缆索承重桥梁之斜拉桥设计计算及实例分析

1、缆索承重桥梁之斜拉桥设计计算及实例分析一、斜拉桥静力分析 (整体分析、局部分析、稳定分析及施工理论计算等)二、斜拉桥动力分析 （风振分析和地震分析等）斜拉桥的设计与计算 斜拉桥的结构体系及受力特点 斜拉桥计算方法概述 斜拉索的结构特性索垂度效应 平面杆系有限元法（直接刚度法）计算斜拉桥内力和变形 斜拉桥的恒载计算（施工理论计算） 斜拉桥的活载内力分析 斜拉桥的温度内力计算和考虑收缩徐变影响的内力计算 斜拉桥的稳定性及局部应力第一节 斜拉桥的静力分析徐变是混凝土应力不变的情况下，其应变随时间而增长的现象。 考虑收缩徐变影响 徐变大小与混凝土的加载龄期、材料组成、结构所处周围环境、持荷时间等因素有

2、关。计算徐变内力重分布的方法很多，这里简要介绍换算弹性模量法。 7) 斜拉桥的温度内力计算和考虑收缩徐变影响的恒载内力计算(续)受到持续应力作用后，混凝土的应变可表示为：为加载龄期系数若近似按老化理论计算:改写成：考虑收缩徐变影响_换算弹性模量法7) 斜拉桥的温度内力计算和考虑收缩徐变影响的恒载内力计算(续)于是： 将塔柱和主梁单元刚度矩阵中的弹性模量E改为 ，就可以计算 , 时间内应力增量产生的徐变。成为换算弹性模量。8) 斜拉桥的稳定性及局部应力稳定性斜拉桥平面稳定塔墩面内、面外稳定塔柱及箱梁在横向荷载作用下的弯压稳定计算 锚下局部应力计算:先进行整体分析，然后按圣维南假定，取出局部进行局

3、部应力分析主梁及塔柱、索锚固区的局部应力斜拉桥的稳定性三、斜拉桥实例介绍1）山东济南黄河斜拉桥 此桥在济南市北郊跨越黄河，全长2022.4米，混凝土斜拉桥跨径布置为：40+94+220+94+40米，五跨连续混凝土箱梁。 主桥分跨及构造型式 每个索塔在一个平面内拉索为11根，全桥共44+2对拉索。索距8米,高强钢丝平行编制成束，每根拉索由4-8束组成。桥塔为塔墩固结门式构造，设三道横梁。 纵向A型塔，能很好的抵抗不平衡弯矩等。主梁为双箱梁，之间用横隔梁联系。采用冷铸镦头锚。施工方法及恒载内力计算 索塔采用支架逐段现浇。主梁采用悬臂浇注，每段长度4米。墩顶段采用支架现浇，副孔部分采用搭设临时支架

4、现浇。施工工况见表2-5-1所列。采用一次张拉索力，以后不在调索。徐变次内力在合拢前很小，因此，仅针对合拢后予以计算。活载及其它影响 活载内力及挠度计算采用平面杆系有限元计算，空间影响采用横向分布系数予以考虑。温度影响计算了四种情况：体系温差20、梁上下缘温差5、塔日照温差5、索梁温差10。各工况内力见右图。2）法国伯劳东纳大桥（143.5+320+143.5） 法国鲁昂市附近的塞纳河上，建成于1977年，双塔空心独柱，混凝土箱梁。 主桥构造型式 主梁为腹板倾斜的单箱梁，按3米间距设置一对斜撑，连接在顶、底板两端，斜撑内设置轴向预应力筋。 3）重庆大佛寺长江大桥 双塔双索面飘浮体系预应力砼斜拉

5、桥，全桥长1176米，主桥为198m+450m+198m 三跨连续双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，该桥主梁施工方法是分段悬臂现浇，主梁、横梁和桥道板3者整体现浇，待达到设计强度后再对横梁施加预应力。塔高206.68米。4）法国诺曼底大桥 该桥跨越塞纳河，全长2141米，主跨856米。主孔中部钢箱梁，其余皆为混凝土梁。桥梁总体布置和梁体横断面桥塔形状和斜索分布斜索锚固细节施工步骤定义：悬索桥也叫吊桥，是以悬索（大缆）为主要承重结构,与桥塔、吊杆、锚锭和桥面结构（加劲梁）组成的缆索承重桥，悬索承受拉力,现在主要由高强钢丝制成，是目前跨越能力最大的桥梁结构型式。 悬 索 桥 (Suspension B

6、ridge) 结构构件 加劲梁/桁架 主缆 主塔吊杆 锚碇 公元 651706 A.D.1974 19811998193119641998182618831931 1067m 乔治华盛顿桥1937 1280m 金门大桥1964 1298m Verazzano英国MENAI 176m，1826年中国泸定桥 110m，1706年Brooklyn 486米，1883年Severn bridge 1974，988mHumber bridge 1981，1410m Greatbelt bridge 1998,1624 m明石海峡大桥 日本1991m,1999 我国跨海峡桥Messina bridge 3

7、300m安澜桥 、珠浦桥秦朝 , 61m缆索承重桥梁悬索桥的发展 悬索桥的起源可以追溯到很久以前，世界公认悬索桥最早出现在中国，公元前3世纪四川已有竹索桥，公元前2世纪，陕西已有铸铁修建的铁索桥。 铸铁悬索桥起源于东方，16世纪出现于欧洲，发展于18世纪。缆索承重桥梁悬索桥的发展卢定桥 四川 1705, 104m 缆索承重桥梁悬索桥的发展MENAI 悬索桥 176米，1826年，英国缆索承重桥梁悬索桥的发展CLIFTON 悬索桥 214米，1864年，英国缆索承重桥梁悬索桥的发展BROOKLYN 桥 286+486+286米，1883年缆索承重桥梁悬索桥的发展GEORGE_WASHINGTON

8、_BRIDGE，1067m, 1931缆索承重桥梁悬索桥的发展美国金门大桥美国金门大桥Golden Gate Bridge1937年，1280米，主缆直径0.93米塔可马桥 美国 主跨 853 米 旧桥宽：11.9m，梁高：2.44m; 新桥宽：18.3m，梁高：10.06mVerazzano 1298米，1964年， 美国 Severn Bridge, Wales, first suspension bridge of the modern type, 988m, 1966Firth of Forth Road Bridge ,1964408.4+1005.8+408.4缆索承重桥梁悬索桥的

9、发展HUMBER_BRIDGE1981，1410米缆索承重桥梁悬索桥的发展 Greatbelt Bridge (East Bridge 1998) span=1624 m缆索承重桥梁悬索桥的发展明石海峡大桥 日本 缆索承重桥梁悬索桥的发展缆索承重桥梁悬索桥的发展1Akashi-Kaikyo1991Kobe-Naruto,Japan19982Xihoumen1650Zhoushan Island,China20083Great Belt East1624Korsor,Denmark19984Runyang South1490Zhenjiang,China20055Humber1410Kingst

10、on-upon-Hull,UK19816Jiangyin1385Jiangsu,china19997Tsing Ma1377Hong Kong,China19978Verrazano-Narrows1298New York,USA19649Golden Gate1280San Francisco, CA, USA193710Yangluo1280Wuhan, China 200711Hga Kusten1210Kramfors, Sweden199712Mackinac1158 Mackinaw City, MI, USA195713Minami Bisan-seto1100Kojima-Sa

11、kaide, Japan198814Fatih Sultan Mehmet1090 Istanbul, Turkey198815Bosporus1074 Istanbul, Turkey197316George Washington1067New York, NY, USA193117Kurushima-31030 Onomichi-Imabari, Japan199918Kurushima-21020 Onomichi-Imabari, Japan199919Ponte 25 de Abril1013Lisbon, Portugal 196620Forth Road1006Edinburgh

12、,UK1964世界大跨径悬索桥一览表世界悬索桥现状总结美国流派悬索桥（出现较早，技术成熟）（1）主缆采用AS法架设；（2）加劲梁采用非连续的钢桁梁，适应双层桥面，并在桥塔处设有伸缩缝；（3）桥塔采用铆接或者栓接钢结构；（4）吊索采用竖直的4股骑跨式；（5）索夹分为左右两半，在其上下采用水平高强螺栓紧固；（6）鞍座采用大型铸钢件；（7）桥面板采用RC构件。缆索承重桥梁悬索桥的发展英国流派悬索桥（出现较晚）（1）采用流线型扁平钢箱梁作为加劲梁；（2）早期采用铰接斜吊索，经塞文桥、博斯普鲁斯一桥以及恒伯尔桥的实践之后，在博斯普鲁斯二桥中改回为竖直吊索；（3）索夹分为上下两半，在其两侧采用垂直于主缆的

13、高强螺栓紧固；（4）桥塔采用焊接钢结构或者钢筋混凝土结构；（5）钢桥面板采用沥青混合料铺装。世界悬索桥现状总结（续）缆索承重桥梁悬索桥的发展世界悬索桥现状总结（续）日本流派悬索桥（1）采用预制平行钢丝索股架设主缆，简称PWS法；（2）加劲梁主要沿袭美国流派的钢桁梁形式，但近年来对于非双层桥面的加劲梁也开始采用流线型扁平钢箱梁；（3）桥塔主要采用焊接钢结构；（4）吊索沿袭美国流派的竖直4股骑跨式；（5）鞍座采用铸焊混合方式；（6）采用钢桥面板沥青混合料铺装桥面；（7）主缆索股与锚碇内钢构架采用预应力工艺锚固。缆索承重桥梁悬索桥的发展重庆朝阳桥21.6+186+21.6 m 1969 年 我国悬索

14、桥的发展和现状西藏拉萨达孜桥 500 米，1984 年缆索承重桥梁悬索桥的发展福建泰宁金湖桥 284米 ，1989 年四川奉节梅溪桥 205米 ，1990 年大连市北桥48+132+48米 ，1987 年缆索承重桥梁悬索桥的发展汕头海湾大桥 ，1995.12 4x25+154+452+154+4x25米缆索承重桥梁悬索桥的发展西陵长江桥 900m 1996虎门大桥888米 ，1997.6 缆索承重桥梁悬索桥的发展青马大桥129.5+1377+4x72米，1997 江阴大桥1385米 ，1999.10 猎德大桥（自锚式悬索桥）润扬大桥 1490米 2005缆索承重桥梁悬索桥的发展我国悬索桥（建成

15、和在建，12座，L1000m）缆索承重桥梁悬索桥的发展面临技术挑战： 设计和计算分析理论如抗风、抗震、非线性；深水基础250-450m；缆索新材料（碳纤维等）；新施工技术等。展望21世纪的新一代悬索桥： 21世纪在全球范围内需要修建跨海峡通道目前已知有：1）意大利跨墨西拿海峡通道；2）西班牙与摩洛哥之间跨直布罗陀海峡通道；3）日本的跨津轻海峡通道；4）我国跨琼州海峡通道。 因此研究3000m级以上的特大跨度悬索桥是21世纪新一代悬索桥急待进行的工作。缆索承重桥梁悬索桥的发展意大利 mesina 跨海峡桥 缆索承重桥梁悬索桥的发展意大利Messina大桥设计Messina大桥截面设计直布罗陀海峡桥水深达250-800m, 规划跨径2000-5000m缆索承重桥梁悬索桥的发展跨越直布罗陀海峡的桥梁设计方案桥梁是怎样做成的Location: Strait of Gibraltar. Links Spain and Morocco.Length: 9 miles, two spans of 4 1/2 miles eachHeight: Each