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斜拉桥设计计算书毕业设计（论文）

考虑到桥位处的地形条件，即桥面设计标高很高，最大有40多米深，主梁采用挂篮悬臂浇筑法施工。索塔采用爬模施工。

支撑体系作为结构的边界条件，其选型既布置是非常重要的。本桥采用塔墩梁固结体系，该斜拉桥属于刚构体系。这种体系应用在独塔斜拉桥中有很大的优势，无论是桥梁的建设中便于悬臂施工，还是桥梁的运营状态的性能都很好，由于是独塔，温度荷载对其的影响不像双塔斜拉桥那样巨大。

主梁采用实体双主梁截面，截面尺寸如图，梁高是2m，是主跨的1/60，梁总宽23m，桥面净宽8.5m+8.5m,桥面横坡为1.5%。梁肋外的尖角是风嘴，起到导风的作用，提高主梁的抗风能力，双索面斜拉索来抵抗梁的扭转作用。

纵向每隔6m设置一道横隔梁（在斜拉索锚固点处），横梁的设置主要考虑活载的横向分布以及桥面板的受力，斜拉索的锚固澳柯玛香海花园小高层工程施工组织设计(高层)，以及增强桥梁的横向刚度，横梁的位置和斜拉索的锚固相对应。本桥的横梁的厚度为30cm。

图8 1/2斜拉桥主梁截面

注 图中尺寸以厘米计。

该桥的主塔为空腹结构，上塔柱为斜拉桥锚固区，两索面相互平行，在主梁上的基本索距为6.0m，索塔上的基本索距为1.2m，最为册斜拉索的倾角为26度，为减小斜拉索的风振，雨振，在每根斜拉索上设有减震器。主桥斜拉索独塔共72根，塔端采用张拉端型锚具，梁端采用锚固端锚具。在张拉过程中，斜拉索采用主塔端张拉，主梁端锚固。该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由7mm高强平行钢丝组成，抗拉强度标准值=1670MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。斜拉索断面如图9。

索塔采用造型美观的H型塔，钢筋混凝土结构。H型塔造形简单，受力明确，由于塔柱斜度较小，施工比较方便。

索塔自承台顶到索塔顶的高是97.5m，桥面以下部分索塔高37.5m ，塔高于跨径的比为0.5，桥面以上30m设一横梁，以增强索塔的稳定性。

索塔在梁底的部分称为下塔柱，梁底以上横梁以下部分为中塔柱，横梁以上部分为上塔柱。上塔柱直立，为斜拉索锚固区，高度为28.5m。上，中塔柱截面采用单箱单室，顺桥向5.5m长，横桥向3.0m。上横梁采用箱室截面，下横梁为预应力混凝土结构，主梁嵌在下横梁中。细部尺寸如图10。

注 图中尺寸以厘米计。

根据地质条件，该桥选用桩基础，每塔46根直径1.5m的钻孔灌注桩，为端承桩。采用梅花桩布置，为了减小承台的体积，减少大体积混凝土的数量，承台采用哑铃型结构，承台厚5.0m。

在枯水季节采用土石围堰 施工桩基以及承台。

斜拉桥的结构分析计算，根据跨度的大小采用两种不同的理论。对于特大跨径的斜拉桥，为消除斜拉索及大变位引起的非线性因素的影响，必须采用有限变形理论；对于中小跨径的斜拉桥，采用小变形理论即可获得满意的结果。平面杆系有限元法是计算斜拉桥内力的基础，其基础理论是小变形理论。

在计算斜拉桥的内力及变形时，一般把空间结构简化成平面结构，但应计算荷载横向分布对结构的影响，以考虑结构的空间效应。而斜拉桥结构较柔，拉索的布置形式，主梁抗扭刚度都有影响，故在计算荷载横向分布系数时应综合考虑。本设计在计算斜拉索和索塔的内力时，采用杠杆法来考虑荷载的横向分布系数。

斜拉桥的内力及变形分析主要是斜拉索和索塔，所承受的荷载包括一期恒载，二期恒载，活载，温度荷载，支座沉降，预应力，斜拉索的初拉力，混凝土的收缩徐变等。

本斜拉桥内力计算的基本原则是：

（1）采用小变形理论按一般的平面杆系有限元法计算内力，不考虑非线性影响；

（2）为方便施工，拉索一次张拉至设计值；

（3）索塔在承台处固结，不考虑桩基础的影响；

（4）斜拉索的安全系数按不小于2.5考虑。

本设计采用MIDAS Civil Ver6.7.1软件进行结构分析。

主梁的截面几何特性是毛截面特性，构件的截面性质应根据不同的计算阶段决定采用换算截面特性还是采用净截面特性；拉索的面积为单根斜拉索的面积。

截面特性值表 表1

永久作用：结构自重，预加力，混凝土的收缩徐变作用，基础变位作用；

可变作用：公路1级荷载，温度作用。

（1）一期自重

主梁混凝土容重为25.0 KN/，桥塔为26.0 KN/，横梁自重按均布荷载作用在杆件元上。Midas程序自动计算自重集度。

（2）二期自重

二期自重是结构体系完成之后，沥青混凝土铺装和防撞护栏按均布荷载作用在杆件元上。其中：

防撞护栏：9.73 KN/m

合计：=32.64+9.73=52.1 KN/m

公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为=10.5 KN/m；集中荷载标准值=360 KN。若计算剪力效应时，集中荷载标准值=360KN×1.2=432KN。

（2）横向折减系数

本斜拉桥横向布置设计车道数为4，取横向折减系数0.67。

（3）纵向折减系数

本桥主跨的计算跨径120m，取纵向折减系数1。

（4）冲击系数

双塔斜拉桥（有辅助墩）的竖向弯曲基频：

式中　—竖向弯曲基频（Hz）；　

—斜拉桥主跨跨径（m）。

=120m，=0.92Hz；当﹤1.5Hz时，=0.05；

《公路斜拉桥设计规范》对荷载横向分布系数的计算方法没有明确规定，经作者反复考虑比较，认为用简化的平面结构计算斜拉桥的内力时，采用杠杆法来求荷载的横向分布系数是合理的。横向分布系数计算如下：

图11 横向分布系数计算图

所以，η=9.45/21.5*4*0.67=1.18

均匀温度取±20℃，梁、塔与斜拉索的温差取±10℃，主梁的日照温差按桥面板升温5℃计。

主墩沉降2.0cm。

斜拉桥是一种高次超静定结构，其力学结构行为和一般桥梁有所不同。对于梁

式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定以后，结构的恒载内里随之基本确定，无法进行较大的调整；而对于斜拉桥，首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线性和内力状态，其中最主要的是斜拉索的初张力。

斜拉桥静力分析的基本过程大致可以分为以下三步：

（1）确定成桥的理想状态，即确定成桥阶段的索力、主梁的内力、位移和桥塔的内力。

（2）按照施工过程、方法和计算的需要划分施工阶段。

（3）计算确定施工阶段的理想状态，经过多次反复才可以达到成桥阶段的理想状态。

对于本双索面肋板式斜拉桥的内力计算，可将结构沿桥梁中心线分为两个独立的单索面杆系结构进行计算，考虑活载的横向分布系数。也可将双索面合并成一个单索面结构进行计算。

本桥是混凝土预应力结构，先不考虑预应力筋的作用进行计算，待确定斜拉索的初拉力后，即确定成桥的理想状态后，进行施工阶段分析并进一步确定各施工阶段的配筋，在确定使用阶段配筋。之后，回头计算各种荷载作用下的梁、塔、拉索的内力。

一、桥面板的计算宽度

因为斜拉桥的主梁不是纯弯构件，且其轴向力沿轴向是累加的，其结构形式也不同（有较密的横梁）。

根据有关实验研究表明：在悬臂施工阶段，因桥面内部有较密的横梁，而且主梁相当于具有连续支撑的连续梁，同时增大了顶板的刚度，在密横梁的情况下，横梁使得集中力能较快的分布到整个断面上，设计中按平面杆系计算的结果与实际情况偏差较小。

预应力混凝土主梁若干年后，由于混凝土的徐变的作用，截面的用力沿宽度方向的不均匀逐渐减小。因此本桥不考虑剪力滞效应的影响，仅对施工阶段的应力进行控制。

三、理想成桥状态的确定

理想成桥状态的确定，其关键是确定成桥状态拉索的初拉力。

斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于，恒载作用下斜拉索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支撑，更重要的是它能通过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才可以改变主梁的受力条件。活载作用下斜拉索对主梁提供了弹性支撑，使主梁相当于弹性支撑的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。

张拉斜拉索时，实际上已经将该斜拉索脱离出来单独工作，因为斜拉索的张力和结构的其它部分无关，而只与千斤顶有关，因此在张拉斜拉索时，其初张力效应必须采用隔离体分析。设在某个阶段张拉第5 号和6 号索时，其初张力分别为P5 和P6。

倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法等。

轨道交通工程安全文明施工标准化图册（1）刚性支承连续梁法

刚性支承连续梁法是指成桥状态下，斜拉桥主梁的弯曲内力和刚性支撑连续梁的内力状态一致。因此，可以非常容易地根据连续梁的支承反力确定斜拉索的初张力。

零位移法的出发点是通过索力调整，使成桥状态下主梁和斜拉索交点的位移为零．对于满堂支架一次落架的斜拉桥体系，其结果与刚性支承连续梁法的结果基本一致。

倒拆法是斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法，通过倒拆、正装交替计算，确定各施工阶段的安装参数，使结构逐步达到预定的线形和内力状态。

无应力控制法分析的基本思路是：不计斜拉索的非线性和混凝土收缩徐变的影响，采用完全线性理论对斜拉桥解体，只要保证单元长度和曲率不变，则无论按照何种程序恢复还原后的结构内力和线形将与原结构一致。应用这一原理，建立斜拉桥施工阶段和成桥状态的联系。

（5），斜拉桥所力优化实用方法（梁鹏老师的论文）

理论上，认为索力优化的影响矩阵法是最完美的，此方法是基于影响矩阵法原理提出的斜拉桥成桥索力优化方法。

本设计使用的方法是斜拉桥所力优化实用方法门源县广播电视台设备购置项目公开招标，进行斜拉索索力的调整和优化。