公铁两用江山大桥工程毕业设计斜拉桥设计

XX大学毕业设计(论文)PAGE73目录HYPERLINK\l"_Toc138076368"第一章绪论4HYPERLINK\l"_Toc138076369"第一节工程概况4HYPERLINK\l"_Toc138076370"第二节技术指标4HYPERLINK\l"_Toc138076371"一、公路正桥主要技术指标4HYPERLINK\l"_Toc138076372"二、铁路正桥主要技术指标4HYPERLINK\l"_Toc138076373"第三节斜拉桥方案5HYPERLINK\l"_Toc138076374"一、斜拉桥概况5HYPERLINK\l"_Toc138076375"二、主桁5HYPERLINK\l"_Toc138076376"三、铁路桥面系5HYPERLINK\l"_Toc138076377"四、公路桥面系5HYPERLINK\l"_Toc138076378"五、主塔5HYPERLINK\l"_Toc138076379"第二章斜拉桥主桁模型建立6HYPERLINK\l"_Toc138076380"第一节建模思路7HYPERLINK\l"_Toc138076381"第二节建模过程7HYPERLINK\l"_Toc138076382"一、节点编号7HYPERLINK\l"_Toc138076383"二、节点自由度7HYPERLINK\l"_Toc138076384"三、同位移约束7HYPERLINK\l"_Toc138076385"四、杆件单元9HYPERLINK\l"_Toc138076386"第三章恒载及活载荷载计算12HYPERLINK\l"_Toc138076387"第一节计算思路12HYPERLINK\l"_Toc138076388"第二节公路恒载12HYPERLINK\l"_Toc138076389"一、正交异性板处12HYPERLINK\l"_Toc138076390"二、混凝土结合板13HYPERLINK\l"_Toc138076391"三、交接处节点13HYPERLINK\l"_Toc138076392"第三节铁路自重荷载计算14HYPERLINK\l"_Toc138076393"一、一级干线铁路自重荷载计算14HYPERLINK\l"_Toc138076395"二、客运专线铁路自重荷载计算14HYPERLINK\l"_Toc138076397"三、转化为节点荷载15HYPERLINK\l"_Toc138076398"第四节活载荷载计算15HYPERLINK\l"_Toc138076399"一、公路活载15HYPERLINK\l"_Toc138076400"二、铁路活载16HYPERLINK\l"_Toc138076401"第四章斜拉索初张力确定18HYPERLINK\l"_Toc138076402"第一节拉索初张力确定思路18HYPERLINK\l"_Toc138076403"第二节拉索初张力确定18HYPERLINK\l"_Toc138076404"一、恒载索力18HYPERLINK\l"_Toc138076405"二、活载索力20HYPERLINK\l"_Toc138076406"三、拉索初张力23HYPERLINK\l"_Toc138076408"第五章斜拉桥结构内力分析25HYPERLINK\l"_Toc138076409"第一节恒载内力25HYPERLINK\l"_Toc138076410"一、确定控制断面25HYPERLINK\l"_Toc138076411"二、恒载作用下跨中断面内力25HYPERLINK\l"_Toc138076413"三、恒载作用下支座处断面内力26HYPERLINK\l"_Toc138076415"第二节公路桥面横向分布系数计算26HYPERLINK\l"_Toc138076416"一、汽车荷载横向分布计算26HYPERLINK\l"_Toc138076417"二、求弹性支承的刚度系数26HYPERLINK\l"_Toc138076418"三、建立横梁模型27HYPERLINK\l"_Toc138076419"四、用移动荷载法求影响线27HYPERLINK\l"_Toc138076420"五、确定最不利桁架28HYPERLINK\l"_Toc138076421"六、求中桁的横向分布系数28HYPERLINK\l"_Toc138076422"第三节公路桥面横向分布系数计算29HYPERLINK\l"_Toc138076423"一、计算方法29HYPERLINK\l"_Toc138076425"二、求横向分布系数29HYPERLINK\l"_Toc138076426"三、确定最不利桁架30HYPERLINK\l"_Toc138076427"第四节活载内力分析31HYPERLINK\l"_Toc138076428"一、分析思路31HYPERLINK\l"_Toc138076429"二、求汽车活载下的内力31HYPERLINK\l"_Toc138076430"三、求列车活载下的内力32HYPERLINK\l"_Toc138076431"第六章结构验算34HYPERLINK\l"_Toc138076432"第一节内力检算34HYPERLINK\l"_Toc138076433"一、上弦杆件检算34HYPERLINK\l"_Toc138076434"二、下弦杆件检算35HYPERLINK\l"_Toc138076435"第二节疲劳检算36HYPERLINK\l"_Toc138076436"一、上弦杆件21单元疲劳检算36HYPERLINK\l"_Toc138076437"二、下弦杆件117单元疲劳检算37HYPERLINK\l"_Toc138076438"第三节刚度检算38HYPERLINK\l"_Toc138076439"一、中桁上弦控制节点（40）的垂直挠度值38HYPERLINK\l"_Toc138076440"二、中桁下弦控制节点（119）的垂直挠度值38HYPERLINK\l"_Toc138076441"三、刚度检算38HYPERLINK\l"_Toc138076442"第七章性能评价39HYPERLINK\l"_Toc138076443"一、恒载内力39HYPERLINK\l"_Toc138076444"二、活载内力39HYPERLINK\l"_Toc138076445"三、结构刚度39HYPERLINK\l"_Toc138076446"四、不妥之处39HYPERLINK\l"_Toc138076447"结束语40HYPERLINK\l"_Toc138076447"致谢41HYPERLINK\l"_Toc138076448"参考文献42HYPERLINK\l"_Toc138076447"附录43１．英文文献及翻译２．斜拉桥总图３．主桁杆件截面图４．斜拉桥主塔图第一章绪论第一节工程概况这个公铁两用江山大桥位于火星江山二桥下游9.5km处的这个分汊河段上，北岸为江岸区谌家矶，南岸为青山区建十路，大桥横越江山，连通太阳，土星两镇。火星这个公铁两用江山大桥正桥全长4657.1米，在这个银河公路，铁路合建；在水星公路，铁路平行对抗布置且两桥中心线相距40米，公路桥位于铁路桥上游。由太阳按岸向土星岸跨孔布置4孔40.7米箱梁+（54.2+2×80+54.2）米连续梁+62孔40.7米箱梁+（98+196+504+196+98）米钢桁斜拉桥+15孔40.7米箱梁。40.7米箱梁铁路为简支架，公路为连续梁。公铁合建段长2842.1米，上层为公路桥面，下层为铁路桥面。分建段长1815米。铁路四线，其中下游两侧两线为I级干线，上游两线为客运专线；公路六车道，全宽为27米。第二节技术指标一、公路正桥主要技术指标（1）道路等级：按城市快速路标准设计。（2）设计行车速度：80km/h（3）设计车道：双向六车道，行车道宽度3×3.75（单向）（4）桥面宽度：27m（5）设计荷载：公路－Ｉ级（6）最大纵坡：≤4%（7）桥面横坡：2%（8）设计风速：按百年一遇控制设计。二、铁路正桥主要技术指标（1）线路等级：客运专线，I级；（2）正线数目：客运专线双线及I级铁路双线；（3）正线相距：客运专线5米，I级线4.2米，客运专线与I级线相距8.6米；（4）牵引种类：电力前牵引；（5）设计行车速度：货车按I级铁路速度标准，客运专线200km/h以上，按250km/h作动力仿真设计；（6）设计活载：客运专线采用“zk活载”，I级铁路采用“中－活载”。第三节斜拉桥方案一、斜拉桥概况斜拉桥体系：天兴斜拉桥主设计为98+196+504+196+98m双塔三索面斜拉桥，上层为6车道公路，下层为4线铁路。斜拉桥主梁伟板桁结合钢桁梁，。桁宽30m,桁高15.2m,节间长度14m，斜拉桥下端锚固于主桁上弦节点。在斜拉桥98m锚跨及相邻边跨5个节间（70m）段，上弦杆顶面与混凝土桥面板通过剪力钉相结合，其余与正交异性钢桥面板结合为一体。二、主桁斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，N行桁架，三片主桁，三片主桁间距15m，总桁宽30米，桁高15.2米，节间长度14米。主桁采用焊接整体节点结构形式，最大板厚50毫米，材质Q370qE。主桁弦杆均采用箱形截面，杆件内宽1300毫米，下弦杆面1300×1740毫米，每块竖板设两道纵向加劲肋，水平板设一道加劲肋，下弦杆长14米。上弦杆中，边桁采用不同的断面尺寸，边桁为1300×1300毫米，横坡由混凝土结合板形成；主桁在边桁处降低300毫米，中桁处降低560毫米，保证混凝土桥面板顶面与正交异性板顶面平齐。竖杆均采用“H”形截面，杆件高度900～1300毫米，斜杆采用箱形或“H”形截面。三、铁路桥面系铁路桥面系采用纵横梁体系，道碴桥面。铁路纵梁为“工”形截面，高1700毫米，翼缘420×24毫米，腹板厚14毫米，上翼缘焊有剪力钉与混凝土道碴板相连。每线铁路下设两片纵梁，间距2米。铁路横梁为“工”形截面，高2700毫米，翼缘760×40毫米，腹板厚24毫米，重量约16吨。道碴槽板厚25厘米，板面设2%横坡，两侧设1米高档碴板。一级干线桥面板宽9米，两线线间距4.2米，靠中桁一线的线路中心线距中桁中心线4.175米；客运专线面板宽9.8米，两线线间距5米，靠中桁一线的线路中心线距中桁中心线4.425米。道碴槽板横向分两块制造，接缝位于两线路之间中心处，在每个铁路横梁顶处道碴槽板断开设工作缝。道碴槽板的分块长度为节间长度约14米，每块重量约45吨。四、公路桥面系公路桥面系分两种，中部是钢正交异性办桥面，两端为混凝土结合板桥面，分界线位于辅助墩靠中跨侧5个节间（70米）处，中部正交异性板桥面长756米，两端混凝土结合板桥面各长168米。１．正交异性板：面板板厚14毫米，面板下设槽形闭口肋，间距620毫米，闭口肋高280毫米，板厚8毫米；每半幅（15米宽）设四道纵梁，纵梁高1330～1558毫米，腹板厚12毫米，下翼缘420×28毫米，腹板上端与面板焊接；沿桥纵向每个节间设5道横肋，间距约2800毫米，高800～1060毫米，腹板后12毫米，下翼缘截面300X16毫米；仅在上弦节点处设一道“工”形横梁，横梁下翼缘与桁架式横梁相联，横梁高度1300～1560毫米，腹板厚14毫米，下翼缘截面460X280毫米。为保证焊接质量并减少每个拼缝40个槽形闭口肋的工地调整、焊接量，尽量减少桥面板的分块，桥面板与公路横梁焊为一体出厂，桥面板板宽13米，长14米，单块重量约65吨。安装时钢桥面板四片纵梁的竖腹板和下翼缘与公路横梁以高强度螺栓相连。２．混凝土结合板：混凝土结合板边桁处厚30厘米，中桁处厚约57厘米，板底面水平，顶面与钢桥面板顶面齐平形成2％横坡，桥面板下设四片公路纵梁，设置位置与正交异性板的纵梁相同，纵梁高1600毫米，腹板厚12毫米，翼缘420X20毫米，上翼缘分组设置剪力钉，每组四个，每组间距780毫米，预制桥面板在剪力钉处开孔27X32厘米；仅在上弦节点处设一道“工”形横梁，横梁下翼缘与桁架式横联相连，横梁高度1000毫米，腹板厚14毫米，上下翼缘截面460X20毫米，上翼缘设剪力钉于桥面板结合。公路横梁以高强度螺栓与朱桁上弦杆相连，公路纵梁以高强度螺栓与公路横梁相连。桥面板每幅桥（15米宽）每个节间分四块预制，在公路纵梁剪力钉群处开27X32厘米空让剪力钉群插入，预制板宽6600毫米，长6520毫米，重量约45吨。上弦杆顶面和公路横梁顶面为微膨胀混凝土现浇段。３．钢桥面板－混凝土桥面板结合段：钢混结合点暂定于上弦节点处，节点处靠混凝土板侧上水平板降低300毫米，设置剪力钉，灌注混凝土，并加设预应力粗钢筋；该处公路横梁为适应钢梁与混凝土板的衔接，腹板一侧灌注混凝土，另一侧设预正交异性板纵肋相对应的结构。五、主塔主塔采用C50混凝土，倒Y形结构，承台以上高度188.5米；上塔柱截面为12.2米（顺桥向）×9米（横桥向），空心矩形截面，设三个锚室，壁厚0.8～1.5米，斜拉桥索钢锚梁锚固。下塔柱为18.0×10.0米的空心矩形截面。塔柱采用滑模或爬模施工。第二章斜拉桥主桁模型建立第一节建模思路该桥为半漂浮体系，建模主要考虑索、塔、主桁的关系，采用SAP90程序，把主桁结构离散为杆系结构，对每个节点依次编号，把每个杆件看作一个单元。考虑到杆件之间的连接是螺栓连接，结点整体性较好，故建模中杆件均按梁单元，单元连接按刚结。第二节建模过程一、节点编号（一）将主桁纵向定为X轴，主桁横向定为Y轴，沿塔的方向为Z轴。中桁上弦从左到右为X轴正方向，节点编号为1－79，下弦为80－158，边桁1的上弦节点编号为159－237，下弦为238－316，边桁2的上弦节点编号为317－395，下弦为396－474。其中1号节点坐标为0，0，0。边桁1的Y坐标值为正，下弦Z坐标值为负。主桁总共有939个单元。（见图2—1）（二）主塔编号：将塔上的三排索简化为中间一排，将索孔作为节点进行编号，左塔索孔编号为475－490，左塔索孔编号为555－570．将每根斜腿划分为30个单元，左塔前斜腿编号为493－523，左塔后斜腿编号为524－554，右塔前斜腿编号为573－603，右塔后斜腿编号为604－634．其中493和524是同一节点的不同编号，573和604也是同一节点的不同编号．主塔的每根横梁被划分为8个单元，左塔横梁为635－641，左塔横梁为642－648．主塔总共有164个单元。（三）斜拉索编号：将每根斜拉索作为一个单元．把主桁的节点号和索孔编号作为斜拉索的节点号。斜拉索总共有192个单元。二、节点自由度（一）辅助墩支撑处的节点80、87、151、158、238、245、309、316、396、403、467、474只有Y方向位移约束，其余位移分量均为自由。（二）主塔底部的四个节点523、554、603、634被看为固定支座，六个位移分量均为约束。（三）处以上节点外，其余节点六个位移分量均为自由。三、同位移约束（一）节点493和524是左塔两根斜腿交接处同一节点的不同编号，被定义为同位移约束。节点573和604是右塔两根斜腿交接处同一节点的不同编号，也被定义为同位移约束。（二）左塔横梁与主桁下弦接触的节点635和259、638和101、641和417、645和137、642和295、648和453分别被定义为同位移约束四、杆件单元（一）该模型单元截面特性数共有68种。其中1－21为主桁上下弦、斜杆、竖杆的单元截面特性标识号，22－25为主桁横梁的单元截面特性标识号。索孔处的单元按等截面计算，截面特性标识号为26。斜腿处的单元按变截面计算，且为线性变化，截面特性标识号为27－58。59－66为斜拉索的单元截面特性标识号。横梁的单元截面特性简化为两种，靠近斜腿的单元截面特性标识号为68，中间的单元截面特性标识号为67。截面形状见表2—1。（二）斜拉索的单元截面特性只考虑弹性模量，不考虑扭转模量和惯性矩。斜拉索为钢绞线有2147、2537、2837、3377、3797、4097、4217、4517共８种，面积A见数据文件，弹性模量E=1.95MPa，=1470MPa。主桁的材质为Q370qE,弹性模量E=2.10MPa,扭转模量G=0.808MPa.。主塔采用C50混凝土，弹性模量E=0.345MPa,扭转模量G=0.138MPa.钢的重度为78.5kN/,混凝土的重度为26.5kN/。（三）求截面特性数据：主桁上下弦、斜杆、竖杆、主桁横梁、斜腿的单元截面特性如面积、惯性矩用CAD求得，具体数值见表2—1。表2—1杆件截面特性截面特性号截面形状截面面积A(㎡))扭转惯量J（）惯性矩()惯性矩()10.16930.04150.02590.040320.20380.07620.05520.059730.18730.06720.04880.054040.15710.05810.04240.046550.14660.05390.03580.039860.22260.10550.08420.068670.19550.08810.07410.060780.17170.07630.06420.0529续上表90.15900.07030.06160.0472100.34830.14810.15030.1010110.33430.13460.14060.1009120.29760.12850.12780.0914130.25690.11500.11510.0827140.21860.10150.09940.0716150.18860.08800.08680.0631160.20120.05830.02880.0487170.10410.000027740.00440.0308180.11690.04410.02270.0368190.09220.000028870.00390.0276200.07940.000021110.00180.0224210.07400.000014420.00160.0204220.12560.000028870.09640.0029230.04400.000007790.01270.0005240.04760.000008820.01910.0005250.03180.000003340.00550.00032657.3000986.42122590.22322790.118772737.3940429.09766230.86566416.945222838.0180446.15444236.02199444.50488续上表2938.6420463.31666241.17822473.159443039.2660480.57899246.33455502.926883139.8900497.93666251.49099533.825113240.5140515.38533256.64722565.872223341.1380532.92077261.80355599.086113441.7620550.53899266.95988633.484883542.3860568.23633272.11611669.086333643.0100586.00933277.27255705.908443743.6340603.85477282.42888743.969333844.2580621.76933287.58511783.286883944.8820639.75033292.74144823.878994045.5060657.79788297.89777865.763774146.1300675.90033303.05411908.959004246.7540694.06433308.21044953.482884347.3780712.28455313.36677999.353224448.0020730.55866318.523001046.60004548.6260748.88466323.679331095.90004649.2500767.26044328.835771145.20004749.8740785.68433333.992001196.70004873.80101692.19445771.112332246.80004974.30111737.42779794.113112283.20005074.80131782.66112817.113992319.60005175.30141827.89446840.114772356.00005275.80161873.12779863.115442392.40005376.30171918.36113886.116222428.80005476.80181963.59446911.929772466.96005577.30202008.82880936.269772505.12005677.80212054.06113961.346552543.28005778.30232099.29447986.423222581.4400续上表5878.80242144.528801011.50002619.6000590.00820.00000.00000.0000600.00970.00000.00000.0000610.01090.00000.00000.0000620.01270.00000.00000.0000630.01460.00000.00000.0000640.01580.00000.00000.0000650.01620.00000.00000.0000660.01740.00000.00000.000067112.004697.72880597.33333,1829.3333368133.005109.328801000.270082172.33333（四）定义三轴：主桁上下弦、斜杆、竖杆、主桁横梁的2轴平行于整体坐标Y轴，3轴平行于整体坐标Z轴，斜杆的3轴平行于整体坐标Z轴；主塔的索孔单元的3轴平行于整体坐标Z轴，斜腿部分单元和横梁单元的3轴均平行于整体坐标X轴；中桁的索单元3轴平行于整体坐标Y轴，边桁１的索单元用节点475，180定义向量，边桁１的索单元用节点475，338定义向量。第三章恒载及活载荷载计算第一节计算思路考虑公路纵梁、桥面板、铁路纵梁、道碴槽板重、道碴、钢轨的重量，根据恒载传递路径将这些作用力转化为节点力施加到主桁的节点上。忽略了横向连接系和人行道的重量。活载也按结点集中荷载考虑。第二节公路恒载将公路桥面重量按施加于主桁（上弦）的结点荷载施加，荷载大小计算如下。一、正交异性板处荷载大小计算如表3—1表3—1正交异性板处恒载计算恒载作用位置荷载大小计算（kkN）合计（kN）桥面板0.014×133.2×144×78.55=203..0952578.727闭口肋0.28×3×00.008××20×788.5纵梁(0.012×2..91×2++0.42××0.0288×4)×114×78..5=1288.45111横肋(0.012×1..2×5+00.3×0..016×55)×13..2×78..5=99..4752２．节点荷载大小如表3—2表3—2正交异性板处节点荷载作用位置节点号集中力（kN）中桁上弦14--66-578.727边桁１上弦172—224－289.364边桁２上弦330—382－289.364二、混凝土结合板１．荷载大小计算如表3—3表3—3混凝土结合板处恒载计算恒载作用位置荷载大小计算（kkN）合计（kN）桥面板45×4×9.88=176442681.8855纵梁(1.6×0.122+0.422×0.022×2)×44×14×778.5=9917.8885２．节点荷载大小如表3—4表3—4混凝土结合板处节点荷载作用位置节点号集中力（kN）中桁上弦2—12,68——78-2681.8855边桁１上弦160—1700,2266—236－1340.9422边桁２上弦318—3288,3844—394－1340.9422三、交接处节点节点荷载大小如表3—5表3—5交接处节点荷载作用位置节点号集中力（kN）中桁上弦1，79-1340.9442中桁上弦13,67-1589.4339边桁1上弦159,2377-670.4711边桁1上弦171,,2255-794.7199边桁2上弦317,,3955-670.4711边桁2上弦329,,3833-794.7199第三节铁路自重荷载计算一、一级干线铁路自重荷载计算如表3—6表3—6一级干线铁路自重荷载计算恒载作用位置荷载大小计算（kkN）合计（kN）道碴槽板45×9.8=44412796.0188道碴9.0×4.5××14×211=13233纵梁(0.42×0.224×2+11.4×0..014×44)×14××78.5××4=9900.858钢轨75×9.8×114×4×00.001==41.1660二、客运专线铁路自重荷载计算如表3—7表3—7客运专线铁路自重荷载计算恒载作用位置荷载大小计算（kkN）合计（kN）道碴槽板45×9.8=44412913.6188道碴9.8×4.5××14×211=14400.6纵梁(0.42×0.224×2+11.4×0..014×44)×14××78.5××4=9900.858钢轨75×9.8×114×4×00.001==41.1660三、转化为节点荷载计算结果见表3—8表3—8转化后的节点荷载值作用位置节点号集中力（kN）边桁１下弦238,3116-699.0055245,2499，305,309-2224.8884246—248，306—308-3051.7559250—304，310—315，239—244-1389.0009边桁２下弦396,4744-728.4055403,4077，463,467-2283.6884397—402，408—462，468—473-1456.8009404—406，464—466-3110.5559中桁下弦80,158-1427.400987,91，1147,1151-4508.56681—86，922—146，152—157-2854.811888—90，1448—150-6162.3118第四节活载荷载计算一、公路活载：（一）按照《公路桥涵设计通用规范》＝10.5kN/m=180kN纵向折减系数：0.96横向折减系数：0.55折减后：q=10.5×3×0.55×0.96=16.632kN/mP=180×3×0.55×0.96=285.12kN将车道荷载的集中力P加到跨中处，其余部位布满均布荷载。（二）转化为节点荷载，见表3—9表3—9节点荷载值作用位置节点号集中力（kN）中桁下弦1,79-116.424440-517.96882—39-232.848841—78-232.8488边桁１上弦159,2377-58.212198-258.9844160—197-116.4244199—236-116.4244边桁２上弦317,3955-58.212356-258.9844318—355-116.4244357—394-116.4244二、铁路活载：（一）把列车活载转化为作用到横梁上的六种集中力：见图4—1图4--1列车活载载转化为集中中力示意图(a)=5772.8577+560==1132..857KNN(b)=2200+665..821=8885.8221KN(c)=648..179+6644=12292.1779KN(d)=6199.893++644=11263.8893KN(e)=5788.107++560=11138.1107KN(f)=5560+5660=11220KN（二）转化为节点点荷载，见表3—9表3—9转化后的节节点荷载作用位置节点号集中力（kN）边桁１下弦238,3116－374.827278－592.910279－758.259277－864.898276－845.966275－761.773239—274，280—315－749.653边桁２下弦396,4744－413.653437－836.804436－654.326435－954.490434－933.560433－840.682397—432，438—473－827.307中桁下弦80,158-1003.522121-1132.8557120-2854.8118119-6162.3118118-2264.8996117-2039.488881—116，1122—157-2007.044第四章斜拉索初张张力确定第一节拉索初张力力确定思路大跨度公铁两用斜斜拉桥拉索的的初张力的确定应以以刚度控制为为依据，以横横载及活载作作用下主跨挠挠度符合规范范要求衡量初初张力的大小小，并最终以以刚度和杆件件内力双重标标准确定最后后初张力。进行多次试算后，最最后取恒载作作用下的索力力和活载作用用下的索力的的一半之和作作为初张力施施加到模型的的斜拉索上。第二节拉索初张张力确定一、恒载索力见下表4—1。表4—1恒载作用下索力值值中桁边桁1边桁2单元号索力（kN）单元号索力（kN）单元号索力（kN）10964474.0811604381.2512244376.6710974438.2311614311.5612254303.8910983937.4411623883.6312263871.4310993886.6911633846.6112273831.231100412211644037.312284027.1811014604.411654414.7412294412.5411024667.8911664415.2212304421.4611034980.0511674684.6612314699.4111044495.4311684231.8212324251.6611054564.2111694305.5712334331.4911063906.3511703679.8612343705.9411073785.411713547.9912353576.0111083116.6911722892.8212362917.3311092706.9111732476.1712372498.0111101773.4411741589.8212381604.09续上表11111041.241175912.591239920.3411123868.7411763733.5612403809.5911134459.5511774311.7212414391.7611144672.1611784521.221242459911155150.8611794984.8912435065.291116542711805249.0112445329.1211175763.3711815567.5212455648.511185576.311825376.9912465451.9811195759.7111835539.3112475613.8111205110.8411844898.5412484962.5111215134.211854898.1112494960.8611224349.1811864125.0312504177.711234183.3411873936.6612513988.0911243523.8111883283.2912523325.9511253175.7511892921.0112532961.211262207.4311901997.5812542029.6211271455.7111911292.2312551319.711283869.1211923733.9312563809.9711294459.8911934312.0512574392.0911304672.4311944521.4812584599.2611315151.0711954985.112595065.511325427.1611965249.1612605329.2611335763.4711975567.6112615648.5911345576.3211985377.011262545211355759.6711995539.2612635613.7611365110.7412004898.4312644962.411375134.0312014897.9312654960.6811384348.9612024124.812664177.4711394183.0512033936.3612673987.79续上表11403523.512043282.9612683325.6311413175.3912052920.6212692960.8211422207.0812061997.2112702029.2511431455.3612071291.8512711319.3211444488.2312084376.3812724371.811454404.8212094306.4512734298.791146392112103880.3412743868.1411473880.1112113845.5612753830.1811484121.112124038.0612764027.9311494607.0312134417.2212774415.0211504672.3512144418.8912784425.1311514985.7812154689.4212794704.1711524500.9612164236.6212804256.4611534569.912174310.7212814336.6411543911.1112183684.312823710.3811553789.8212193552.2212833580.2311563120.1812202896.2112842920.7311572709.8412212479.0612852500.911581775.3512221591.741286160611591042.481223913.881287921.62二、活载索力见下下表4—2。表4—2活载作用下索力值值中桁边桁1边桁2单元号索力（kN）单元号索力（kN）单元号索力（kN）1096777.9211601736.5412241730.510971780.1511611732.9512251722.8310981618.4411621605.1112261589.0210991602.0611631602.2912271582.01续上表11001604.018811641582.5612281569.211011667.2211651612.1512291609.2611021603.3311661522.9812301531.2211031663.6511671556.7712311576.2411041492.7311681380.8412321407.0211051524.3811691395.7412331429.9411061318.2111701192.7212341227.1211071294.6211711154.1112351191.0511081080.891172943.431236975.731109954.341173809.521237838.291110637.591174520.361238539.11111384.971175300.121239310.2611121413.0911761300.9412401402.311131640.111771520.8612411627.6111141728.7411781610.312421714.0311151917.0611791790.3112431897.4811162031.3211801898.8312442005.5411172169.0411812026.7312452134.5211182109.9911821968.3512462068.0811192191.2211832037.9112472136.8911201955.1411841810.1712481895.0711211975.2511851816.7312491899.9311221683.211861534.3512501604.1211231629.9511871467.2812511535.3511241383.6411881226.7812521283.2111251260.4111891094.6912531147.841126890.611190752.891254795.261127605.771191496.51255532.8511281413.0911921300.9412561402.3续上表11291640.111931520.8612571627.6111301728.7411941610.312581714.0311311917.0611951790.3112591897.4811322031.3211961898.8312602005.5411332169.0411972026.7312612134.5211342109.9911981968.3512622068.0811352191.2211992037.9112632136.8911361955.1412001810.1712641895.0711371975.2512011816.7312651899.9311381683.212021534.3512661604.1211391629.9512031467.2812671535.3511401383.6412041226.7812681283.2111411260.4112051094.6912691147.841142890.611206752.891270795.261143605.771207496.51271532.8511441777.9212081736.5412721730.511451780.1512091732.9512731722.8311461618.4412101605.1112741589.0211471602.0612111602.2912751582.0111481604.0812121582.5612761569.211491667.2212131612.1512771609.2611501603.3312141522.9812781531.2211511663.6512151556.7712791576.2411521492.7312161380.8412801407.0211531524.3812171395.7412811429.9411541318.2112181192.7212821227.1211551294.6212191154.1112831191.0511561080.891220943.431284975.731157954.341221809.521285838.29续上表1158637.591222520.361286539.11159384.971223300.121287310.26三、拉索初张力取恒载作用下的索索力和活载作作用下的索力力的一半之和和作为初张力力施加到模型型的斜拉索上上。具体数值值见表4—3。表4—3拉索初张力值中桁边桁1边桁2单元号初张力（kN）单元号初张力（kN）单元号初张力（kN）10964687.7211605249.5212245241.9210974924.009911615178.035512255165.305510985438.0111624686.185512264665.9410995469.555511634647.755512274622.235511005811.875511644828.5812284811.7811015241.795511655220.815512295217.1711025326.411665176.7112305187.0711034565.455511675463.045512315487.5311044432.7111684922.2412324955.1711053657.135511695003.4412335046.4611063184.0811704276.2212344319.511072092.235511714125.045512354171.535511081233.725511723364.535512363405.195511094575.285511732880.9312372917.155511105279.61174185012381873.6411115536.5311751062.6512391075.4711126109.3911764384.0312404510.7411136442.6611775072.1512415205.565511146847.8911785326.3712425456.015511156631.295511795880.045512436014.03续上表11166855.3211806198.425512446331.8911176088.4111816580.885512456715.7611186121.825511826361.165512466486.0211195190.7811836558.265512476682.255511204998.315511845803.625512485910.045511214215.6311855806.475512495910.825511223805.955511864892.205512504979.7611232652.735511874670.312514755.765511241758.595511883896.6812523967.555511254575.665511893468.355512533535.1211265279.9411902374.025512542427.2511275536.811911540.4812551586.125511286109.611924384.412564511.1211296442.8211935072.4812575205.895511306847.9911945326.6312585456.275511316631.315511955880.255512596014.2411326855.2811966198.575512606332.0311336088.3111976580.975512616715.8511346121.655511986361.185512626486.0411355190.5611996558.215512636682.205511364998.025512005803.515512645909.935511374215.3212015806.295512655910.645511383805.595512024891.975512664979.5311392652.38551203467012674755.465511401758.245512043896.3512683967.235511415377.1912053467.965512693534.7411425294.895512062373.655512702426.8811434730.2212071540.112711585.745511444681.1412085244.6512725237.05续上表11454923.1412095172.925512735160.205511465440.6412104682.895512744662.6511475474.015512114646.705512754621.185511485817.605512124829.3412764812.5311495247.325512135223.295512775219.6511505332.0912145180.3812785190.7411514570.215512155467.805512795492.2911524437.1312164927.0412804959.9711533660.625512175008.5912815051.6111543187.0112184280.6612824323.9411552094.145512194129.275512834175.755511561234.965512203367.925512843408.595511574687.7212212883.8212852920.045511584924.009912221851.9212861875.5511595438.0112231063.9412871076.75第五章斜拉桥结构内内力分析第一节恒载内力力一、确定控制断面面以主跨跨中断面和支支座处（主桁桁横梁处）断断面为控制断断面。二、恒载作用下跨跨中断面内力力如表5—1所示表5—1恒载作用下跨中杆杆件轴力和弯弯矩（加初张张力）上弦下弦单元号轴力（kN）弯矩()单元号轴力（kN）弯矩()中桁398006.291894.8911722080.8993320.26404005.001894.8311822080.8993320.24续上表边桁13527512.831055.6843021139.7663196.323537511.571055.6243121139.7773196.31边桁26657467.431074.8074321352.9003252.986667466.171074.7474421352.9003252.97三、恒载作用下支支座处断面内内力如表5—2所示表5—2恒载作用下支座处处杆件轴力和和弯矩（加初初张力）上弦下弦单元号轴力（kN）弯矩()单元号轴力（kN）弯矩()中桁21－3209.09－1499.9299－44918.299－6171.8222－3204.88－1347.62100－19883.933－9195.05边桁1334－5640.75－1340.95412－41868.999－6066.21335－5636.92－1317.76413－17474.611－8414.04边桁2647－4985.40－1422.86725－42346.01－6232.99648－4981.80－1397.63726－18042.099－8985.67第二节公路桥面面横向分布系系数计算一、汽车荷载横向向分布计算计算方法：用弹性性支承法，即即取跨中处的的横梁为连续梁梁，将其与桁桁架的连接简简化为弹性支支承，横梁上上的荷载通过过弹性支承传传到纵梁上。如图5—1图5—1横梁模型计算图示示二、求弹性支承的的刚度系数是边桁1的刚度系系数是中桁的刚刚度系数是边桁2的刚度系系数在斜拉桥的跨中边边桁节点上加加单位力，对对结构进行一一次静力求解解，求得各主桁上上弦结点处的的竖向位移，分分别记为，，；同理在斜斜拉桥的中桁桁上弦结点（40号节点）上加单位力求得在斜拉桥的右侧边桁上弦节点（356号节点）上加单位力求得、、，由静力平衡，可得以、、为未知量的方程组：方程组的系数见下下表5—3表5—3（单位m）12310.00003008930.00001116560.000005523120.00001116560.00001338400.000011165630.00000552310.00001116560.0000300893代入上式得：三、建立横梁模型型横梁与纵梁的交接接处设为一个个节点，整个个横梁设11个节点，被被划为10个单元。横梁在纵梁处设置置弹性支撑，刚刚度为，，。四、用移动荷载法法求影响线见图5—2，图5—3，图5—4。图5—2边桁1横向分布系数影响响线五、确定最不利桁桁架比较中桁桁和边桁的影影响线可知中中桁的横向分分布系数最大大，因此以中中桁为研究象象，对其进行内力分析析。图5—3中桁横向分布系数数影响线图5—4边桁2横向分布系数影响响线六、求中桁的横向向分布系数如图55所示，在桥桥面板上布车车辆荷载，按按照荷载传递递路径，车辆辆荷载通过桥桥面板将作用力传到到纵梁，再由由纵梁传到横横梁。把两纵纵梁间的桥面面板看成简支支跨，求纵梁作用到横梁上的的集中力。图5—5公路桥面上布车辆辆荷载示意图图图5—6横向分布系数计算算图示如图5—66所示：横向分布系数m=×(0.3999+0.5517+0..603+00.695++0.7611+0.8229+0.8893+0..974)××2=5.6671按照《公路桥涵设设计通用规范范》横向折减系数为00.67，纵向折减减系数为0.96，折减后中桁的横向向分布系数：：=5.6771×0.667×0.996=3.6648求得：＝10.55×3.6488=38.3004kN/mm=360×3.6648=13313.288kN第三节公路桥桥面横向分布布系数计算一、计算方法杠杆法，即取跨中中处的横梁为为简支梁，将将其与桁架的的连接简化为为刚性支承，横横梁上的列车车活载通过刚刚性支承传到到桁架上。二、求横向分布系数如图5--7所示：图5—7中桁横向分布系数数计算图示中桁的横向分布系系数：m=0.3772+0.7705+0..721+00.442==2.24如图5--8所示：图5—8边桁1横向分布系数计算算图示边桁1的横向分布系数：：m=0.6228+0.2295=0..924如图5--9所示：图5—9边桁2横向分布系数计算算图示边桁2的横向分布系数：：m=0.278++0.5588=0.8336三、确定最不利桁桁架比较中桁和边桁的的影响线可知知中桁的横向向分布系数最最大，因此以以中桁为研象象。四车道横向折减系系数为0.8设计活载：客运专专线和Ⅰ级铁路采用“中一活载”。第四节活载内力分分析一、分析思路考虑索、塔、中桁桁的关系，..建立中桁模模型，把三片片桁架简化为为中桁的一片片。求出跨中中下弦和支座座上弦的影响响线，直接在在上弦影响线线的同号区内内加汽车活载载，求汽车活活载下的内力力，在下弦影响响线的同号区区内加列车活活载，求列车车活载下的内内力。最后进进行内力组合合，杆件验算。二、求汽车活载下下的内力（一）用移动荷载载法求支座上上弦控制杆件件（21单元）在汽车活载作用用下的影响线线，如图5—10所示：图5—10汽车活载下21单元的影响响线（单位kN×10－2）在影响线的的同号区内加加汽车活载，正交异性板板处主桁横梁梁附近（19节点）的纵坐坐标值最大，将将集中力加到到该节点处，在在2号辅助墩处处（节点9）和跨中（节节点39）之间，右右塔横梁处（节节点39）和3号辅助墩处处（节点73）之间分别布布满均布荷载载，计算求得支座处上弦控制杆杆件（21单元）的内力：轴力：N=52881.23kkN弯矩：M=12665.88（二）用移动荷载载法求跨中下下弦控制杆件件（117单元）在汽汽车活载作用用下的影响线线。如图5—11所示在影响响线的同号区区内加汽车活活载，跨中上上弦（节点40）处的纵坐坐标值最大，将将集中力加到到该节点处，在2号辅助墩和左主塔之间的右半跨（节点16和21之间），图5—11汽车活载载下117单元的影响响线（单位kN×10－2）主跨跨中部分（节节点32和48之间），右塔塔和3号辅助墩之之间的左半跨跨（节点59和64之间）分别布满均均布荷载，计计算求得跨中中处下弦控制制杆件（117单元）的内力：轴力：NN=86199.46kNN弯矩：M=11660.50三、求列车活载下下的内力（一）用移动荷载载法求跨中下下弦控制杆件件（117单元）在列列车活载作用用下的影响线线。如图5—12所示图5—12列车活载下1117单元的影响响线（单位kN×10－2）使用换算荷载，在在主跨跨中部部分（节点111和127之间）布满均均布荷载。把把节点112和127之间的曲线线用三角形代代替。＝0.5L=168m,,查表得K=882.56kkN/m，跨中下弦控制杆件件（117单元）的内力轴力：N=K=882.56×154.0018=122715.772kN。弯矩：M=18661.58(二)用移动荷载法求支支座上弦控制制杆件（21单元）在列列车活载作用用下的影响线线，如图5—13所示：图5—13列车活载下221单元的影响响线（单位kN×10－2）使用换算荷载，在在2号辅助墩和和左塔（节点点88和102）之间，在在主跨的左半半跨部分（节节点102和118之间），右右塔和3号辅助墩（节节点138和150）之间，分分别布满均布布荷载。把节节点之间的曲曲线用三角形形代替。查表得=82.8837kN//m，=82.556kN/m，=82.00kN/m上弦控制杆件（221单元）的内内力轴力：弯矩：M=12882.01第六章结构验算算第一节内力检算对钢桁架结构，内力力一般由支座座处的上弦和和跨中出的下下弦控制。因因此，本文主要对支座处的中中桁上弦杆件件和跨中出的的中桁下弦杆杆件进行内力力检算。一、上弦杆件检算（一）支座处211单元截面面积A＝0..195522㎡惯性矩＝0.07441查《铁路钢桥设计计规范》得Q370qEE容许应力值值＝220MPa（二）计算冲击系系数１．汽车活载载冲击系数查《公路桥涵设计计通用规范》得得：有辅助墩的斜拉桥桥的竖向弯曲曲基频=－主跨跨径(m))==0.2976﹤﹤1.5所以汽车活载冲击击系数=0.05２．列车活载冲击击系数按铁路规范，冲击击系数＝＝＝0.126其中L为影响线加载长度度（三）内力组合１．轴力按照《公路桥涵设设计通用规范范》的承载能能力极限状态态设计，采用用基本组合。恒载和加初索力作作用下支座上弦控控制杆件（21单元）的轴轴力=－3209..09kN汽车活载作用下支支座上弦控制制杆件（21单元）的轴轴力=5281..23kN列车活载作用下支支座上弦控制制杆件（21单元）的轴轴力=8619..46kN==1..1×[1.22×（-32099.09）+1.4××1.05××5281..23+1..126×8619..46]=122539.888kN２．弯矩按照《公路桥桥涵设计通用用规范》的承承载能力极限限状态设计，采采用基本组合合。恒载和加初索力作作用下支座上弦控控制杆件（21单元）的的弯矩=1499..92汽车活载作用下支支座上弦控制制杆件（21单元）的弯矩=12200.700列车活载作用下支支座上弦控制制杆件（21单元）的弯矩=12282.011==1.1×[11.2×14499.922+1.4××1.05××1200..70+1..126×11282.001]=5008.4766３．拉弯组组合MPa＝220MPa 所以支座处上弦控控制杆件（21单元）内力满满足要求。二、下弦杆件检算（一）跨中处下弦弦控制杆件（117单元）截面面积A＝0..3483㎡㎡惯性矩＝0.07441查《铁路钢桥设计计规范》得QQ370qEE容许应力值值＝220MPa（二）计算冲击系系数１．汽车活载载冲击系数查《公路桥涵设计计通用规范》得得：有辅助墩的斜拉桥桥的竖向弯曲曲基频=－主跨跨径(m)==0.2976﹤﹤1.5所以汽车活载冲击击系数=0..05２．列车活载冲击击系数按铁路规范，冲击击系数＝＝＝0.1355其中L为影响线加载长度度（三）内力组合１．轴力按照《公路桥涵设设计通用规范范》的承载能能力极限状态态设计，采用用基本组合。恒载和加初索力作作用下跨中下弦控控制杆件（117单元）的轴轴力=220080.899kN汽车活载作用下跨跨中下弦控制制杆件（117单元）的轴轴力=90887.59kkN列车活载作用下跨跨中下弦控制制杆件（117单元）的轴轴力=127781.7441kN==1..1×(1.2×222080.889+1.44×1.055×90877.59+11.135××127811.741))=599799.4411kN２．弯矩按照《公路桥桥涵设计通用用规范》的承承载能力极限限状态设计，采采用基本组合合。恒载和加初索力作作用下支座上弦控控制杆件（21单元）的弯弯矩=3320..26汽车活载作用下支支座上弦控制制杆件（21单元）的弯弯矩=1100..746列车活载作用下支支座上弦控制制杆件（21单元）的弯弯矩=1861..58==1.1×[11.2×33320.266+1.4××1.05××1100..746+11.126××1861..58]=7698.5548３．拉弯组组合MPa＝220MPa所以支座处下跨中中下弦控制杆杆件（117单元）内力满满足要求。第二节疲劳检检算作用在大跨度钢桥桥上的动荷载载使钢桥结构构中的应力反反复变化，会会使钢桥结构构在应力集中中处或存在缺缺陷处的局部部产生微小裂裂纹并使裂纹纹发生扩展，最最终导致疲劳劳破坏。铁路路桥梁由于活活载所占比例例较大，疲劳劳问题更为突突出。因此，疲疲劳验算在钢钢桥设计中是是不可忽略的的内容，疲劳劳由应力幅控控制。一、上弦杆件21单元元疲劳检算21单元为拉－压循环环以拉为主（－－1﹤﹤0）查《铁路钢桥设计计规范》得疲疲劳检算公式式：上式中：——双线线修正系数，取1.10——损伤修正系数，取取1.0——板厚修正系数，当当板厚t=28㎜﹥25㎜时，==0.977——常幅容许应力幅，查查得＝130.77MPa=117.5333MPa－0.557MPaa计算得：=1..10×1.0××=116..976MPPa=0.97×1330.7=1126.7779M所以上弦杆件211单元疲劳检检算满足要求求。二、下弦杆件117单单元疲劳检算算117单元为拉－－拉循环以拉拉为主（﹥0）查《铁路钢桥设计计规范》得疲疲劳检算公式式：上式中：——双线线修正系数，取1.10——损伤修正系数，取取1.0——板厚修正系数，当当板厚t=40㎜﹥25㎜时，==0.91——常幅容许应力幅，查查得＝130.77MPa=216.2522MPa109.052MMPa计算得：=1..10×1.0××107.22=117.922MPa=0.91×1330.7=1118.9337MPa所以上弦杆件1117单元疲劳劳检算满足要要求。第三节刚度检检算斜拉桥（除了具有有刚性拉杆或或拉板者外）都都属于缆索支支承的柔性结结构，而铁路路桥梁对刚性性的要求较高高，所以铁路路斜拉桥或公公铁两用斜拉拉桥的设计往往往由刚度控控制。主跨跨跨中垂直挠度度值最大，本本文主要利用用该值对其进行行刚度检算。一、中桁上弦控制节点点（40）的垂直挠度度值１．由计算可知：：在恒载和初索力力的作用下上上弦控制节点点（40）的垂直向下挠度值＝0.27772m.２．由计算可知：在汽车活载作用用下上弦控制制节点（40）的垂直向下下挠度值＝0.25009m３．由计算可知：在列车活载作用用下上弦控制制节点（40）的垂直向下下挠度值＝0.40448m４．中桁上弦控制制节点（40）的垂直挠度度值：＝＋＋＝0.9329m二、中桁下弦控制节点点（119）的垂直挠度度值１．由计算可知：：在恒载和初索力力的作用下下下弦控制节点点（119）的垂直向下下挠度值＝0.27992m.２．由计算可知：：在汽车活载作用用下下弦控制制节点（119）的垂直向下下挠度值＝0.25009m３．由计算可知：：在列车活载作用用下下弦控制制节点（119）的垂直向下下挠度值＝0.40557m４．中桁下弦控制制节点（119）的垂直挠度度值：＝＋＋＝0.9358m三、刚度检算《斜拉桥桥桥设计规范》规规定：钢主梁梁斜拉桥其中为主梁竖向变变形，为中跨跨跨径。=0.9358m==1.26mm所以，刚度度检算满足要要求。第七章性能评价价一、恒载内力该斜拉桥主桁在自自重和恒载作作用下，作用用到各个节点点的集中力大大小相差不大大，计算后可可看到杆件内内力相差很明明显。其中主主跨跨中处的的六个节间和和主塔横梁附附近的两个节节间的杆件的的轴力较为突突出。给斜拉拉索施加上初初张力后，控控制杆件（主主跨跨中的下下弦和支座处处的上弦）的的内力发生较较大变化。二、活载内力本文按照《公路桥桥涵设计通用用规范》（JTGD660-20004）和《铁路桥桥涵设计基本本规范》分别取用汽车活载载和列车活载载，计算得到到的控制杆件