计算一、总体布置2、主梁的支承体系斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置斜拉桥设计与计算一、总体布置3、斜拉索布置—索距的选择斜拉桥设计与计算一、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斜拉桥设计与计算一、总体布置4、索塔的布置—纵向斜拉桥设计与计算一、总体布置4、索塔的布置—横向斜拉桥设计与计算一、总体布置4、索塔的布置—横向斜拉桥设计与计算一、总体布置4、索塔的高度斜拉桥设计与计算一、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、局部等计算斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁斜拉桥设计与计算二、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1/100~1/300,中小跨径一般1/100~1/150，桥梁较宽时，可能是横向宽度控制。斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁-适用性斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁—截面特点斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁—截面特点斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁—截面特点斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁—截面特点斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁—截面特点斜拉桥设计与计算二、结构设计1、主梁—截面特点斜拉桥设计与计算二、结构设计2、索塔斜拉桥设计与计算二、结构设计2、索塔斜拉桥设计与计算二、结构设计2、索塔-构造尺寸斜拉桥设计与计算二、结构设计2、索塔-上塔柱锚固区斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索—截面组成斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索序号技术性能指标平行钢丝斜拉索环氧钢绞线斜拉索1抗拉强度1670MPA-1770MPA1860MPA2拉索用量稍大减少约8%，比平行钢丝斜拉索用量减少3防护性能1镀锌+缠包带+HDPE环氧层+油脂+PE+HDPE6抗振性能钢丝拉索结构为整体粘结，抗振性能差钢绞线斜拉索单根独立、平行，每根钢绞线振动时频率基本相同，可相互抵消至最低7施工周期较短（成品索，工厂内制作）较长（现场张拉）8施工难度需大型起重设备，采用较大的软牵引力和拉杆牵引力工艺单根钢绞线张拉，小型千斤顶即可10换索功能必须整体换索，费用大，需封闭交通原则上可进行单根更换，但目前国内市场上夹片锚固效率低，锚头需灌注环氧砂浆锚固，不可更换。无成功更换实例斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索平行钢丝斜拉索环氧钢绞线斜拉索镀锌钢绞线斜拉索桥梁实例苏通大桥；南京长江二桥；南京长江三桥；上海长江大桥安庆长江大桥；泰安长江二桥；灌河大桥；五河口大桥；润扬大桥北汊桥；宜昌夷陵桥；青州闽江大桥斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索—锚头构造斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索-锚头构造斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索-锚头构造斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索-锚头构造斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索-锚头构造斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索-锚头构造斜拉桥设计与计算二、结构设计3、拉索-锚固形式斜拉桥设计与计算三、结构计算计算分类斜拉桥设计与计算三、结构计算计算分类斜拉桥设计与计算三、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等斜拉桥设计与计算三、结构计算1、静力计算分析斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算方法斜拉桥设计与计算三、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；斜拉桥设计与计算三、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(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；斜拉桥设计与计算三、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；斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算-刚性支撑连续梁法斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算-施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）斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算-施工阶段索力计算斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算-施工阶段索力计算斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算-施工阶段计算斜拉桥设计与计算三、结构计算2、静力计算-施工阶段计算斜拉桥设计与计算三、结构计算3、拉索特性—索垂度效应斜拉桥设计与计算三、结构计算3、拉索特性—索垂度效应斜拉桥设计与计算三、结构计算3、拉索特性—索垂度效应斜拉桥设计与计算三、结构计算3、拉索特性—索垂度效应斜拉桥设计与计算三、结构计算4、拉索两端倾角的修正斜拉桥设计与计算三、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。斜拉桥设计与计算三、结构计算6、结构稳定计算斜拉桥设计与计算三、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）斜拉桥设计与计算三、结构计算7、结构局部计算—索塔锚固区斜拉桥设计与计算三、结构计算7、结构局部计算—索塔锚固区斜拉桥设计与计算三、结构计算7、结构局部计算—索塔锚固区斜拉桥设计与计算四、实例介绍1、江六高速京杭运河特大桥斜拉桥设计与计算四、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(110×7m)，桥位处东侧(左侧)设置了待闸锚地，两驳岸之间距离为180m。待闸锚地斜拉桥设计与计算四、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。斜拉桥设计与计算四、实例介绍1、江六高速京杭运河特大桥施工方案：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，塔内张拉斜拉桥设计与计算四、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斜拉桥设计与计算四、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。斜拉桥设计与计算四、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；斜拉桥设计与计算四、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：斜拉桥设计与计算四、实例介绍2、兴化市杭州路大桥斜拉桥设计与计算谢谢！