悬索桥—北塘人行悬索桥计算书03.docx
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1、设计计算书工程名称三河岛连接北塘古镇人行景观桥梁工程工程编号 1164设计阶段施工图设计部 位主桥整体计算审核人校核人计算人谢雪峰编制日期20 .1天津城建设计院XX公司1图3-3模型细部3.2静力工况计算成桥及空缆状态成桥状态下加劲梁的挠度如图3-4成桥状态下加劲梁挠度悬索桥的成桥状态是内力(初应变或初始内力)与外荷载(一期、二期恒载)保 持平衡而结构位于成桥线形的状态。本桥的有限元模型按照设计成桥状态的线 形建立,结构位移应基本为。由图3-4可知,加劲梁在吊索所在位置位移小于 2mm,满足计算精度。40恒载弯矩图3-5成桥状态下加劲梁弯矩成桥状态加劲梁的弯矩除桥塔及抗风索位置外,接近于刚性
2、支承连续梁的 弯矩,吊索力设计合理。 成桥状态加劲梁上缘应力成桥状态加劲梁下缘应力图3-6成桥状态下加劲梁应力成桥状态加劲梁的应力反映了抗风索索力的影响,并且抗风索的张力使得 加劲梁应力呈台阶状并在锚固位置发生突变。跨中为20MPa,长、短抗风索间 为 lOMPao成桥状态吊索力(NX) KMoe0 8 6 4 2 0112,7 Q 11 14 1, 17 1Q ” 722s 77 2 -C 47 NQ 41 42 4, 47 4QSNSQ 61 6N 6,成桥状态吊索应力图3-7成桥状态吊索力及应力(edlAI)成桥状态的设计吊索力如图3-7所示,除抗风索锚固位置外,吊索力为 6kN0在塔的
3、两侧吊索采用较小的张力,使得塔上牛腿有一定的反力储备,降 低塔上牛腿负反力出现的概率。考虑到活载下靠近塔侧的吊索索力较大,采用 直径为30mm的钢丝绳,其余吊索采用直径为13mm的钢丝绳,其应力如图3-7 所示。1040主缆成桥缆力o o o o o O0 8 6 4 2 0O 9 9 9 9 91(N*) S130 ,主缆成桥应力图3-8成桥状态主缆缆力及应力1020成桥状态主缆的缆力最大值为1020kN,对应的应力为128MPa,位于塔顶 主缆边跨侧切点。(NX) K据(NX) K据图3-9空缆缆力及应力(edw)在崂空缆状态主缆的缆力最大值为271kN,对应的应力为34MPa,位于塔顶主
4、 缆边跨侧切点。图3-10成桥与空缆线形空缆主缆跨中抬升0.727m,塔顶鞍座向边跨侧偏移0.041 mo图3-11主缆编号表3.1主缆无应力长度编号设计院(m)监控单位(m)差值(m)1270.201270.224-0.0232270.182270.204-0.0213270.201270.224-0.0234268.761268.779-0.0185268.733268.747-0.0146268.733268.747-0.0147268.761268.779-0.0188267.682267.704-0.0229267.649267.665-0.01710267.637267.652-0
5、.01511267.649267.665-0.01712267.682267.704-0.02213266.813266.836-0.02314266.795266.815-0.02015266.795266.815-0.02016266.813266.836-0.02317266.157266.167-0.01018266.150266.158-0.00919266.157266.167-0.0103. 2.2人群荷载活载最小挠度活载最大挠度(E)辖图3-12人群荷载作用下加劲梁挠度包络图人群荷载作用下加劲梁的最大挠度为-1.03m,发生在距离主跨跨中土 50.75m处,最小挠度为0.73m
6、,发生在距离主跨跨中41m处。话载最大弯矩 活我最小弯矩ooooooooo 4321 1234 -(eyn*) &r院布片图3-13人群荷载作用下加劲梁弯矩包络图人群荷载作用下加劲梁最大弯矩为40kN-m,最小弯矩为-27kNm。加劲梁上缘活载最大应力加劲梁上缘活载最小应力图3一14人群荷载作用下加劲梁上缘应力包络图人群荷载作用下加劲梁上缘最大拉应力为31.3MPa,最大压应力为-47MPao(edlAI) S加劲梁下缘活载最大应力 加劲梁下缘活载最小应力图3-15人群荷载作用下加劲梁下缘应力包络图人群荷载作用下加劲梁下缘最大拉应力为48Mpa,最大压应力为-34MPa。活载最大缆力-活载最小
7、缆力活载最大主缆应力活载最小主缆应力-20 4*57 5 7041 445474051 SSSS7SO61 665676071 7图3-16人群荷载作用下主缆缆力及应力包络图人群荷载作用下主缆的最大缆力为903kN,对应的应力为113Mpa,位于主 跨塔顶切点位置。20(NX) S活载最大吊索力 活载最小吊索力5 0 5 01 1(BdlAI) S活载最大吊索应力 活载最小吊索应力图3-17人群荷载作用下吊索索力及应力包络图人群荷载作用下最大吊索力为19kN,位于边跨靠近桥塔第一对吊索;人群荷 载作用下最大吊索应力为178MPa,位于边跨靠近锚碇端第一对吊索。表3.2人群荷载作用下鞍座最大位移
8、表3.3主缆抗滑移安全系数空缆鞍座位移(m,向主跨为正)-0.041人群荷载作用下鞍座位移(m,向主跨为正)0.055-0.039摩擦系数u0.20主缆包角a0.64rad(36.7 )最不利缆力比值T2/T11.0607恒载下缆力比值T2/T11.0461抗滑移安全系数K2.17国内还没有正式规范规定摩擦系数的取值,国内有已建悬索桥采用0.2的摩 擦系数,国内外试验表明摩擦系数跟表面有关,一般大于0.25,欧洲规范 Eurocode 3, partl-11中规定可以采用径向螺栓压紧来提高摩擦系数。北塘人行悬索桥通过填充增大摩擦系数的锌块及设置径向螺栓压紧的方式 保证摩擦系数不小于0.2,主缆
9、抗滑移安全系数大于2。表3.4人群荷载作用下加劲梁塔端转角边跨加劲梁梁端转角(。,下挠为正,塔侧)2.64-1.50主跨加劲梁梁端转角(。,下挠为正)3.94-2.48人群荷载作用下,主跨加劲梁在桥塔位置处最大有4的折角,通过设置 合页保证人行的舒适性。3. 2. 3风荷载图3-18有无风缆情况下横桥向风载位移(E)有风缆情况下加劲梁最大横向风载位移为-0.17m,无风缆情况下加劲梁横 向最大风载位移为-3.3m。-有风缆横桥向弯矩无风缆横桥向弯矩图3-19有无风缆情况下加劲梁横桥向风载弯矩(E*N)爆勖区举有风缆情况下加劲梁风载弯矩最大为181kN-m,无风缆情况下加劲梁风载 弯矩最大为-1
10、455kNm。有风缆横向应力有风缆横向应力无风缆横向应力 无风缆横向应力图3-20有无风缆情况下加劲梁横桥向风载应力有风缆时加劲梁风载最大应力为20Mpa、无风缆时加劲梁风载最大应力为188Mpa。-有风缆风荷载缆力单项无风缆缆力风荷载单项0-10000-2000013579 5355575961G36567697173图3-21有无风缆情况下主缆风载缆力有风缆时主缆缆力在风载作用下会略微增大,中间跨增大4.6kN,无风缆时 主缆缆力在风载作用下比恒载有所减小,中间跨减小22kNo通过上述比较,可见设置风缆能减小风载横向位移及加劲梁风载应力,设 置风缆是必要的。恒载下抗风缆初张力设计为70kN
11、,风荷载作用下,一侧风缆被拉紧,另一 侧风缆则略放松。迎风侧长缆缆力增加46.4kN,短缆增加49.8kN;背风侧长缆 减小43.lkN、短缆减小49.7kN。3. 2.4温度作用曰 POStCS I H,.MroAS/GvllPOST-PROCESSORTRUSS STRESSPOfitCSCSall:整=爻MAX : 4MIN : 2S8工件;与吉WN袋廿堇MS: N/mm2 m 期:01Q8/201?一万工X: 0.000 JZ: 0.000图3-22整体温度效应主缆最大应力考虑整体升温40C,降温40,主缆最大拉应力为4MPa,加劲梁整体温度应力小于IMPa,可忽略不计。曰 PostC
12、SMIOAS/CivilPOST”。TRUSS STRESSPostCSCBalh与/区度MAX s 64MtN ! 2S8M件:汗23=与左张MG: N/rnm 2 日第:01/0B/2013 力学X: 0a000/Zi 0XM0图3-23不均匀温度效应主缆最大应力考虑主缆与桥塔温差15,主缆最大拉应力为IMPa,加劲梁梁高较矮(16cm),不均匀温度效应可忽略不计。1桥梁概况及复核依据11.1工程概况11 , 2木,J 11.3计算依据22计算参数和基本假定32.1 材料计算参数32.2 计算荷载32.3 计算工况42.4 计算方法63主桥上部结构整体分析73.1 计算模型说明73.2 静
13、力工况计算83.3 应力验算193.4 反力计算234计算结论24H* POitCS I HiMXOAl/OvilPO1T -PROCISSORDEFORMED SHAPEz方x-om-0.00M *cooNODE-1YOIR-0X)00*X)0NODE-1Z-Om*)j04M002NODE* 102COMB.- 3Q46CPO2NOO- 102 原就4.136e*lPo.tCS cbi,ai 0X)006*000NCOS-1V *o m - 0 QOCNK eooNODE-Xz-0m*1.2tui002NOOE- 102COMB. 1.251-OO2NOO- 102Me-lXX)7EO02P
14、otCS CBalli WCCfi*MAX 0 IMtN i 103文件iMQi mm日蜩,01/08/2083MXDAS/Ovd图3-25不均匀温度效应下加劲梁挠度(-0.125m)3. 2. 5不均匀沉降作用THPostCSSMall:二筹MAX i 9MIN : 18工与;尹亍与逮各吃董炉NMm人2 三期:01/06/2013表笊一左Z: 0.000图3-26不均匀沉降下主缆最大应力(IMPa)H PostcsPOST-PROCESSORDEFORMED SHAPEx-oiR-o.oooe*8466 *001 NODE=3SCOMB.= 8.741 *001 NODE-3S系O1.457
15、E-HW2PostCSSMall:泛 AMAX t 1MIN ; 35又斗:雪与逑Mt:最MO: mm三 4: 01/03/2013表在方*X: 0X)00 AZ: 0X)00图3-27不均匀沉降下加劲梁最大挠度(-0.086m)3.3 应力验算从3.2节分析可知,对结构受力起主要影响的为恒载、人群荷载、风荷载, 三种荷载进行标准组合,验算主缆、吊索、加劲梁受力。3.3.1 主缆验算主缆应力(edw)-R冏图3-28荷载标准组合下主缆最大应力荷载标准组合下主缆最大拉应力为239Mpa,位于主跨塔顶切点,对应缆力 为1900kN。主缆为19根直径30mm、破断力为535kN的钢丝绳,求得安全系数
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