橋梁概念設(shè)計(jì)期末考題

248.3km。本項(xiàng)目為廣西濱海公路公車至大風(fēng)江段二期工程龍門港至欽州港段，全長(zhǎng)欽州灣屬于典型溺谷型海灣，呈啞鈴狀,由內(nèi)灣、外灣及連接兩者的潮汐通道構(gòu)4～23m10～40m之間。設(shè)計(jì)速度：80km/h1/3001/100橋梁寬度：27m動(dòng)峰值加速度系數(shù)：0.05g通航：530×42m公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTGB01-公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60-公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD62-公路磚石及混土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ022-公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ024-公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范（公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-橋塔混凝土：C50橋面板混凝土：C40主纜：采用極限強(qiáng)度1770MPa的高強(qiáng)鍍鋅鋼絲；吊索：采用極限強(qiáng)度1670MPa的高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲或者鋼絲繩；預(yù)應(yīng)力鋼筋可選用7-j15.24、9-j15.24、12-j15.24或19-j15.24弛鋼絞線（1-j15.24公稱斷面積為140.00mm2）Rb=1860MPaR 對(duì)應(yīng)錨具分別為YM15-7、YM15-9、YM15-12或YM15-19；對(duì)應(yīng)波紋管直徑分別為（內(nèi)徑）70、80、85、100mm（外徑比內(nèi)徑大7mm）筋采用32IVRb=735MPa（冷拉應(yīng)力）R=550MPa；對(duì)應(yīng)錨具 為M34×3（螺距）；對(duì)應(yīng)孔道直徑43mm，錨墊板邊長(zhǎng)a=140mm，相鄰錨板中心15cm。受鋼筋用II級(jí)鋼筋（12~28），Rb=340MPa，R=340~320MPa；非 I級(jí)鋼筋（8~20）Rb=240MPaR=240MPa 約400m，最大水深18m，輔槽緊靠擦人墩，寬約130m，最大水深19。兩沖刷深槽300m700m，潮位較淺時(shí)有礁石出露。橋位區(qū)屬茅尾海及其海積漫灘地貌，地形起伏不大，地面高程3.835.6m31.8m195處發(fā)育一條次生斷層，傾向北西，傾角約37°。巖體表層裂隙發(fā)育，密集，巖體多被切割呈碎塊狀、塊狀，巖體破碎，裂隙面東塔區(qū)塔區(qū)基巖露出露基巖為志留系下統(tǒng)連灘組強(qiáng)風(fēng)化砂巖中風(fēng)化砂巖、巖為志留系下統(tǒng)連灘群(S1ln)⑴水類型及特多年平均氣溫21.9℃，最高月平均氣溫28.3℃，最低月平均氣溫13.5℃，最高氣溫37.5℃，最低氣溫1.1℃，年平均日氣溫高于35℃的日數(shù)為12天。最多，為449.5mm，占年降水量的20.1％；1月至翌年3月期間的降水量?jī)H占全年降水量的11.3％。多年平均降水量2234.8mm，年最大降水量2961.5mm，年最小降水量1425.0mm359.9mm25mm26天。風(fēng)N26NNE9.2N向最大速≥875～11月7～92～45共有3座航標(biāo)燈塔A塔位于亞公山西側(cè)山梁上距離主橋約420m，B塔位于龍門港鎮(zhèn)與擦人墩之間的海面上，在主橋南側(cè)約200m處，C塔位于臺(tái)角東側(cè)海面上，在主橋南側(cè)約480m處。橋位選線宜避讓航標(biāo)燈;龍港船舶修造(龍港船廠)位于龍門港鎮(zhèn)北端，龍門大橋龍港船廠船塢，在大橋施工及運(yùn)營(yíng)期會(huì)對(duì)船廠生產(chǎn)作業(yè)以及安全產(chǎn)生影響。在大橋路線不施，將龍港船廠拆遷事宜?？傮w設(shè)計(jì)階段，按龍港船廠拆遷布置橋位平面。(1)給定的跨度尺寸和平面、橫斷面圖，布置橋塔和錨碇位置；擬定加勁梁、橋塔的截面形式和尺寸，進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)內(nèi)容：邊跨跨度設(shè)計(jì)、主纜矢跨比的擬定、中跨豎曲線設(shè)計(jì)、橋塔高度擬定、加勁梁結(jié)構(gòu)（梁高與桁架布局）的擬定、吊索間距布置、橫橋向尺寸(2)恒載狀態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算結(jié)構(gòu)及桿件的截面特性和恒載，熟悉結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的基本原理，采用有限元結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)的恒載狀態(tài)。(3)計(jì)算公路-I1160m組合梁懸索橋程造價(jià)相對(duì)較高工期相對(duì)較長(zhǎng)且設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)尚未成熟長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐考驗(yàn)；915m組合梁懸索橋1160m鋼箱梁懸索橋程造價(jià)相對(duì)較高工期相對(duì)較長(zhǎng)且設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)尚未成熟長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐考驗(yàn)；660m組合混合梁斜拉橋660m鋼箱混合梁斜拉橋慮防撞設(shè)施；設(shè)備需要大型浮吊等配合；施工措施費(fèi)用較高；無(wú)覆蓋層，樁、第4總體布置在布置橋塔以及對(duì)錨定位置選取時(shí)要注意將橋塔與錨碇的基礎(chǔ)應(yīng)置放在可靠的1120m。結(jié)構(gòu)尺寸的擬定主纜的垂跨比和線fL5.1.21/8～1/12范圍內(nèi)選擇。本次設(shè)計(jì)選擇的垂跨比取為1/10，由于采塔單跨懸吊，根據(jù)主跨跨徑1120m，則主跨編著人民交通的《懸索橋設(shè)計(jì)》書中第10頁(yè)上所寫確定：以左橋塔塔頂為坐標(biāo)原點(diǎn)，橋梁縱向指向右橋塔方向?yàn)閤軸，垂直向上方向?yàn)閥軸，建立平面坐標(biāo) 式中：f——L——主跨跨度邊中跨跨度H邊=H主，因此，若邊跨主纜與主跨主纜在塔頂兩側(cè)的夾角相近（θ邊=θ主），則橋塔兩側(cè)主纜拉力T=H/cosθ近似相等在實(shí)際施工中往往受錨碇遠(yuǎn)近及錨固點(diǎn)高客觀條件限制，根據(jù)《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范條文（）》第5.1.1條的邊中跨比一般值0.2～0.3，以及通過(guò)計(jì)算夾角相等（21.8度），初步擬定本次設(shè)計(jì)的跨度比為0.2009，即1120m225m。加勁梁高與對(duì)大跨度懸索橋而言，懸索橋加勁梁的高寬尺寸與跨度不存在固定的比例關(guān)系。本次設(shè)計(jì)中主要根據(jù)抗風(fēng)理論分析和風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證加勁梁是否具備優(yōu)良的動(dòng)力特4～14m..寬度則由車道寬度及橋面構(gòu)造布置等決定本次設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（T602004）3.3.1條，技術(shù)要求大橋橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為27.0m21.0m2×(23.75m23m索至護(hù)欄21.75m，路緣帶20.5m，分隔帶3.0m。加勁梁支承體須滿足加勁梁端部能繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的要求而如果采用連續(xù)加勁梁的布置形式能于本次設(shè)計(jì)是單跨懸吊，所以采用簡(jiǎn)支支承。吊索的布滿足空氣動(dòng)力穩(wěn)定性要求，腹桿與弦桿的夾角宜滿足39°～51°范圍，主桁節(jié)間長(zhǎng)度14m79束吊索。加勁梁標(biāo)高確橋面標(biāo)高的確定需要考慮最高通航水位和通航要求并考慮橋梁在荷載與溫塔頂標(biāo)高的確2.5～3.0m。截面尺寸的擬定加勁梁截面的3種受力形態(tài)上均有顯著的響應(yīng)。由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主纜主要7.5m。H形截面桿件，鋼桁加勁梁各桿件尺3-1。16cm厚C408cm現(xiàn)代懸索橋設(shè)計(jì)中，對(duì)于主纜的設(shè)計(jì)通常采用空中編絲法（AS法）和預(yù)制平行直徑選定，其主纜所包含鋼絲總數(shù)n即隨之而定。而具有n根鋼絲的主纜應(yīng)有多少股鋼束n1和每股鋼束所含鋼絲數(shù)n2則需要根據(jù)主纜的編制方法確定。并考慮活載為0.25倍的恒載值，初步估算主纜的截面面積，然后選定鋼絲的直徑和吊索尺寸擬吊索鋼絲材料容許應(yīng)力：[]2×1275.3mmA吊=0.005604橋塔尺寸的擬（以橋面以上的橋塔高度為準(zhǔn)1/9~1/11斜桿。四角適當(dāng)修飾，常見(jiàn)的有D字形截面或是削角矩形截面。混凝土塔柱壁厚根據(jù)受力定性進(jìn)行驗(yàn)算。初步擬定為：采用單室薄壁箱形截面，從矩形出發(fā)，箱形截面四6.0×8.0m21.0m，長(zhǎng)邊為順橋向，橋塔截面尺寸自頂向下線性變化。錨碇尺寸的擬重力 8.3.2第5一期恒載計(jì)算q主纜吊索自重：取吊索容重85kN/m3，結(jié)合吊索尺寸擬定中的計(jì)算結(jié)果，可得q吊索85A3270.61120q主桁q橫梁二期恒載計(jì)算橋面板q橋面板250.1611.5橋面鋪裝q鋪裝240.0810.25結(jié)構(gòu)幾何特性桿件名 尺寸桿件名 尺寸面積慣性矩縱梁上弦 縱梁下弦 縱梁豎 H縱梁斜 H橫梁上弦 箱橫梁下弦 箱橫梁豎 H橫梁斜 H橋面縱向小梁 H橋面縱向小梁 H橋面縱向小梁 H橋面縱向小梁 H橋面縱向小梁 H橋面縱向小梁 H平縱 H結(jié)構(gòu)有限元模型對(duì)于本橋上部結(jié)構(gòu)的整體靜力分析，本設(shè)計(jì)采用非線性BNLAS。BNLAS計(jì)算模型的機(jī)理基本上根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間桿系離散分析，主纜及吊索用451187661個(gè)。主纜、吊索模來(lái)模擬主纜和吊索，在BNLAS中對(duì)桿單元設(shè)置成只拉垂索。本設(shè)計(jì)中首先根據(jù)主纜加勁梁、橋塔模5-1結(jié)構(gòu)恒載狀態(tài)計(jì)算結(jié)果加勁梁恒載內(nèi)力計(jì)算5-25-2上弦桿軸力圖5-35-3豎桿軸力圖5-45-4斜腹桿軸力圖5-55-5下弦桿軸力圖橋塔恒載內(nèi)力計(jì)算結(jié) 5-6左橋塔內(nèi)力圖(左：軸力圖kN5-75-7右橋塔軸力圖(左：軸力圖kN主纜恒載內(nèi)力計(jì)算結(jié)5-85-8主纜軸力圖吊索恒載內(nèi)力計(jì)算結(jié)5-95-9吊索軸力圖第6運(yùn)營(yíng)荷載計(jì)算內(nèi)容本橋運(yùn)營(yíng)階段荷載包括：公路I汽車荷載作用分析采用非線性計(jì)算程序BNLAS，可得到加勁梁桿件的彎矩及剪力包絡(luò)圖。加勁梁活載內(nèi)力包絡(luò)移動(dòng)活載對(duì)橋梁的影響可由BNLAS程序計(jì)算得到，活載內(nèi)力包絡(luò)圖如圖6-1~6-10最大值：4022kN79號(hào)單元，68號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小值：-2398kN91號(hào)單元，766-1加勁梁上弦桿汽車荷載軸力包絡(luò)圖最大值：1155kN10號(hào)單元，26號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小值：-317.7kN10號(hào)單元，26號(hào)節(jié)點(diǎn)處。6-2加勁梁豎桿汽車荷載軸力包絡(luò)圖最大值：1162kN16號(hào)單元，29號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小值：-1343kN12號(hào)單元，266-3加勁梁斜腹桿汽車荷載軸力包絡(luò)圖最大值：2418kN93號(hào)單元，77號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小值：-3984kN85號(hào)單元，726-4加勁梁下弦桿汽車荷載軸力包絡(luò)圖橋塔活載內(nèi)力包絡(luò)最大軸力值：17465.95kN9號(hào)單元，25號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小彎矩值：-94235.39kN·m9號(hào)單元，256-5左橋塔汽車荷載內(nèi)力包絡(luò)圖(kN最大軸力值：17504.43kN659號(hào)單元，436號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最大彎矩值：79203.98kN·m659號(hào)單元，436號(hào)節(jié)點(diǎn)處；6-6右橋塔汽車荷載內(nèi)力包絡(luò)圖(kN主纜活載內(nèi)力包最大值：23579.2kN15號(hào)單元，16號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小值：-0.2kN19號(hào)單元，50號(hào)節(jié)點(diǎn)處。6-7主纜汽車荷載軸力包絡(luò)圖吊索活載內(nèi)力包絡(luò)最大值：349.8kN148號(hào)單元，225號(hào)節(jié)點(diǎn)處；最小值：-0.1kN114號(hào)單元，55號(hào)節(jié)點(diǎn)處。6-8吊索汽車荷載軸力包絡(luò)圖結(jié)構(gòu)變形結(jié)下弦節(jié)點(diǎn)最大位移：1.10249m119下弦節(jié)點(diǎn)最小位移：-1.76202m1196-9汽車荷載下的結(jié)構(gòu)下弦節(jié)點(diǎn)位移圖主纜架設(shè)方法AS法架設(shè)時(shí)，風(fēng)不能大，而且需作業(yè)多，在多座懸索橋同時(shí)施工,并且自然條件惡劣的情況下不再適用。PS法即為代替AS法開(kāi)發(fā)的，是在工廠中將數(shù)十根AS法與舊ASAS法是將數(shù)百根鋼絲成束后張拉，與PS法相比索股數(shù)量大為減少，所以新AS法適用根鋼絲張拉，前者鋼