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正文內(nèi)容

大學畢業(yè)設(shè)計-斜拉橋畢業(yè)設(shè)計-設(shè)計計算書(編輯修改稿)

2024-09-03 11:26 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 梁端的標準索距為12m,在索塔錨固端的索距為2+2+13,全橋共設(shè)置144根斜拉索,根據(jù)受力的大小,全橋斜拉索共分九類,鋼絲根數(shù)為127~301。全橋斜拉索規(guī)格型號參數(shù)如表21所示。斜拉索在風力作用下,氣流在拉索的背面生成卡門渦流,渦流脫落的頻率正好與斜拉索自身的某一階頻率合拍,使斜拉索受激產(chǎn)生震動。另外,主梁與索塔的震動也會引起斜拉索的震動。斜拉索的震動使其在根部出現(xiàn)反復繞曲,索中的鋼絲產(chǎn)生附加的繞曲應(yīng)力。這種繞曲應(yīng)力的反復作用,將加速鋼絲的疲勞。另外,斜拉索的持續(xù)震動會使人們對橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生懷疑。因此,斜拉索必須進行防震設(shè)計。表21 斜拉索規(guī)格型號參數(shù)表規(guī)格型號鋼索面積(mm178。)拉索直徑(mm)拉索重(kg/m)索號SPC71274887114A3~A4 J3~J4SPC71395349114A5~A6 J5~J6SPC71515810119A7~A8 J7~J8SPC71636272124A9~A10 J9~J10SPC71877196129A11~A12 J11~J12SPC72238581144A1~A2 J1~J2SPC72539735149A13~A14 J13~J14SPC728310890159A15~A16 J15~J16SPC730111581159A17~A18 J17~J18本方案采用氣動控制法。將斜拉索原來的光滑表面做成帶螺紋的非光滑表面。通過提高斜拉索表面的粗糙度,使氣流經(jīng)過拉索時在表面邊界層形成湍流,從而防止渦激共震的產(chǎn)生,防止斜拉索的風振。拉索表面的條紋還能防止雨振的發(fā)生。 輔助墩、過渡墩及基礎(chǔ) 輔助墩及基礎(chǔ)為了提高橋梁的整體剛度,改善結(jié)構(gòu)受力,減少中跨跨中撓度及索塔塔頂水平位移,在邊跨設(shè)置了輔助墩,每側(cè)各兩個。輔助墩將邊跨分為兩個50m和一個140m的三個跨徑。輔助墩由兩個分離的矩形墩組成,。每個獨立的輔助墩設(shè)置一個承臺?;A(chǔ)為鉆孔灌注樁。 過渡墩及基礎(chǔ)過渡墩是主橋和引橋的連接橋墩,設(shè)計時要充分考慮滿足主橋梁高和引橋梁高、支座布置及伸縮縫安裝的要求。除在墩冒 設(shè)有調(diào)平梁高要求的牛腿外,其他基本同輔助墩結(jié)構(gòu)形式。墩冒上頂面寬23m。,平面為長方形。 施工方案設(shè)計 索塔施工下塔柱采用支架現(xiàn)澆施工,中、上塔柱采用爬模法施工。在中塔柱中部需設(shè)置一道臨時橫梁撐,以平衡索塔施工過程中的側(cè)向力,待上橫梁施工完畢后拆除。 主梁施工1 邊跨混凝土主梁施工在橋梁基礎(chǔ)和邊跨橋墩完成后,進行上部主梁施工。根據(jù)橋梁所處的地形地貌選擇不同時施工方法。本橋預應(yīng)力混凝土主梁施工采用有支架現(xiàn)澆混凝土和無支架懸臂澆注法,混凝土輸送采用泵送法。2 主跨鋼主梁施工中跨鋼主梁采用工廠加工制,然后運至現(xiàn)場,進行懸臂拼裝的方法進行架設(shè)。首先在索塔區(qū)搭設(shè)支架,安裝放置掛籃的0梁段,然后在安裝好的0梁段上安裝掛籃,利用掛籃向前對稱懸臂拼裝鋼箱梁節(jié)段,沒施工完一個標準節(jié)段,進行斜拉索的張拉和鋼箱梁的拼裝,再循環(huán)前移掛籃至下一個節(jié)段,直至中跨合攏。 橋面系設(shè)計 鋼橋面的鋪裝正交異性鋼橋面板的鋪裝技術(shù)是國內(nèi)外一直重點研究的難題,是長大跨徑鋼斜拉橋建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。在對以往國內(nèi)外雙層瀝青SMA鋪裝技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)和經(jīng)驗上,根據(jù)本橋橋梁結(jié)構(gòu)、氣候條件、交通荷載的特點,提突出了本橋的橋面鋪裝設(shè)計方案,詳見表22。表22 鋼橋面鋪裝設(shè)計橋面鋼板噴砂除銹、Rz40μm~80μm電弧噴鋅120μm~180μm封閉層兩道80μm防水粘接劑~~6mm預拌瀝青碎石滿鋪一層鋪裝下層(底層)改性瀝青SMA10粘層改性乳化瀝青鋪裝上層(面層)改性瀝青SMA13 伸縮縫根據(jù)本橋的活載梁端位移、溫度位移,在邊跨混凝土主梁和鋼主梁的結(jié)合部位,采用400mm的轉(zhuǎn)軸式伸縮縫。 防撞護欄本橋設(shè)計時速為80km/h,防撞護欄等級為PL3級,防撞護欄立柱形狀除考慮受力外,還注重考慮其美觀造型。防撞護欄立柱采用鋼板焊接成形,標準間距為2m,材質(zhì)為Q345D鋼,防撞護欄橫梁采用Q390D鋼,防撞護欄用鋼具有較好的低溫沖擊韌性。第三章 結(jié)構(gòu)建模 計算理論斜拉橋是塔、拉索和加勁梁三種基本結(jié)構(gòu)組成的纜索承重結(jié)構(gòu)體系,是高次超靜定結(jié)構(gòu)。有限元分析首先是建立計算模型,對整體結(jié)構(gòu)劃分單元和結(jié)點,形成結(jié)構(gòu)離散圖,研究各單元的性質(zhì),并用合適的單元模型進行模擬。對于柔性拉索,可用拉壓桁架單元進行模擬,對于梁和塔單元,則用梁單元進行模擬。為了決定安裝拉索時的控制張拉力,首先要決定在成橋階段恒載作用下的初始平衡狀態(tài),然后再按施工順序進行施工階段分析。本橋在進行斜拉橋成橋分析時,采用MIDAS/Civil的未知荷載系數(shù)功能可求出滿足成橋階段的理想的索力。在進行施工階段分析時,采用MIDAS/Civil的未閉合配合力功能,進行施工階段分析。 未知荷載系數(shù)法本橋斜拉橋索力調(diào)整采用以控制主梁線形為主兼顧主塔位移的零位移法,首先根據(jù)擬定的截面尺寸和所選材料建立計算模型,為了調(diào)索方便,此時模型中的所有索單元均用桁架單元代替,并給桁架單元給了1kN的單位初拉力,施加約束條件,給全橋施加自重和二期恒載。運行分析后,利用Midas軟件中后處理階段中的未知荷載系數(shù)模塊,設(shè)置主梁和主塔的控制參數(shù),根據(jù)初步給出的未知荷載系數(shù)和主梁線形、主塔位移的控制結(jié)果,手動對未知荷載系數(shù)進行調(diào)整,調(diào)整時按照以線形即控制條件為目標的原則進行調(diào)整。在成橋階段計算未知荷載系數(shù)的步驟如下:建立成橋階段模型給各索賦予單位初拉力荷載組合結(jié)構(gòu)分析求未知荷載系數(shù)確認荷載組合結(jié)果l 如果所求未知荷載系數(shù)不是索力值,則加載相應(yīng)力的單位荷載(例如:支座的頂起、下沉)l 建立恒荷載與單位荷載的組合l 設(shè)定控制條件l 計算未知荷載系數(shù)l 必要時利用影響矩陣調(diào)整未知荷載系數(shù)l 將未知荷載系數(shù)反映到荷載組合中 未閉合配合力一般來說新安裝的構(gòu)件會沿著之前安裝的構(gòu)件切線方向安裝,進行大位移分析時時,因為切線安裝產(chǎn)生的假想位移是很容易求出來的,但是小位移分析要通過考慮假想位移來計算拉索的張力是很難的。MIDAS/Civil能夠在小位移分析中考慮假想位移,以無應(yīng)力長為基礎(chǔ)進行正裝分析。這種通過無應(yīng)力長與索長度的關(guān)系計算索初拉力的功能叫未閉合配合力功能。利用此功能可不必進行倒拆分析,只要進行正裝分析就能得到最終理想的設(shè)計橋型和內(nèi)力結(jié)果。計算拉索未閉合配合力時,首先,在安裝拉索的前一階段,求出拉索兩端節(jié)點的位移。利用拉索兩端的位移,求拉索變形前長度(L)與變形后長度(L’)之差。根據(jù)差值求出相應(yīng)的拉索附加初拉力(ΔT)。把求出的附加初拉力(ΔT)和初始平衡狀態(tài)分析時計算得出的初拉力(T)疊加作為施工階段的控制張力進行施工階段的正裝分析。 計算參數(shù)①主梁及主塔采用C50混凝土;MPa,=,=,容重γ=25kN/m179。②預應(yīng)力鋼筋采用技術(shù)性能符合國標《預應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T 52242003標準的高強度低松弛7股鋼絞線,抗拉強度標準值=1860MPa,%。③斜拉索采用按GB/T 52242003標準生產(chǎn)的高強度低松弛環(huán)氧噴涂鋼絞線。④主跨結(jié)構(gòu)普通鋼筋采用R235級和HRB335級鋼筋:R235:=195MPa,=195MPa,MPa。HRB335:=280MPa,=280MPa,MPa。①恒載:一期恒載:按箱梁、橫梁、斜拉索及索塔等實際斷面乘以容重,結(jié)構(gòu)自重在計算過程中由程序自動計算,箱梁橫隔板以集中力計入。二期恒載:包括防撞護欄和橋面鋪裝。②活載公路—Ⅰ級,雙向六車道荷載。③溫度荷載溫度梯度按照現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》選取。④基礎(chǔ)不均勻沉降各墩按最大下沉10mm計算,程序自動進行最不利組合。⑤混凝土收縮、徐變成橋后,考慮10年的混凝土收縮、徐變,混凝土箱梁及主塔的收縮徐變由程序自動計算。⑥施工荷載,混凝土濕重按梁段重量引起的荷載和彎矩計入。 作用及其組合 作用1 永久作用一期恒載包括主梁、塔、索及防腐材料荷載?;炷了魉葜?5KN/m179。,179。,梁、塔按實際斷面計取荷載;斜拉索所需鋼鉸線荷載G(1+10%)計(其中10%為防腐材料荷載);主梁橫隔板以集中力計。縱橫加勁肋采用均部荷載計入。二期恒載為橋面(路緣石、防撞護欄、欄桿、燈柱、泄水管、橋面鋪裝等),梁內(nèi)電纜、管線包含在內(nèi)。橋面鋪裝厚度采用8cm,檢修道鋪裝32cm厚的C50混凝土層,容重25KN/m179。2 可變作用采用公路-I級車道荷載。取值按照JTG D602004《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》規(guī)定選取:公路-I 級車道荷載的均布荷載標準值為=;集中荷載標準值選取=360kN;。本橋布雙向六車道,應(yīng)進行多車道效應(yīng)折減,折減系數(shù)采用:折減系數(shù)取值:。3 溫度作用地址處最高溫度30℃ ,極端最低氣溫10℃ ,設(shè)計基準氣溫取20℃。(1)主梁結(jié)構(gòu)正溫差取10℃,負溫差取30℃。(2)溫度梯度按照現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》選取,主梁溫度梯度177。5℃。 作用效應(yīng)組合 根據(jù)結(jié)構(gòu)各部分對強度、剛度、穩(wěn)定性的驗算需要,對上部結(jié)構(gòu)計算,采用以下作用組合見表31。表31 作用組合組合種類荷載組合內(nèi)容組合1自重+二期荷載組合2自重+二期荷載+汽車荷載組合3自重+二期荷載+支座位移組合4自重+二期荷載+系統(tǒng)降溫組合5(包絡(luò))自重+二期荷載+汽車荷載+支座位移+系統(tǒng)降溫 計算模型建立 模型建立模型采用Midas/Civil 。該模型共有474個節(jié)點469個單元。主梁和塔柱采用梁單元,拉索采用桁架單元,在做施工階段分析時,把桁架單元全部替換為索單元進行分析,最后再將索單元轉(zhuǎn)換為桁架單元進行成橋階段分析。 有限元計算模型 模型截面幾何特性計算及材料參數(shù)表32 截面幾何特性特性截面面積(m^2)Asy(m^2)Asz(m^2)Ixx(m^4)Iyy(m^4)Izz(m^4)形心(上緣)(m)鋼箱梁混凝土主梁上、中塔柱下塔柱塔柱橫梁橫隔板表33 材料參數(shù)材料類型彈性模量(kN/m2)泊松比熱膨脹系數(shù)1/[T]比重(kN/m3)鋼材Q345+08+01混凝土C50+07+01鋼絞線Strand1860+08+01普通鋼筋HRB335+08+01 邊界條件橋后計算圖式邊界條件如表33所示,表中x表示縱橋向,y為橫橋向,z為豎向。(0表示自由,1對地面表示固結(jié)或兩個構(gòu)件之間在該自由度上相互約束。)表33 分析計算邊界條件自由度ΔxΔyΔzθxθyθz下塔柱與地面111111索塔與主梁011000主梁與過渡墩011001斜拉索與主梁111000斜拉索與中塔柱111000 成橋階段索力確定將拉索的未知內(nèi)力,設(shè)為未知數(shù)求解。將主梁和主塔主要節(jié)點變位設(shè)為約束條件,用力法的原理進行矩陣位移方程采用反復迭代的方法求解。所有主梁節(jié)點、主塔頂節(jié)點,采用限定Dz位移,由于結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu),所以只要求約束結(jié)構(gòu)的一半,所選的部分參數(shù)控制情況如表34。表34 主要約束節(jié)點參數(shù)約束節(jié)點約束參數(shù)約束上限值(m)約束下限值(m)理論控制值(m)1Dz2Dz3Dz4Dz5Dz6Dz7Dz8Dz9Dz10Dz11Dz12Dz13Dz14Dz15Dz16Dz17Dz18Dz19Dz20Dz21Dz22Dz23Dz24Dz25Dz26Dz27Dz續(xù)表 3428Dz29Dz30Dz31Dz32Dz33Dz34Dz35Dz36Dz37Dz38Dz39Dz40Dz41Dz42Dz43Dz44Dz200Dz296Dz注:上表中Dz表示橋梁豎向位移,負號表示方向向下。主橋為對稱結(jié)構(gòu),故取半個結(jié)構(gòu),對斜拉索從主塔向邊跨,依次編號為A1A18,從主塔向跨中編號依次為J1118,如圖32所示。 拉索編號示意圖求解后,得出各斜拉索的初始索力如表35。表35 斜拉索初拉力拉索編號初拉力(KN)拉索編號初拉力(KN)拉索A14687
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