斜拉桥设计桥梁工程设计.doc
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1、XX 大学毕业设计(论文) 1 目目 录录 第一章 绪 论.4 第一节 工程概况.4 第二节 技术指标 4 一、公路正桥主要技术指标4 二、铁路正桥主要技术指标4 第三节 斜拉桥方案 5 一、斜拉桥概况5 二、主桁5 三、铁路桥面系5 四、公路桥面系5 五、主塔5 第二章 斜拉桥主桁模型建立6 第一节 建模思路.7 第二节 建模过程.7 一、节点编号7 二、节点自由度7 三、同位移约束7 四、杆件单元9 第三章 恒载及活载荷载计算.12 第一节 计算思路12 第二节 公路恒载12 一、正交异性板处.12 二、混凝土结合板.13 三、交接处节点.13 第三节 铁路自重荷载计算.14 一、一级干线
2、铁路自重荷载计算.14 二、客运专线铁路自重荷载计算.14 三、转化为节点荷载.15 XX 大学毕业设计(论文) 2 第四节 活载荷载计算.15 一、公路活载.15 二、铁路活载.16 第四章 斜拉索初张力确定.18 第一节 拉索初张力确定思路18 第二节 拉索初张力确定.18 一、恒载索力 .18 二、活载索力 .20 三、拉索初张力.23 第五章 斜拉桥结构内力分析.25 第一节 恒载内力25 一、确定控制断面.25 二、恒载作用下跨中断面内力.25 三、恒载作用下支座处断面内力.26 第二节 公路桥面横向分布系数计算26 一、汽车荷载横向分布计算.26 二、求弹性支承的刚度系数.26 三
3、、建立横梁模型.27 四、用移动荷载法求影响线.27 五、确定最不利桁架.28 六、求中桁的横向分布系数.28 第三节 公路桥面横向分布系数计算 .29 一、计算方法.29 二、求横向分布系数.29 三、确定最不利桁架.30 第四节 活载内力分析31 一、分析思路.31 二、求汽车活载下的内力.31 三、求列车活载下的内力.32 XX 大学毕业设计(论文) 3 第六章 结构验算.34 第一节 内力检算34 一、上弦杆件检算.34 二、下弦杆件检算.35 第二节 疲劳检算 .36 一、上弦杆件 21 单元疲劳检算36 二、下弦杆件 117 单元疲劳检算.37 第三节 刚度检算 .38 一、中桁上
4、弦控制节点(40)的垂直挠度值.38 二、中桁下弦控制节点(119)的垂直挠度值38 三、刚度检算.38 第七章 性能评价.39 一、恒载内力.39 二、活载内力.39 三、结构刚度.39 四、不妥之处.39 结束语.40 致 谢.41 参考文献.42 附 录43 英文文献及翻译 斜拉桥总图 主桁杆件截面图 斜拉桥主塔图 XX 大学毕业设计(论文) 4 第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 工程概况工程概况 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
5、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+280+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。 第二节第二节 技术指标技术指标 一、公路
6、正桥主要技术指标一、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 33.75(单向) (4)桥面宽度:27m (5)设计荷载:公路级 (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
7、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; XX 大学毕业设计(论文) 5 (6)设计活载:客运专线采用“zk 活载” ,I 级铁路采用“中活载” 。 第三节第三节 斜拉桥方案斜拉桥方案 一、斜拉桥概况一、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
8、相结合,其 余与正交异性钢桥面板结合为一体。 二、主桁二、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 13001740 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 13001300 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
9、交异性板顶面平齐。竖杆均采用“H”形截面,杆件高度 9001300 毫米,斜杆采用箱形或“H”形截面。 三、铁路桥面系三、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 42024 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 76040 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 4.1
10、75 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 XX 大学毕业设计(论文) 6 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。 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
11、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 13301558 毫米,腹板厚 12 毫米,下翼缘 42028 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 8001060 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 13001560 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
12、 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。 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 4
13、60X20 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。 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
14、、主塔五、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 0.81.5 米, 斜拉桥索钢锚梁锚固。下塔柱为 18.010.0 米的空心矩形截面。塔柱采用滑模或爬 XX 大学毕业设计(论文) 7 模施 工。 第二章第二章 斜拉桥主桁模型建立斜拉桥主桁模型建立 第一节第一节 建模思路建模思路 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
15、好,故建模中杆件均按梁单元,单元 连接按刚结。 第二节第二节 建模过程建模过程 一、节点编号一、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 179,下弦为 80158,边桁 1 的上弦节点 编号为 159237,下弦为 238316,边桁 2 的上弦节点编号为 317395,下弦为 396474。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 21) (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
16、孔编号为 475490,左塔索孔编号为 555570将每根斜腿划分为 30 个单 元,左塔前斜腿编号为 493523,左塔后斜腿编号为 524554,右塔前斜腿编号为 573603,右塔后斜腿编号为 604634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 635641,左塔横梁为 642648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、节点自由度二、节点自由度 (一)辅助墩支撑处的节点 8
17、0、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。 XX 大学毕业设计(论文) 8 三、同位移约束三、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 XX 大学毕业设计(论文) 9 位 图2-1 主桁结构立体图 XX 大
18、学毕业设计(论文) 10 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、杆件单元四、杆件单元 (一)该模型单元截面特性数共有 68 种。其中 121 为主桁上下弦、斜杆、竖杆的 单元截面特性标识号,2225 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 2758。5966 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
19、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 21。 (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 共种,面积 A 见数据文件,弹性模量 E=1.95MPa, 5 10 =1470MPa。主桁的材质为 Q370qE, 弹性模量 E=2.10 MPa, 扭转模量 pk f 5 10 G=0.808MPa.。主塔采用 C50 混凝土,弹性模量 E=0.345 MPa, 扭转模量 5 10 5 10 G=0.138 MPa.钢的重度为 78.5kN/,混凝
20、土的重度为 26.5kN/。 5 10 3 M 3 M (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 21。 表 21 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() 4 m 惯性矩 33 I () 4 m 惯性矩 22 I () 4 m 1 0.1693 0.0415 0.0259 0.0403 2 0.2038 0.0762 0.0552 0.0597 3 0.1873 0.0672 0.0488 0.0540 4 0.1571 0.0581 0.0424 0.0465 5 0.1466
21、 0.0539 0.0358 0.0398 6 0.2226 0.1055 0.0842 0.0686 7 0.1955 0.0881 0.0741 0.0607 8 0.1717 0.0763 0.0642 0.0529 XX 大学毕业设计(论文) 11 续上表 90.15900.07030.06160.0472 100.3483 0.1481 0.1503 0.1010 110.3343 0.1346 0.1406 0.1009 120.2976 0.1285 0.1278 0.0914 130.2569 0.1150 0.1151 0.0827 140.2186 0.1015 0.099
22、4 0.0716 15 0.1886 0.0880 0.0868 0.0631 160.20120.0583 0.0288 0.0487 170.1041 0.00002740.0044 0.0308 180.1169 0.0441 0.0227 0.0368 190.0922 0.00002870.0039 0.0276 200.0794 0.00002110.0018 0.0224 210.0740 0.00001420.0016 0.0204 220.1256 0.00002870.0964 0.0029 230.0440 0.00000790.0127 0.0005 240.0476
23、0.00000820.0191 0.0005 25 0.0318 0.00000340.0055 0.0003 26 57.3000986.4212 590.2232 790.1187 2737.3940429.0976230.8656416.9452 2838.0180446.1544236.0219444.5048 XX 大学毕业设计(论文) 12 续上表 2938.6420463.3166 241.1782 473.1594 3039.2660480.5789 246.3345 502.9268 3139.8900497.9366 251.4909 533.8251 3240.51405
24、15.3853 256.6472 565.8722 3341.1380532.9207 261.8035 599.0861 3441.7620550.5389 266.9598 633.4848 3542.3860568.2363 272.1161 669.0863 3643.0100586.0093 277.2725 705.9084 3743.6340603.8547 282.4288 743.9693 3844.2580621.7693 287.5851 783.2868 3944.8820639.7503 292.7414 823.8789 4045.5060657.7978 297.
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