【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)控制條件 景觀效果要求橋梁能與周?chē)吧噍o相成，協(xié)調(diào)一致。 通航凈空根據(jù)通航論證報(bào)告，通航凈空取值如下：設(shè)計(jì)最高通航水位采用年最高潮位累積頻率為 5%的水位為 。螺洲大橋單孔雙向通航孔最小凈寬為 120m，才可以滿(mǎn)足規(guī)劃船舶的通航要求。螺洲大橋設(shè)計(jì)通航凈高為 8m。飛行凈空限高：+ 便捷施工由于螺洲大橋大部分橋墩位于水中，水中引橋下部結(jié)構(gòu)采用鋼圍堰和草袋圍堰施工，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制安裝的方法施工。主橋部分要保證正常通航，因此上部結(jié)構(gòu)采用支架施工難度較大，最好采用懸臂澆注或者預(yù)制吊裝的方法施工。 橋型方案設(shè)計(jì)橋梁技術(shù)發(fā)展到今天，我們可將其分為拱式結(jié)構(gòu)、梁式結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)三大類(lèi)，此三大類(lèi)橋型的經(jīng)典結(jié)構(gòu)都有著其明顯適用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)跨度。鑒于跨徑要求大于120m，對(duì)于此跨度，這三類(lèi)結(jié)構(gòu)形式均可作為考慮對(duì)象。但考慮到橋位屬軟基地區(qū)，拱式結(jié)構(gòu)亦不具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，而由于飛行靜空限高較低，一般的斜拉橋不能滿(mǎn)足要求。因此，本項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的方案只能考慮梁式結(jié)構(gòu)、懸吊結(jié)構(gòu)。 三塔部分斜拉橋方案華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文9就螺洲大橋的飛行限高要求而言，只適合較小跨徑的矮塔部分斜拉橋。主橋跨徑采用（85+140+140+85）=450m 。橋型平面布置圖如下圖 ： 圖 主橋橋面橫向凈寬度 37m，故采用混凝土雙箱單室截面形式。斜拉索面選擇為仿單索面體系，兩索面對(duì)主梁已經(jīng)提供了一定的抗扭剛度。為了更安全可靠、進(jìn)一步提高仿單索面體系扭轉(zhuǎn)剛度和有效解決主梁與塔墩連接構(gòu)造細(xì)節(jié)處理，本橋采用塔梁固結(jié)、中間主塔墩梁固結(jié)、另兩個(gè)主塔墩梁分離的體系，墩頂設(shè)支座，使部分斜拉橋的受力更加接近梁式體系，受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 連續(xù)剛構(gòu)方案在 120m 左右的跨徑里，連續(xù)剛構(gòu)橋的技術(shù)成熟，很具有競(jìng)爭(zhēng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了。主橋跨徑采用（85+140+140+85）=450m 。橋型平面布置圖如下圖 ：華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文10圖 由于橋面橫向較寬，故采用分幅式橋梁結(jié)構(gòu)，每幅橫斷面布置為 （護(hù)欄）+2. 5m（人行道）+（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+ （車(chē)行道）+（護(hù)欄）橋面設(shè)177。2%的橫坡。上下行分離，中間間距為 。采用雙薄壁墩。 三塔自錨式懸索橋方案主橋?yàn)槿藻^式懸索橋，跨徑布置為：（80+168+168+80=496）m。主跨主纜理論垂度為 28m，理論垂跨比為 1：6；邊跨主纜理論垂度為 ，理論跨度為，理論垂跨比為 1： 。橋型平面布置圖如下圖 ：華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文11圖 自錨式懸索橋是主纜直接錨固在主梁上；主梁承受主纜傳遞的水平壓力；形成由加勁梁（主梁） 、吊索、主纜、主塔、鞍座、錨固構(gòu)造等構(gòu)成的柔性懸吊組合體系。成橋后，主要由主纜和主塔承受結(jié)構(gòu)的自重，結(jié)構(gòu)體系共同承受外荷載作用，主纜、主梁受力按剛度分配。主橋?yàn)槿藻^式懸索橋，主梁由四跨組成，分別是 80m（邊跨） +168 m（主跨）+ 168 m（主跨）+ 80m（邊跨） ，主梁在中塔下橫梁處設(shè)豎向支座和縱、橫向限位支座，限制主梁三向線(xiàn)位移；在邊塔下橫梁處設(shè)豎向支座和橫向限位支座，限制主梁豎向、橫向線(xiàn)位移。主纜也由四跨組成，采用有限位移體系。主纜經(jīng)中塔、邊塔塔頂鞍座、邊墩頂散索鞍座轉(zhuǎn)向后錨固在主梁錨梁內(nèi)；主纜和鞍座、散索鞍座體間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。其主索鞍座座體下設(shè)鋼輥軸支座，座體兩端設(shè)限位擋塊，保證中塔有限位移量為177。20cm，邊塔為 177。5cm；其散索鞍座座體下設(shè)球形鋼支座，保證座體可微量位移。 方案比選方案一（三塔四跨矮塔斜拉橋）華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文12孔跨布置：85+140+140+85m方案二（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋）孔跨布置 85+140+140+85m方案三（三塔四跨自錨式懸索橋）孔跨布置：80+168+168+80m綜合考慮造工期、施工難度、結(jié)構(gòu)性能，景觀效果等方面對(duì)以上量方案進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)下表主橋方案比較表項(xiàng)目方案一85+140+140+85m 三塔四跨矮塔斜拉橋方案二85+140+140+85m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋方案三80+168+168+80m 三塔四跨自錨式懸索橋景觀效果造型新穎，視覺(jué)沖擊感強(qiáng)，富有現(xiàn)代氣息。造型簡(jiǎn)潔，線(xiàn)條明快。但結(jié)構(gòu)形式過(guò)于常見(jiàn)造型新穎，視覺(jué)沖擊感強(qiáng)，富有現(xiàn)代氣息。實(shí)施難度水中基礎(chǔ)施工難度較大，主橋懸臂澆筑，一次澆筑雙箱，施工難度很大。水中基礎(chǔ)施工難度較大，主橋懸臂澆筑，施工難度不大。由于分幅，澆筑周期長(zhǎng)水中基礎(chǔ)施工難度較大，搭支架較復(fù)雜。工期 18 月 24 月 18 月施工對(duì)航道影響主梁懸臂澆筑，對(duì)航道影響較小。主梁懸臂澆注，對(duì)航道影響較小。加勁梁分跨支架拼裝，對(duì)航道影響較小。技術(shù)先進(jìn)性 技術(shù)一般。 技術(shù)成熟。 技術(shù)先進(jìn)。后期養(yǎng)護(hù) 拉索須定期養(yǎng)護(hù)。 養(yǎng)護(hù)費(fèi)用最小。 主纜、吊索須定期養(yǎng) 護(hù)。結(jié)構(gòu)性能結(jié)構(gòu)受力性能良好，滿(mǎn)足施工階段和使用階段穩(wěn)定性要求。結(jié)構(gòu)受力性能良好，基本滿(mǎn)足施工階段和使用階段穩(wěn)定性要求。結(jié)構(gòu)受力性能良好，基本滿(mǎn)足施工階段和使用階段穩(wěn)定性要求。通過(guò)方案比選表可見(jiàn)，三塔四跨自錨式懸索橋技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)新穎、施工方便、施工工期短、故本次設(shè)計(jì)推薦方案三。 本章小結(jié)華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文13對(duì)于在 100~200m 的跨徑內(nèi)，常見(jiàn)的橋型主要為連續(xù)剛構(gòu)橋和拱橋，懸索橋這類(lèi)橋型很少作為比選方案，但對(duì)于一些特殊地質(zhì)情況或景觀要求時(shí)，特別是地標(biāo)性建筑工程，自錨式懸索橋就能體現(xiàn)出其獨(dú)特的魅力，能夠成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的方案。華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文14第三章 成橋狀態(tài)設(shè)計(jì) 概述懸索橋與一般中小跨經(jīng)橋梁的區(qū)別就是懸索橋的自重和大部分施工荷載主要由主纜來(lái)承擔(dān)。特別是成橋后在恒載作用下主纜和吊桿的張力、橋形應(yīng)與設(shè)計(jì)目標(biāo)一致。自錨式懸索橋的合理成橋狀態(tài)是指滿(mǎn)足設(shè)計(jì)基本參數(shù)和性能指標(biāo)條件下成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的幾何形狀。由懸索橋的受力特征可知, 加勁梁的受力和主纜的線(xiàn)形, 除了與施工方法及構(gòu)件自身特性有關(guān)外,主要是由吊索內(nèi)力決定的。給定懸索橋成橋時(shí)的受力性能指標(biāo), 計(jì)算懸索橋成橋時(shí)的吊索內(nèi)力 ,由吊索內(nèi)力又能計(jì)算出主纜幾何形狀, 最終得到成橋時(shí)的合理設(shè)計(jì)狀態(tài)。本章主要研究自錨式懸索橋的成橋狀態(tài)纜形計(jì)算、成橋狀態(tài)的內(nèi)力分析。 主纜在豎向荷載下的計(jì)算主纜具有幾何非線(xiàn)性的特點(diǎn)。精確計(jì)算其線(xiàn)形是合理成橋狀態(tài)的保障。一般主纜的計(jì)算有兩種方法。第一種是拋物線(xiàn)法, 假設(shè)恒載沿跨徑均勻分布。第二種是懸鏈線(xiàn)法, 假設(shè)恒載沿弧長(zhǎng)均布。拋物線(xiàn)法比較粗糙,沒(méi)有后者精確。懸鏈線(xiàn)法假定主纜是理想柔性的。其材料符合虎克定律，由于主纜的截面面積和自重集度在外荷載作用下的變化量十分微小, 故忽略這種變化的影響。在懸索橋的成橋狀態(tài), 對(duì)于主纜而言, 所受荷載為沿弧長(zhǎng)均布的主纜自重和通過(guò)吊索傳遞的局部荷載, 后一部分可近似作為集中荷載處理。懸鏈線(xiàn)法的分析模型如下圖所示, 將懸索以吊索為界分為 n 段, 每一段懸索的受力情況是:索段兩端承受集中力 ,中間則承受沿索長(zhǎng)均布的豎向分布力———重力。最后通過(guò)邊界條件確定整個(gè)主纜的線(xiàn)形。華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文15經(jīng)推導(dǎo),可得主纜坐標(biāo)為 122Hxychqlsl???????????????????????式中: H 為主纜水平力 。 q 為沿主纜弧長(zhǎng)均布的荷載。 l 為主纜跨徑。 c 為主纜兩端高差。圖 中的 、 為主纜的邊界條件。計(jì)算時(shí)需要先給一定的初始值,1i?i進(jìn)行迭代得到精確的線(xiàn)形。 基于 midas/civil 2022 的成橋狀態(tài)分析 主纜線(xiàn)形粗略分析——節(jié)線(xiàn)法Midas/civil 采用了日本 Ohtsuki 博士使用的計(jì)算索平衡狀態(tài)方程式，是利用橋梁自重和主纜張力的平衡方程計(jì)算主纜坐標(biāo)和主纜張力的方法。其基本假定如下： (1) 吊桿僅在橫橋向傾斜，垂直于順橋向。 (2) 主纜張力沿順橋向分量在全跨相同。 (3) 假定主纜與吊桿的連接節(jié)點(diǎn)之間的索呈直線(xiàn)形狀，而非拋物線(xiàn)形狀。 (4) 主纜兩端坐標(biāo)、跨中垂度、吊桿在加勁梁上的吊點(diǎn)位置、加勁梁的恒荷載等華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文16為已知量。 吊桿間主纜的張力分布如圖 所示圖 一般來(lái)說(shuō)將索分別投影在豎直面和水平面上，利用在各自平面上張力和恒荷載的平衡關(guān)系進(jìn)行分析，其計(jì)算方法與 中方法類(lèi)似，故不進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 自錨式懸索橋精確平衡狀態(tài)分析（1）確定主纜線(xiàn)形通過(guò)節(jié)線(xiàn)法確定的主纜初始線(xiàn)形因?yàn)榛炯俣ǎ俣?2）的假設(shè)，可能與主纜的最終實(shí)際線(xiàn)形有所差異。所以需要以節(jié)線(xiàn)法確定的初始線(xiàn)形為基礎(chǔ)，使用懸鏈線(xiàn)索單元做更精確的分析。首先把主纜兩端的錨固點(diǎn)、主塔底部、吊桿下端均按固結(jié)處理，然后建立由彈性懸鏈線(xiàn)主纜和吊桿形成的空纜模型。通過(guò)節(jié)線(xiàn)法計(jì)算的主纜兩端坐標(biāo)和無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)作為彈性懸鏈線(xiàn)的已知參數(shù)。無(wú)應(yīng)力長(zhǎng) 是以主纜兩端坐標(biāo)為0L基礎(chǔ)計(jì)算而得，主纜的水平張力 也是通過(guò)節(jié)線(xiàn)法來(lái)計(jì)算，也是已知參數(shù)。初始平xT衡狀態(tài)的精確分析分析流程圖參見(jiàn)圖 。圖 華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文17（2）確定整體結(jié)構(gòu)形狀自錨式懸索橋的主纜和加勁梁是連接在一起的，加勁梁受很大的軸力作用。如圖 所示，加勁梁的兩端和主塔頂部會(huì)產(chǎn)生很大（橋軸方向）的位移。即主纜體系將發(fā)生變化，所以從嚴(yán)格意義來(lái)說(shuō)初始平衡狀態(tài)分析計(jì)算的主纜坐標(biāo)和無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)與實(shí)際并不相符。這樣的問(wèn)題可以通過(guò)給桿系單元輸入初始內(nèi)力來(lái)解決。圖 自錨式懸索橋加勁梁兩端和主塔頂部的變形華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文18上圖為自錨式懸索橋的初始平衡狀態(tài)。把主纜平衡狀態(tài)分析計(jì)算的主纜反力作為外力施加在桿系單元上（輸入初始內(nèi)力） 。圖 初始平衡狀態(tài)自錨式懸索橋分離圖形 成橋狀態(tài)初始內(nèi)力分析成橋狀態(tài)的初始內(nèi)力情況是否合理直接關(guān)系到運(yùn)營(yíng)階段的使用性能，而且對(duì)于懸索橋這類(lèi)柔性較大，結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性作用大的橋型來(lái)說(shuō)，成橋狀態(tài)初始內(nèi)力將關(guān)系到后續(xù)荷載計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)的剛度矩陣。因此對(duì)成橋狀態(tài)的初始內(nèi)力進(jìn)行分析的方法做詳細(xì)的研究是很有必要的。Midas/civil 提供了自動(dòng)計(jì)算模型單元初始內(nèi)力，幾何剛度初始荷載的模塊。但對(duì)于需要手動(dòng)調(diào)索，保證成橋合理狀態(tài)是但憑這個(gè)模塊的功能分析是很有局限性的。因此需要考慮其他的分析方法來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。對(duì)于自主調(diào)索的懸索橋結(jié)構(gòu)根據(jù)上圖 ，將結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分為纜索體系和加勁梁橋塔體系兩個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行單獨(dú)分析，對(duì)于自錨式懸索橋的支座邊界條件可采用換算加勁梁剛度系數(shù)彈性支座進(jìn)行模擬。在分析了纜索體系為基礎(chǔ)下將纜索的支座反力施加到加勁梁橋塔體系上，對(duì)該體系進(jìn)行內(nèi)力分析，這樣就可得到比較合理的內(nèi)力狀態(tài)，滿(mǎn)足了自主調(diào)索的要求。這種分析方法在進(jìn)行纜索體系分析時(shí)通過(guò) midas/civil 懸索橋分析模塊得到理想合理的成橋線(xiàn)型和初始纜索張力，對(duì)加勁梁橋塔體系分析可以看到成橋狀態(tài)的橋塔內(nèi)（應(yīng)）力，加勁梁的預(yù)拱度，彎矩。通過(guò)這種方法很容易調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)，設(shè)置預(yù)拱度。華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文19現(xiàn)以福州螺洲大橋的分析為例進(jìn)行說(shuō)明。螺洲大橋設(shè)計(jì)中采用張力吊索（桿）力的方法控制該橋的成橋狀態(tài)，每根吊索（桿）力為 1065KN，結(jié)構(gòu)為自錨式。橋塔采用 C50 混凝土，加勁梁為 Q370qC。吊索、主纜 ；吊桿強(qiáng)度 。1670,140bsMPaa???980,785bsMPaa??圖 主纜單元離散圖通過(guò)上述方法計(jì)算可得主纜初始纜形圖如下圖 主纜初始纜形圖華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文20圖 主纜初始張力圖 加勁梁、橋塔變形圖圖 加勁梁、橋塔變形及初始應(yīng)力圖華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文21根據(jù)分析，螺州大橋纜索初始張力的水平分量為 19600KN 左右，加勁梁在三個(gè)橋塔處均采用水平方向位移釋放，橫橋向和豎向位移約束，故在初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)的最大撓度為位于兩邊跨處，跨中最大撓度為 ，橋塔塔頂最；加勁梁的邊跨錨固區(qū)附近為應(yīng)力較大區(qū)，最大應(yīng)力為，~ 之間；由于橋塔為變截面，塔頂截面較小，塔底截面較大，故橋塔的最大壓應(yīng)力位于橋塔中部，；塔頂塔鞍處最大壓應(yīng)力為 。主纜開(kāi)始計(jì)算線(xiàn)型為懸鏈線(xiàn)主跨矢跨比為 1/，邊跨矢跨比為 1/13。通過(guò)計(jì)算更新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)后最大更新節(jié)點(diǎn)位移為 ，這說(shuō)明初始的線(xiàn)型計(jì)算較為精確，精確分析前后節(jié)點(diǎn)位置變化較小。通過(guò) midas/civil 提供的懸索橋分析模塊，對(duì)于只需知道邊、主矢跨比，邊、主跨跨度等基本參數(shù)，midas/civil 便能精確計(jì)算出主纜的成橋線(xiàn)型，這樣能省得大量時(shí)間手算成橋狀態(tài)的主纜初始線(xiàn)型。通過(guò)上述計(jì)算分析可知，對(duì)自錨式懸索橋的分析采用分體系分析法，方便快捷，可控性強(qiáng)，是值得推薦使用的。 本章小結(jié)基于 midas/civil 的懸索橋分析模塊，對(duì)如何得到懸索橋特別是自錨式懸索橋精確合理的主纜初始線(xiàn)型提出了分體系分析法，最大程度上利用 midas/civil 的懸索橋分析模塊，而增加了設(shè)計(jì)者在調(diào)索過(guò)程中的自主性，使得分析、設(shè)計(jì)更加精確，快捷。本章通過(guò)對(duì)螺州大橋?yàn)槔M(jìn)行分析，從分析的結(jié)果輸出來(lái)看，結(jié)果精確可信，數(shù)據(jù)輸出詳細(xì)，可控性強(qiáng)。兩種體系結(jié)果相互反應(yīng)，通過(guò)修改荷載能很快得到設(shè)計(jì)要求。華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文22