移民居住环境改善工程--悬索桥计算.docx
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1、一、工程概述2二、技术标准采用规范32.1 技术标准32. 1. 1桥梁等级33. 1.2 荷载34. 1.3设计指标42.2 规范5三、结构总体计算分析53.1 计算理论简介63.2 总体计算分析63. 2.1结构受力分析中的荷载取值64. 2.2设计参数75. 2.3计算模式83.3 结构几何特性与物理力学参数83.4 全桥总体计算结果93. 4.1成桥状态主缆线形坐标94. 4.2主缆无应力长度IO5. 4.3主缆强度复核126. 4.4吊杆强度狂核147. 4.5风缆强度复核148. 4.6加劲梁强度狂核169. 4.7桥面玻璃强度复核1810. 4.8主缆锚固套筒强度匏核1911.
2、4.9桥塔承载力复核2112. 4. 10挠度复核2613. 4.11地锚桩基水平及竖向承载力复核273.5 人致振动分析323. 5.1纵、横向各阶频率振型以及模态质量324. 5.2风缆对振型及频率的影响345. 5.3舒适度分析356. 5.4本章小结413.6 抗震分析423. 6. 1计算模型建立423. 6.2反应谱函数433. 6.3E2地震作用下内力计算结果443. 6.4E2地震作用抗力验算结果45四、总结49一、工程概述万州区位于长江上游地区、重庆东北部,处三峡库区腹心,属长江上游区域中心城 市。万州区东临云阳县,南接石柱土家族自治县和湖北利川市,西频忠县和梁平县、北 界开
3、县和四川开江县。万州区幅员面积3457平方公里。至2014年底,城市建成区面积 62.5平方公里,城镇化率61.11%,城镇人口突破百万大关。人行悬索桥为双塔单跨悬索桥,加劲梁采用漂浮体系,主跨主缆跨度采用189.5m, (塔中心间距)加劲梁跨度采用160m。,主缆矢高17.7米,矢跨比为1/11,跨中主 缆中心至桥面高1.87米,边跨长(索鞍至散索点)12. 5米,全桥布置63对吊索,吊 索间距2. 5米。主缆锚碇均实体浇筑混凝土地锚,全桥共设置2根主缆,采用钢丝绳索 股逐根架设的施工方法。每根主缆由7股6x36WS+IWR ,直径656mm,公称抗拉强度为 1770MPa的钢丝绳组成,单股
4、主缆破断力为1980KN。吊索采用单股6x36WS+IWR,直径 22mm,公称抗拉强度为1770MPa的钢丝绳组成,单根吊索的破断力为305KN,铅垂布 置标准段索间距取为2. 5m。悬索桥人行道净宽3. 0 m,加劲梁采用纵横梁结构纵梁、横 梁采用HM400x300xl016H型钢,桥面采用4cm厚夹心钢化承重玻璃。桥型布置图断面布置图桥梁效果图二、技术标准采用规范2.1 技术标准2.1.1 桥梁等级人行悬索桥2.1. 2荷载根据城市人行天桥与人行地道技术规范(CJJ 69-95) 3.1.3条;计算得活载值为1. 5Kpa,同时参考景区人行玻璃悬索桥与玻璃栈道技术标准(DB13( J)T
5、2642018) 4.4.6条,计算整体结构承载能力极限状态采用荷载2. OKpa,局部计算时荷载采用 3. 5Kpao地震动峰值加速度:0.05g 桥面净宽:3.0m 桥面纵坡:双向1.5%,跨中设R=3(X)0m竖曲线 设计使用年限: 主体结构:50年,可更换部件:吊索、抗风索20年栏杆、伸缩缝、支座15年桥面玻璃:8年2.1 . 3设计指标1) .跨径布置中跨:189. 5m (桥塔之间跨径)边跨:12. 5In2) .主缆失跨比:1/11主缆中心距:3. 9m根数:2根组成:7股6x36WS+IWR ,直径由56mm钢丝强度:1770MPa3) .吊索型式:钢丝绳吊索间距:标准间距2.
6、5m组成:单股6x36WS+IWR,直径6 22mm连接方式:吊索与加劲梁及索夹均采用销接钢丝强度:1770MPa4) .加劲梁形式:HM400x300xl016H型钢纵横梁高度:0. 39m,高跨比为1/410宽度:3. 2m (主桁弦杆中心处),宽跨比为1/50材质:Q355C5) .桥塔形式:门式框架结构高度:PI 塔 14m; P2 塔 23. 5In横梁数:1道基础形式:承台桩基础6) .锚锭锚体形式:地锚2.2 规范1 .城市桥梁设计规范(2019年版)(CJJll2011)2 .城市人行天桥与人行地道技术规范(CJJ 69-95)3 .城市桥梁抗震设计规范(CJJ 166-201
7、1)4 .公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)5 .公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 3362-2018)6 .公路桥涵地基与基础设计规范(JTG 3363-2019)7 .建筑桩基技术规范(JGJ 94-2018)8 .钢结构设计标准(GB50017-2017)9 .重要用途钢丝绳(GB8918-2006)10 .公路悬索桥设计规范(JTGT D65-05 -2015)11 .景区人行玻璃悬索桥与玻璃栈道技术标准(DB13 (J) /T264-2018)12 .悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件(JTT6942007)13 .公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件(JT722
8、-2008)14 .城市桥梁工程施工与质量验收规范(CJJ2-2008)15 .公路钢结构桥梁设计规范(JTGD64-2015)16 .公路桥梁抗震设计规范(JTG2231-01-2020)17 .公路桥涵施工技术规范(JTG3650-2020)18 .碳素结构钢(GB700-2006)19 .低合金高强度结构钢(GB/T1591-2008)20 .一般工程用铸造碳钢件(GBII352-2009)21 .焊缝符号表示方法(GB3242008)三、结构总体计算分析3.1 计算理论简介人行悬索桥总体结构计算分析主要采用有限位移理论,采用有限元软件MIDAS CIVIL 2022版实现,通过软件将悬
9、索桥离散为空间结构,建立空间有限位移分析理 论及计算程序,将竖向、横向荷载及偏载作用于结构上求结构内力及变形的方法。恒载内力计算方法:悬索桥加劲梁的恒载内力与施工过程和施工方法有关。本桥是 采用4cm钢化玻璃桥面的纵横梁型式加劲梁,因此设计为加劲梁在施工阶段采用分段吊 装,待全部梁段吊装完毕铺好桥面后再将加劲梁段连接成整体的施工方法。成桥后可认 为加劲梁内无恒载弯矩(实际上是恒载弯矩比较小,可不计其影响)。整体静动力计算 使用OfIDAS CIVIL空间分析软件悬索桥分析控制功能,迭代计算,以确定吊杆力和 主缆线形。活载作用下结构的内力及变形的分析方法:由于悬索桥是非线性结构,不能采用线 性叠
10、加原理以影响线的概念求得结构各截面的内力及变形的极值,所以对于成桥阶段进 行大位移分析是很困难的。考虑到主缆承受的80%以上的轴力都是由恒载产生的,恒载 以外其它荷载的影响很小,本桥做成桥阶段分析时,将初始平衡状态下主缆和吊杆的张 力转换为几何刚度后做线性分析,即线性有限位移法。相关资料证明,线性有限位移法 计算的结果与有限位移法计算结果误差在1%之内。悬索桥在施工时的结构体系比成桥阶段的稳定性差,在各施工阶段发生的位移也很 大,使用线性有限位移法做悬索桥的施工阶段分析,其结果将产生很大的误差,为了能 够获得精确的结果,需要使用几何非线性分析(大位移)理论来计算分析,并且在做当 前施工阶段分析
11、时应考虑前一阶段产生的内力和变形。本桥施工阶段验算采用倒拆法计 算。3. 2总体计算分析3.2.1 结构受力分析中的荷载取值进行结构计算时,按以下所考虑的荷载及荷载组合。(1)恒载:加劲梁及桥面附属部分恒载为9.74KNm(2)活载:(折减)公路一II级,同时根据规范考虑纵向折减系数、汽车冲击系 数和汽车制动力。(3)风载:100年一遇最大风速为24ms,风压:0. 35Kpa5(4)温度影响力:整体升温按25考虑、降温按-25C考虑。基础温度按20C,主缆下料及架设时应根据当时温度与基础温度的差值校正无应力长度(5)基础变位:本桥地基基础为砂岩,未计基础沉降影响。标准组合:组合1:LO恒载组
12、合2:LO恒载+10人群荷载组合3:LO恒载+10人群荷载+10系统升温组合4:LO恒载+10人群荷载+10系统降温组合5:1. 0恒载+10人群荷载+10横桥向风荷载组合6:LO恒载+10人群荷载+10系统升温+1.0横桥向风荷载组合7:Lo恒载+10人群荷载+10系统降温+1.0横桥向风荷载极限组合:组合1:1.2恒载组合2:1. 2恒载+14人群荷载组合3:1. 2恒载+14人群荷载+1. 12(1.4*0. 8)系统升温组合4:1.2恒载+14人群荷载+1. 12(1.4*0. 8)系统降温组合5:1.2恒载+14人群荷载+0. 88(1.1*0.8)横桥向风荷载组合6:1.2恒载+1
13、4人群荷载+1. 12系统升温+0.88 (1. 1*0.8)横桥向风荷载组合7:L 2恒载+1.4人群荷载+1.12(1.4*0. 8)系统降温+0.88 (1. 1*0.8)横桥向风荷载悬索桥主要承重结构为主缆,主缆安全系数采用标准组合计算,要求安全系数大于3o3.2. 2设计参数成桥主缆失跨比为1/11主缆安全系数:23吊杆安全系数取23 (销接式)吊杆标准间距2. 5m桥面铺装采用4cm厚钢化夹胶玻璃3.2.3计算模式人行悬索桥的结构总体计算分析使用G1IDAS/CIVIL空间分析软件。3. 3结构几何特性与物理力学参数结构几何特性与物理力学参数见下表:1)主缆主缆为镀锌钢丝绳,力学性
14、能如下:弹性模量:E= 120000 MPa公称抗拉强度:1770 MPa线膨胀系数:0.000012/r2)吊索吊索为钢丝绳,力学性能如下:弹性模量:E= 120000 MPa公称抗拉强度:1770 MPa 线膨胀系数:0.000012/。3)抗风索抗风索为钢丝绳,力学性能如下:弹性模量:E= 120000 MRz公称抗拉强度:1770 MPa 线膨胀系数:0.000012/1?4)纵横梁钢加劲梁采用Q355c,力学性能如下:弹性模量:E=210000MP4剪切模量:G = 8IOOOMPa泊松比:0.3轴向容许应力:。=200 MPa弯曲容许应力:。卬 = 210MP4剪切容许应力:口=
15、120 MRz屈服应力:。),=340MRZ线膨胀系数:0.000012/r5)桥塔桥塔由C40钢筋混凝土现浇制造,其主要力学性能如下:弹性模量:E=32500MP泊松比:0.2轴心抗拉强度设计值:18.4 MPa轴心抗压强度设计值:1.65 MPa线膨胀系数:0.00001/r3.4全桥总体计算结果3.4.1 成桥状态主缆线形坐标成桥状态主缆坐标表点号X(m)成桥Y (m)空船点号X(m)成桥Y空统Y(m)117. 2526.11426.1583397. 2513. 99215. 020219. 7525.34325. 4433499. 7514. 03015. 05422. 2524.59
16、624. 75235102. 2514. 09315.Ill424. 7523.87424. 08536104. 7514.18115.192527. 2523.17823. 44337107. 2514. 29415. 295629. 7522.50822.82438109. 7514. 43315. 421732. 2521.86322. 23039112. 2514. 59615. 570834. 7521.24321. 66040114. 7514.78515. 743937. 2520.64921.11341117. 2514. 99915. 9381039. 7520.08120.
17、 59142119. 7515. 23816. 1561142. 2519.53820. 09243122. 2515. 50316. 3981244. 7519.02019.61744124. 7515. 79316. 6621347. 2518.52819. 16645127. 2516. 10816. 9501449. 7518.06218. 73846129. 7516. 44817. 2611552. 2517.62018. 33447132. 2516.81317. 5951654. 7517.20417. 95348134. 7517. 20417. 9531757. 2516.
18、81317. 59549137. 2517. 62018. 3341859. 7516.44817. 26150139. 7518. 06218. 7381962. 2516.10816. 95051142. 2518. 52819. 1662064. 7515.79316.66252144. 7519. 02019. 6172167. 2515.50316.39853147. 2519. 53820. 0922269. 7515.23816.15654149. 7520. 08120. 5912372. 2514.99915. 93855152. 2520. 64921.1132474. 7
19、514.78515. 74356154. 7521. 24321.6602577. 2514.59615. 57057157. 2521. 86322. 2302679. 7514.43315. 42158159. 7522. 50822.8242782. 2514.29415. 29559162. 2523.17823.4432884. 7514.18115.19260164.7523.87424. 0852987. 2514.09315. Ill61167. 2524. 59624. 7523089. 7514.03015. 05462169. 7525. 34325.4433192. 2
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