毕业设计辅导2-斜拉桥的总体布置.

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1、桥梁工程 斜拉桥组毕业设计辅导 v2008 P02 关于斜拉桥的总体布置 Date 1 第二章 斜拉桥的设计构思 第一节 设计构思总思路 第二节 布跨决择 第三节 构件及其连接关系的决择 第四节 设计构思的简单示例 第五节 毕业设计中的桥跨布置 * * 2 2 第一节 设计构思的总思路 把握总体的重要性 了解局部的重要性 由于斜拉桥的变量很多，且它们又互相关连 ，相互制约，不可能单独孤立地分别设计主 梁、塔和索，因此，一开始就应该总体考虑 进行全桥的综合设计。设计构思必须对具体 桥梁的经济性、安全性、设计、施工、材料 、机具、时间进度、空间布置等各方面问题 ，经过深入、综合分析后才能得出。 设

2、计构思过程 设计构思是一项极为重要的决策性工作。 为了作好这一工作，首先要全面了解斜拉 桥结构各组成部分的特点，然后对影响斜 拉桥总体桥型设计的各个变量参数作 深入 的分析。 DateDate 3 3 一、结构特点回顾主梁与斜拉索关联后的特点 第一节 设计总思路结构特点回顾 跨越能力大 建筑高度小 以弯为主的压弯构件 恒载内力可调整 施工方法灵活方便 主梁在斜拉索支承下，就象多跨弹性支承 连续梁那样工作，使“局部跨度”显著减小 ，让“整体跨度”能显著提高，主梁高度“相 对”降低。 主梁把斜拉索索力的水平分力作为轴力传 递，形成自锚体系结构。 借助斜拉索的预拉力，可以对主梁的内力 进行调整。 用

3、于大跨度桥梁施工的传统施工方法，不 仅可用，而且还能借助斜拉索的联合作用 来减轻施工机具对结构的影响。 DateDate 4 4 第一节 设计总思路结构特点回顾 塔是以压为主的压弯构件 斜拉索是受拉构件 自重与斜拉索张力的竖向分力 表现为轴力 两侧索力纵向不平衡的水平力 产生弯矩 顺桥向的刚度与后锚索的 关系很大 斜拉索是容易振动 拉力来源于（1）施工时的主 动张拉 拉力来源于（2）外荷载下的 被动受力 一、结构特点回顾桥塔与斜拉索关联后的特点 DateDate 5 5 二、总体构思框架 第一节 设计总思路总体构思 斜拉桥桥型总体设计中，影响因素多，变量参数也复杂，交叉组合的方案更是 千变万化

4、。但为了抓住主要矛盾，其总体构思时，首先要考虑如下五个问题： 跨度划分 索塔类型和结构型式 主梁类型和结构型式 梁、塔、墩连结型式 斜拉索布置类型（索面） 塔墩位置主跨大小边跨大小 主梁材料 桥面 宽度 索面数量 主梁截面 索塔形式索塔高度索塔截面 DateDate 6 6 1.准备工作及材料选择 桥位处的条件（气候、水文、地形地质、通航、交通要求等）情况的掌握。 2a.跨径布置确定主跨跨度 根据地形、地质、河床水文和通航要求，结合经济性和适用性原则决定 斜拉桥主跨大小。 2b.跨径布置确定边中跨比 独塔和双塔的比值是不同的。 3.确定桥面宽度 按交通量、列车通过量确定了车行道和人行道数目和宽

5、度等，也就确定 了桥面总宽。 4.确定索面形式索面数量和索型选择 决定索面数量（一个、两个或三个索面）以及索面内索型（辐射型、扇 型或竖琴型），考虑整个斜拉桥结构的锚固方式。塔的结构型式、高度、断 面积会随着斜缆的布置型式差异。 三、斜拉桥（总体）设计构思的实现步骤 第一节 设计总思路总体构思 DateDate 7 7 5.体系选择梁、塔、墩相互连接型式 6.塔型选择 7.主梁施工工艺选择 8.主梁材料及截面选定 （1）材料（钢、砼、结合、混合）选择 （2）截面设计：截面形式及主要设计参数 a.梁高、梁宽、各板板厚（顶板、底板、腹板）形成截面的主要受力性 能（抗压刚度、抗弯刚度、抗扭刚度）；

6、b.横隔板的设置（构造、板厚、设置间距）； C.梁段重量 d.截面的抗风性能 9.斜拉索索距确定和拉索断面的初步匡算 拉索在塔和主梁上的索距应配合塔和梁的高度、刚度、材料以及整个斜 拉桥的桥型综合考虑，同时应考虑施工能力。 主梁上的索距标准索距、边跨加密索距。 10.桥塔的高度和断面 11.锚固墩和辅助墩的考虑 三、斜拉桥（总体）设计构思的实现步骤 第一节 设计总思路总体构思 DateDate 8 8 12.结构整体计算 斜拉桥活载等级一般是由设计条件给定的，活载计算相对简单。 斜拉桥的整体计算主要是恒载计算，特别是斜拉索张拉索力的确定 ，以实现合理的恒载内力状态。 13.根据总体计算情况完善

7、设计构思 （1）确定各拉索的内力，设计拉索的断面 （2）优化主梁、索塔的断面 （3）协调塔、梁、索间因设计造成内力和刚度关系 14.根据上述工作的结果进行斜拉桥的细化设计和计算 (1)进行考虑施工过程的结构整体计算； (2)为下部结构设计计算提供数据； (3)进行主梁结构的专项计算：钢结构的第二、三体系和空间受力 计算；砼结构的有效宽度计算；PC梁的预应力布置和计算；梁体结构的 受压稳定计算等； (4)进行索塔结构的专项计算：横向受力计算、抗压稳定计算； (5)进行斜拉索的专项计算：斜拉索的疲劳； (6)进行连接细节的设计和空间分析计算； (7)进行抗风和抗震研究； 三、斜拉桥（总体）设计构思

8、的实现步骤 第一节 设计总思路总体构思 DateDate 9 9 第二节 布跨的决择 斜拉桥的跨度划分是很重要的问题。应在全桥经济和施工方便的 前提下，配合以往国内、外已建成斜拉桥的实践经验综合加以分 析比较。一般应作如下考虑: DateDate1010 第二节 跨度的决择 决择一单塔还是双塔 p应尽量选取较短的主跨长度，并尽量先考虑独塔方案，只有在独塔方案不能 满足通航、排洪或流冰等的要求时，才考虑用双塔方案。 决择二 多大的主跨 p（1）根据地形、地质、河床水文和通航要求，（2)结合经济性和适用性原则 决定斜拉桥主跨大小。 p如无（1）的限制，可以先确定总斜拉桥长度，再根据合理边中跨比确定

9、主 跨跨度。 决择三 多大的边跨 p采用双塔三跨时，边主跨比约0.350.5较合理。 p采用独塔两跨时，边主跨比约0.51.0较合理。 Lc Ls1Ls2 DateDate1111 第二节 跨度的决择 决择四是否采用协作跨 p如有引桥，可让引桥与主跨或边跨连在一起，使得主梁连续延长，协同受力 ，利用引桥主梁的跨越能力提高斜拉桥的跨越能力。 是否设置辅助墩 决择五 p当边跨离地面不高时，若在边跨内加设若干辅助墩，将边跨再分成若干小跨 ，则可使桥塔的弯矩大大减小，并能提高整个桥跨的结构刚度。此外，加设辅 助墩，也便于采用顶推法施工。 DateDate1212 第三节 构件形式和关系上的决择 主梁

10、索塔 斜拉索 索梁锚固 索塔锚固 塔梁关系 DateDate1313 第三节 构件及其关系的决择主梁 一、主梁类型的选择 钢梁 混凝土梁 轻 柔 贵 刚 重 贱 强度低 强度高 造价低 造价高 刚度大 自重大自重小 刚度小 材料上的决择 混合梁 混凝土钢 结合梁 养护容易 养护困难 强弱 造价高 抗拉强度低 抗压强度高 造价低 拉压强度高 压板易失稳 DateDate1414 第三节 构件及其关系的决择主梁 结合梁 结合梁双塔斜拉桥适宜跨度约300600米。 混合梁体系 跨度在600米以上，且有条件设置边跨辅助墩时， 有较强竞争优势。 混凝土主梁双塔斜拉桥适宜跨度约300500米（采 用PC梁

11、）。 混凝土梁 钢箱梁双塔斜拉桥适宜跨度约4001000米。 钢（箱）梁 一、主梁类型的选择 主梁材料 主梁材料 合理跨度 DateDate1515 主梁是采用钢结构还是混凝土结构，或是钢与混凝土的组合梁结构，以及 混合结构，主要取决一特定时期，特定地区和特定桥位的有效性、可能性和经 济性。 n1钢主梁 n 其主要优点是跨越力能大，结构较轻，结构可在工厂制作，质量可靠 、施工速度快。缺点是价格昂贵，后期养护工作量大及抗风稳定性较差。近几 年我国修建了多座大跨度钢主梁斜拉桥。 n2混凝土主梁 n 其主要优点是： n 造价相对低。 n 刚度大挠度小，在汽车荷载作用下，产生的主要挠度约为类似钢结 构

12、的60左右： n 由于混凝土结构具有约两倍于钢结构的振动衰减系数，所以抗风稳定 性好； n 抗潮湿性能好，后期养护工作比钢桥简单和便宜。 n 斜拉索拉力的水平分力在桥面结构内产生压力，而混凝土抗压性能是 最好的。 n 其缺点是：跨越能力不如钢结构大，施工安装速度不如钢结构快。 第三节 构件及其关系的决择主梁 一、主梁类型的选择 DateDate1616 n3钢、混凝土叠合梁 在钢主梁上用预制混凝土桥面板代替常用的正交异性钢桥面板。它除具有钢 主梁相同的优缺点外，能节省钢材用量且其刚度及抗风稳定性均优于钢主梁。叠 合梁使用在斜拉桥中，未能充分发挥钢和混凝土的材料特性，所以需在构造和施 工上采取措

13、施，解决混凝土桥面板开裂问题。加拿大的Annacis桥和我国上海的 南浦大桥和杨浦大桥，均采用叠合梁结构。 n4钢混凝土混合式主梁 在中孔大跨采用钢主梁，两侧边跨采用多跨预应力混凝土梁，这种结构型式 的主要优点是： 由于加大了侧跨主梁的刚度和重量，大大减少了主跨内力及变形， 能减少或避免边跨端支点出现负反力： PC梁容易架设，主跨钢梁也可较容易地从主塔开始用悬伸法连续架设； 减少全桥钢梁长度，节约造价。它特别适合于边跨与主跨比值较小的情况 ，但采用这种结构型式，必须处理好钢与混凝土连接处的构造细节。 第三节 构件及其关系的决择主梁 一、主梁类型的选择 DateDate1717 第三节 构件及其

14、关系的决择主梁 一、主梁类型的选择截面上的决择 钢主梁 型 双 主 梁 独 立 单 箱 截 面 分 离 双 箱 截 面 钢 桁 架 混凝土主梁 板 式 边 主 梁 纯 板 式 梁 板、箱 板梁 箱梁 板、箱、桁 箱梁板梁桁梁 独 立 单 箱 截 面 分 离 双 箱 截 面 型 双 主 梁 单索面适用 双索面适用双索面适用 双索面适用 DateDate1818 主梁高度 一般根据施工要 求确定，与施工方法 有关，拟定时可参考 已建成桥资料。 第三节 构件及其关系的决择主梁 一、主梁类型的选择 主梁宽度 根据桥面车道情 况布置，考虑拉索保护 区宽度。 W h DateDate1919 第三节 构件

15、及其关系的决择索塔 二、索塔形式的决择 单索面还 是双索面 造型是要点 单索面双索面 独 柱 形 双 柱 形 门 形 H 形 倒 V 形 A 形 梯 形 倒 Y 形 单双均可 造型是要点 对大跨度桥的适用性降低 对单索面的适用性提高 DateDate2020 第三节 构件及其关系的决择索塔 二、索塔形式的决择 桥塔有效高度(桥面以上塔高)H1： p三跨：塔高/主跨 =1/41/7， p两跨桥 ：塔高/主跨 1/2.7 1/4.7 p塔高，对主梁结构受力有利，索力小。 p一般控制最外索与水平线的夹角不小于25。 桥面以下塔高H2: p根据通航条件、接线条件、河床断面确定 桥塔总高HH1+H2 L

16、c H1 H2 DateDate2121 第三节 构件及其关系的决择斜拉索 三、斜拉索类型的选择 半平行钢丝斜拉索 （冷铸镦头锚） 平行钢绞线斜拉索 （配夹片式群锚） 极限强度 弹性模量 松弛性能 防腐性能 运输安装难易 张拉难易性 略低（1670MPa）略高（1860MPa） 略高（2.0105MPa）略低（1.95105MPa） 抗疲劳性能 更换难易性 不易松弛低或动应力下夹片易松弛 锚头抗疲劳性能强锚头抗疲劳性能略弱 PE可能老化开裂夹片处钢丝可能易锈蚀 长大索运输、吊装困难运输安装容易，但工序多 整体大吨位张拉困难可小吨位单根张拉钢绞线 相对困难相对容易 各有千秋 DateDate2222 第三节 构件及其关系的决择索塔与主梁关系 四、索塔与主梁关系 除斜拉索外 塔和梁有无 直接联系 无 全 漂 浮 体 系 有 半 漂 浮 体 系 有 塔对梁有竖向 约束；无水平 约束 塔对梁有竖向 约束、水平约 束、转动约束 塔 梁 固