懸索橋畢業(yè)設(shè)計(小跨吊橋設(shè)計)

2003屆土木工程分院石家莊鐵道學(xué)院小跨吊橋設(shè)計土木工程土9901-9學(xué)生姓名李仁強石家莊鐵道學(xué)院土木工程分院導(dǎo)師姓名張志國導(dǎo)師職稱副教授1.熟悉懸索橋的一般構(gòu)造及其特點；2.掌握柔性吊橋的全橋設(shè)計方法，包括主索、橋面系、索塔等；1.設(shè)計荷載：人行3.5kN/m2,驗算荷載汽-10級；3.風(fēng)力：基本風(fēng)壓500Pa;吊橋的主要控制參數(shù)等；第一周：查閱參考文獻，進行方案比選，完成各主要參數(shù)選??；第二至九周：進行懸索橋結(jié)構(gòu)設(shè)計；第十至十二周：CAD繪圖并打印畢業(yè)設(shè)計；小跨吊橋設(shè)計土木工程土9901-9學(xué)生姓名李仁強本課題為小跨度吊橋設(shè)計。現(xiàn)代懸索橋以高速公路為契機，揭開了新的歷史篇章。從20世紀(jì)90年代起，已經(jīng)建成了汕頭海達國家和日本在大跨懸索橋的建設(shè)上更是世界領(lǐng)先。懸索橋相對于其他結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)受力分析也很困難，在此背勁梁，考慮到本橋跨度相對較小，不設(shè)加勁梁。本橋全長94m,分三跨對稱布置，根據(jù)橋址地形圖和當(dāng)?shù)刈匀粭l件選取主跨為68m邊跨各13m。本設(shè)計主要工作就是在此基礎(chǔ)上熟悉懸索橋的一般構(gòu)造和特點，掌握柔性吊橋的全橋設(shè)計方法，包括上面提到的所有各部結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)、用容許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法進行各部驗算。我知道大跨懸索橋的建設(shè)，要經(jīng)過調(diào)研、規(guī)劃、設(shè)計、制造和施工等階段，常常需要10年左右的時間。實際工作并不一定很順利。常常要反復(fù)進行橋梁方案比選、論證析試算及工程造價的費用估算、概算和預(yù)算。由于設(shè)計時間緊迫和本人水平有考慮不到之處和錯誤。我會多查參考書和設(shè)計規(guī)范，多請教指導(dǎo)老師和同學(xué)，爭取把失誤控制到最小。我要通過這次設(shè)計全面復(fù)習(xí)過去學(xué)過的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，根據(jù)自己在設(shè)計知識盲點及時補上，然后不斷學(xué)習(xí)需要的新的專業(yè)知識，成設(shè)計任務(wù)。姓名李仁強土木工程班級土9901-9學(xué)號小跨吊橋設(shè)計張志國副教授摘要本設(shè)計為公路(13m+68m+13m)三跨柔性懸索橋，主跨68m,邊跨對稱13m。Thesubjectofthisthesisisthedesignofasuspensionbridge,whichthearrangementfbridge,thesuspensionbridacrosswiderive,straitandgulf.Asahighlyredundantsystem,itisinevithearrangementofintern I 第一章緒論 11.2懸索橋的發(fā)展概況 3 5第二章懸索橋結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 6 2.2.1橋面系構(gòu)造 62.2.2橋面系縱、橫梁內(nèi)力計算 72.3主索和邊索的計算 2.3.2主索內(nèi)力計算 2.3.3邊索內(nèi)力計算 2.4撓度驗算 2.4.1主索因溫度及荷載作用下的撓度計算 2.4.2邊索因溫度及荷載作用下引起主索跨中撓度的計算 2.5.1抗風(fēng)索布置 2.5.3抗風(fēng)索錨碇的設(shè)計 2.6.3吊桿及連接件設(shè)計 2.7索夾設(shè)計 2.7.2U形環(huán)強度驗算 2.7.3索夾凈截面強度驗算 2.8.1橋塔及基本尺寸 2.8.2橋塔計算 2.8.3橋塔基底應(yīng)力檢算 2.9錨碇設(shè)計橋塔基底應(yīng)力檢算 第三章設(shè)計總結(jié) 參考文獻 致謝 第一章緒論1.1懸索橋的分類、構(gòu)造及主要特點60年代英國提出了新型的懸索橋，突破了懸索橋的傳統(tǒng)形式。英國式懸索橋的1.2懸索橋的發(fā)展概況1.2.1中國懸索橋的發(fā)展歷程1.2.2歐洲懸索橋的發(fā)展歷程于1802年。1.2.3美洲懸索橋的發(fā)展歷程1.2.4日本懸索橋的建設(shè)綜上所述，國內(nèi)外懸索橋的建設(shè)一次次刷新了橋梁的跨徑記錄，并將在21世紀(jì)1.3懸索橋的計算理論簡介1.3.1傳統(tǒng)的“彈性理論”簡介1.3.2撓度理論撓度理論認(rèn)為主纜在恒載作用下取得平衡時的幾何形狀(二次拋物線)將因活載性理論減少1/2-1/10,因此，采用撓度理論來設(shè)計大跨懸索橋可比彈性理論大大節(jié)1.3.3有限位移理論1.4本文主要工作第二章懸索結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2橋面系的計算2.2.1橋面系構(gòu)造縱梁間距0.35m采用114縱梁共12根I14鋼，衡梁全橋共18根I36b鋼圖2-1橋面橫截面布置2.2.2橋面系縱、橫梁內(nèi)力計算假定鋼橋面板寬為4.9m的簡支無限長板，縱橫梁構(gòu)造如圖2-2采用《鋼橋》法計算。即第一階段把縱梁作為橫梁剛性支承的多跨連續(xù)梁，第二階段考慮橫梁的彈性變形對多跨連續(xù)縱梁內(nèi)力進行修正。2.2.2橋面系縱、橫梁內(nèi)力計算2.2.2.1截面幾何特征值的計算(1)第一階段計算①第一階段計算時縱梁有效寬度考慮到車輪承受處橋面板要與縱肋共同工作，應(yīng)計算縱肋的有效寬度，而縱肋的有效寬度與縱肋間距和縱肋的有效跨徑有關(guān)，也就是在計算有效寬度前應(yīng)確定縱肋有效跨徑。縱肋的有效跨徑t,在第一階段中，認(rèn)為縱肋是支承在橫肋上的剛性支承連續(xù)梁，這樣假設(shè)的情況下的有效跨徑可取彎矩部分的平均長度，其值一般為0.7倍的縱肋跨長即t?=0.7t又縱肋跨徑t=3.5m(橫肋間距),t=0.7×3.5=2.45m,汽車-10級的后輪荷載著地寬度2g=0.5m,根據(jù)在《鋼橋》圖1.32(b)圖2-2縱、橫梁布置曲線上查得查《鋼橋》圖1.33得由此可求出圖1-4a所示相應(yīng)與第一階段的縱梁截面幾何特征值②第二階段計算時縱梁有效寬度縱肋有效間距近似等于縱肋間距，查《鋼橋》圖1.33得得縱肋在計算第二階段時有效寬度為由上面的有效寬度，可求出圖2-3b所示相應(yīng)于第二階段縱梁的截面幾何特征值③橫梁橋面鋼板有效寬度按縱橫梁重疊的構(gòu)造處理(圖2-2),橫梁翼緣有效寬度為I字鋼的翼緣寬，其截面幾何特征值列于圖(2-3c)。用于第二階段計算中的相關(guān)剛度系數(shù)γ,可根據(jù)《鋼橋》2.2.2.2第一階段的計算汽-10加重車作用下，沖擊系數(shù)μ=0.3前輪從《鋼橋》圖1.32查得后輪從《鋼橋》圖1.32查得，作用于縱梁上的恒載：縱梁單位長度重力：[見《公路橋涵設(shè)計手冊一基本資料》上冊(人民交通出版社，1976)表2—99]鋼板單位長度重力：g?=0.54×0.01×78.5=0.4239kN/m截面幾何特性按有效寬度計算，重力同樣按有效板寬度0.54m計算瀝青鋪裝總重力(2)縱梁跨中彎矩計算如圖2-4布置活載，縱梁跨中彎矩根據(jù)《鋼橋》公式(1.39d)計算同樣的根據(jù)《鋼橋》公式(1.39c)計算m=0y=225cm式中：y——荷載作用點與支點的距離m——是加載節(jié)點編號中數(shù)值較小的那個編號活載作用下縱梁跨中彎矩：恒載作用下縱梁跨中彎矩：縱梁支點o的彎矩，按荷載最不利布置，如圖2-5對稱o點布置。根據(jù)《鋼橋》公式(1.38a)計算支點o的彎矩(y=150cmt=350cm)圖2-5荷載布置圖圖2-6荷載布置圖橫梁跨中彎矩活載作用下梁跨中彎矩，按荷載對稱布置最為不利如圖2-6橫載作用下梁跨中彎矩l=4.9mI字鋼橫梁單位長度重力g?=0.656kN/m(據(jù)《公路橋涵設(shè)計手冊-基本資料》下冊)表20-10查得橋面鋪裝單位長度重力鋼橋面板單位長度重力縱梁單位長度重力(橫橋共12根)2.2.2.3第二階段的計算(考慮橫梁的彈性變形的修正)0。等值列于表2-1。表2-17m,η,,0支點編號012340n.It000(1)縱梁彎矩修正值計算首先假定橫梁為剛性支承，按圖2-4和圖2-5布載情況，各支點反力根據(jù)《鋼橋》當(dāng)荷載作用在所求支點節(jié)間時當(dāng)荷載作用在其他節(jié)間時縱梁跨中彎矩修正值：按圖2-4荷載作用于節(jié)間荷載中時，各支點反力值(列于表2-2)計算縱梁跨中彎矩修正值。計算橫梁撓曲影響時，為了求出作用于縱梁上的計算荷載，應(yīng)把作用于橋面的荷載按富里葉級系數(shù)展開正弦分布荷載(取n=1)0123456輪輪計..02456表2-3的計算123456000000123456000000=130×3.5×0.35×0.313098261×01234567-.-.1123456輪計-.-.-.5763-.一.-.的計算0123456831000008l000000=130×3.5×0.35×0.313098261橫梁彎矩修正值的計算，同樣按前面的假設(shè)，把縱梁看成剛性支承連續(xù)梁，求出布載下各支點反力然后計算縱梁彎距修正值?，F(xiàn)按圖2-6情況求各支點反力(見表000000輪合計輪000 0用《鋼橋》公式1.120計算為此需先計算出同樣按一輛車對稱布載時圖2-6進行計算，采用《鋼橋》公式1-3d——兩輪中心至橫梁支點距離，由于對稱布載Z——車輪中心線2分之1Z=0.9mX——橫梁彎矩位置?？缰袕澗卮?2-1)式計算得：然后根據(jù)表2-1和表2-6計算見表2-7表2-7表2-7670000Q00200代入△M式計算2.2.2.4彎矩和彎曲應(yīng)力計算恒載彎矩橫梁彈性變形的附加彎矩(縱梁彎矩修正值)橫梁彈性變形的附加彎矩：括號內(nèi)數(shù)字為不加修正時的支點彎矩下同恒載跨中彎矩活載跨中彎矩(包括沖擊影響)橫梁彈性變形的附加彎矩合計(4)縱、橫梁的截面應(yīng)力計算計算縱梁的截面應(yīng)力時，對第一階段的彎矩截面幾何特征值應(yīng)采用圖2-3a的數(shù)值。對于第二階段的彎矩則應(yīng)采用圖2-3b的數(shù)值縱梁跨中截面應(yīng)力縱梁截面支點應(yīng)力橫梁跨中截面應(yīng)力2.3.1基本參數(shù)計算矢跨比：主索在橋塔頂傾角：tanφ=0.421邊索在橋塔頂傾角：2.3.2主索內(nèi)力計算：2.3.2.1恒載計算橋道恒載(按橫梁間距3.5m內(nèi)計算)橫梁：鋼橋面板：4.4×3.5×0.01×78.5kN/m橋面鋪裝：4.4×3.5×0.06m×23.0kN/m沿橋半邊重力：主索重力：抗風(fēng)索：0.25kN/m2.3.2.2恒載作用下主索水平拉力：2.3.2.3活載內(nèi)力計算最不利偏載時的橫向分布系數(shù)計算。橋面凈寬3.9m(橫梁計算跨徑為4.9m),偏載車輪距車道0.5m,車輪距橫梁支點距離為1m,如圖2-7所示圖2-7荷載布置圖沖擊系數(shù)等代荷載查公路設(shè)計手冊《橋涵基本資料》上冊P41汽-10,k=7.68kN/m。P=η(1+μ)K=0.612×1.36×7.68=6.392kN/m汽-10作用下主索水平拉力2.3.2.4主索水平拉力H=Hg+Hp=666.18+516.12.3.2.5主索在索鞍處最大內(nèi)力計算邊索傾角：安全系數(shù)2.4撓度驗算溫度上升溫度下降荷載作用下主索彈性伸長代入(2-3)式的全部鋼絲斷面積汽-10全跨布載時彈性伸長Hp=516.15kNE=1.3×10?MPa=1.3×10?kN/rF=0.00497m2恒載作用時彈性伸長同樣采用上面的公式主索伸長引起跨中矢高f的變化得升溫時降溫時活載作用時恒載作用時最不利情況活載作用和升溫時2.4.2邊索因溫度及荷載作用下引起主索跨中撓度的計算同主索一樣的公式進行計算溫度變化和荷載作用下的邊索伸長左岸邊索伸長度升溫時降溫時活載作用時由主索傳來的邊索活載拉力，可將主索傳來的恒載和活載的拉力減去恒載引起的邊索拉力，邊索恒載拉力Tp=Tp+g-Tg=1289.346-726恒載作用時△s左=0.0060+0.19179=0.0258m△s右=0.0060+0.19179=0.0258m2.4.3最不利情況下跨中矢高變化值計算安全2.5抗風(fēng)索的計算2.5.1抗風(fēng)索布置抗風(fēng)索曲線方程跨中為坐標(biāo)原點)抗風(fēng)索平面與水平面成300角抗風(fēng)索矢高按主跨范圍內(nèi)為曲線范圍外為直線)抗風(fēng)索在跨端處的切線傾角將抗風(fēng)索的邊索與水平面夾角為φ取右邊索為例，推算各邊索夾角邊角實際長度(抗風(fēng)索直線段)b在垂直方向的投影高邊索傾角擬使邊索垂直于錨碇樁，因而錨碇樁與垂直方向夾角為3022',見圖2-8圖2-8錨樁2.5.2抗風(fēng)索的設(shè)計2.5.2.1抗風(fēng)索風(fēng)力計算橫橋向迎風(fēng)面積計算欄桿橋面系風(fēng)壓強度橋位處基本風(fēng)壓500pa0.5kN/m2,風(fēng)壓力W=0.5×53.2153÷66.5=02.5.2.2.抗風(fēng)索主索設(shè)計主索水平拉力主索最大拉力主索強度驗算采用6×37有機物蕊的Φ28.5鋼繩，破斷拉力為386.00kN安全系數(shù)風(fēng)力為次要的可變荷載，對此已屬安全2.5.2.3抗風(fēng)拉索的設(shè)計如圖2-9取跨中節(jié)點，作用于節(jié)點上的力為從圖2-9得安全2.5.3抗風(fēng)索錨碇的設(shè)計圖2-10錨碇傾角安全系數(shù)錨碇拉桿設(shè)計安全采用2Φ32圓鋼拉桿其面積有效面積半徑15mm錨碇樁設(shè)計錨碇樁25號混凝土，尺寸0.5m×0.5m×2.6m按最低配筋率配筋：0.15%鋼筋總面積為選用8Φ18光圓鋼筋的總面積錨碇拉力由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》4.1.12條式中0.25m為纜索錨碇拉力作用點至錨臺頂?shù)木嚯x受彎正截面強度，按平衡條件計算中性軸正截面強度公式a=4cmh?=50-4=46cm2.6.1吊桿形式和各部尺寸吊桿構(gòu)造見大圖2.6.2吊桿承受的荷載內(nèi)力抗風(fēng)索恒重：0.25kN最大吊桿自重估計：2.2kN由于橋窄(如圖1-2),不能偏載布置只能對稱布置，橫向分布系數(shù)η=0.5對任一吊桿，最不利位置為汽-10車輪作用于一吊桿處(見圖2-11)吊桿由上、下兩段組成，上段由一根軋制圓鋼通過上連接塊連接，下段由兩根軋制圓鋼與橫梁連接，以便在安裝和使用過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)吊桿長度。下吊桿設(shè)計選用2Φ38的下吊桿、螺紋深度h=3.5mm,以螺桿最小凈截面驗算實際應(yīng)力上吊桿設(shè)計選用Φ48上吊桿，螺紋深度h=4.5mm連接塊驗算上連接塊驗算A?鋼下連接塊最小截面比上連接塊大，可不驗算。2.7索夾設(shè)計2.7.2U形環(huán)強度驗算U行環(huán)采用45號鑄鋼I-I截面拉應(yīng)力驗算IⅡ-IⅡ截面剪應(yīng)力驗算II-III截面剪應(yīng)力2.7.3索夾凈截面強度驗算I-I截面剪應(yīng)力驗算IⅡ-IⅡ截面鋼銷對U形環(huán)的擠壓應(yīng)力2.8.1橋塔及基礎(chǔ)尺寸1.設(shè)計荷載汽-102.地基：強風(fēng)化黑云斜長片麻巖σ?=480kPa3.風(fēng)壓500Pa4.材料橋塔用20號鋼筋混凝土，基礎(chǔ)下半部用20號混凝土5.構(gòu)造見圖2.8.2.1基本假定1.橋塔本身為一框架結(jié)構(gòu)，塔腳當(dāng)作嵌固考慮，橋塔分別按縱向(順橋方向)及橫向(垂直橋軸方向)兩種情況計算應(yīng)力2.風(fēng)力只計算橫向引起的應(yīng)力3.溫度變化使橋塔產(chǎn)生的應(yīng)力只計溫度降低的影響，因控制橋塔設(shè)計的外力主要是垂直力，而溫度降低時產(chǎn)生的垂直力最大。4.混凝土收縮影響。按照溫度降低15°℃考慮。5.不計地震力2.8.2.2塔拄承受的荷載計算帽梁：每個柱上柱每個柱橫梁G?=25×7.05=176.25每個柱每個柱邊跨支反力估計200kN每根塔柱重力式橋墩(以南岸橋墩計算為例)表2-8活載靠近塔柱A(KN)B水平力垂直力垂直力合計索傳來的力汽車活載人行活載索鞍重力塔頂力的總合I-I斷面帽梁上柱橫梁下柱汽車荷載人群風(fēng)力合計墩身IⅡ-Ⅱ斷面IⅡ-Ⅱ斷面合計輥軸滾動產(chǎn)生的摩阻力按下式計算對塔未計入溫度影響N?=1128.75計入溫度影響N?=1397.46得2.8.2.3橋塔內(nèi)力計算橋塔分別按順橋方向(縱向)及垂直橋面軸方向(橫向)二種情況進行計算橋塔縱向內(nèi)力計算不計地震荷載的內(nèi)力計算橋塔的縱向作用力為主索，錨索傳來的垂直力及索鞍輥軸與支座的水平摩擦力。不考慮塔柱平面的扭曲作用及剪力引起的應(yīng)力，塔柱彎曲應(yīng)力由下式計算y——塔柱頂?shù)乃轿灰屏縞——索鞍位移量橋塔各斷面的變位計算由輥軸滾動摩擦力Ho溫=14.71kNH?=11.88kN塔頂與計算斷面間的位移以塔頂為原點y.值可采用近似公式計算(即將用級數(shù)展開)式中：h——塔柱高度18.57mx——塔頂?shù)接嬎銛嗝婢嚯xy?——塔頂水平位移塔頂水平位移采用材料力學(xué)的方法計算表2-9應(yīng)力計算表續(xù)表2-9主橋支座偏心橋制動力(kN)制動力距計算斷面距離d(m)邊跨支座摩擦力f(kN)F距各斷面距離e(m)彎距組合I①+②+③+④+⑥彎距組合Ⅱ①+②+③+④+⑤+⑥正應(yīng)力摩應(yīng)力續(xù)表彎應(yīng)力橋塔橫向內(nèi)力計算系數(shù)計算圖2-12ab梁截面圖2-13cd梁截面主力計算(1)橫梁重力計算下橫梁c-d重力PRINTFORCELEMENTSOLUTIONPER*****POST1ELEMENTNODE1FX(2)風(fēng)荷載作用下橋塔桿件內(nèi)力計算錨索外露高度7m錨索長度則主索風(fēng)壓力自上部結(jié)構(gòu)計算約得0.1kN/m橋塔本身承受的風(fēng)力為簡化計算：假定風(fēng)力分別作用在帽梁和橫梁承受本身風(fēng)力及柱風(fēng)力的一半，橫梁承受上下柱風(fēng)力一半和來自橋上的風(fēng)力。帽梁本身風(fēng)力橫梁承受風(fēng)力主橋面及人行道迎風(fēng)面高h=0.36+0.14+0.07+0.25=迎風(fēng)面積邊跨(3)風(fēng)力作用時的內(nèi)力的風(fēng)力距帽梁形心)則ansys計算結(jié)果如下：PRINTFORCELEMENTSOLUTI*****POST1ELEMENTNODETOTALFORCELIS(4)溫度降低及混凝土收縮引起的橋塔桿件內(nèi)力的計算最高溫度42?合攏溫度+20°溫度變化42-20=22℃混凝土收縮按相當(dāng)于降溫-15℃考慮，其計算溫度中橫梁對塔柱腳相對變位為將中橫梁兩端固定時，由于相對位移產(chǎn)生的固端彎距E=2.7×10?/1.5=1.9×104MPa代入(2-7)式ansys計算結(jié)果如下：12220.674-0.26766E-14-140.0934ELEM=6FX*****POST1ELEMENTNODETOTALFORCE121222322336525頂橫梁ab與柱相連處為一危險截面，危險截面距柱中心距離為60cm上橫梁的計算跨徑為590cm上橫梁重力正彎距g=45.94kN/m由表查桿端最大彎距M=-82.433kN·mM=82.433kN·m由圖2-15得圖2-15橫梁重力負(fù)彎距Mb=-82.433kN·m按極限狀態(tài)進行強度檢算Mn=38.6-82.433=-43.83kN·m荷載組合按容許應(yīng)力法進行驗算在截面上緣配筋采用8Φ20下緣用10Φ25上緣鋼筋面積F'=25.13cm2h?=100-5=95cm下緣鋼筋截面積塔柱與橫梁cd的連接處應(yīng)力驗算斷面處恒載彎距查表荷載組合按極限狀態(tài)法進行強度驗算按容許應(yīng)力法驗算符合要求2.8.2.4橋塔塔柱設(shè)計斷面尺寸及鋼筋布置已在塔柱縱向計算中確定根據(jù)容許應(yīng)力計算結(jié)果，柱邊緣出現(xiàn)拉應(yīng)力，屬大偏心構(gòu)件，現(xiàn)沿柱周邊配Φ20受力鋼筋如圖2-16所示立面截面8按單筋計算340×0.003769安全2.8.3橋塔基底應(yīng)力驗算基底應(yīng)力檢算：安全錨碇的拉桿按六邊形均勻分布于200×150cm的范圍內(nèi)，其錨碇板為板長6.4m寬3m厚1.5m的鋼筋混凝土板，混凝土標(biāo)號為20號，支承于全風(fēng)化斜長片麻巖。計算數(shù)據(jù)主索最大拉力H?=666.18kNH?=516.15kN荷載組合：承托板采用20號混凝土，尺寸為640×300×150cm鋼筋采用Φ25承托板兩端支承于巖石上，承壓應(yīng)力σ=350kPa支承巖石抗剪力取70kPa承托板的計算承托板計算按等厚度簡支板計算跨徑內(nèi)力計算正截面設(shè)計跨中截面主筋采用層80φ25鋼筋受拉鋼筋凈保護層取5cm中性軸位置按《橋規(guī)》式4.1.6-2計算單筋截面=12914.88kN>1707.04kN安全受壓區(qū)高度符合條件1/4處截面主鋼筋采用兩層50Φ25鋼筋安全受壓區(qū)高度符合條件斜截面抗剪強度驗算箍筋采用Φ8,間距@30cm每邊用14根Φ8,彎起鋼筋分兩斷設(shè)置。a——b假定采用30Φ25彎起鋼筋，按“橋規(guī)“式4.1.10-1驗算強度如下：代入(2-8)式得Qk+Qw=3736.3+2124.8=5861.1kN>761.013kNbc段設(shè)6根彎起鋼筋，箍筋布置同前Qw=0.06×340×6×4.91×0.7071=424.96kNQx+Qw=2549.76kN>829.778kN錨碇基礎(chǔ)驗算按現(xiàn)行《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(JTJ024-85)規(guī)定以容許應(yīng)力法計算。巖石承壓應(yīng)力驗算承托板在巖石上的支承抗剪穩(wěn)定驗算沿主索錨固斜面，洞室?guī)r層平均長度10m巖石直接平均容許剪應(yīng)力為0.07MPa斜面抗剪驗算豎直面抗剪驗算令抗剪面所需要的錨洞的平均高度為取4m,安全考慮，上面加片石覆蓋水平面抗剪驗算H=T?cosα=1289.346×0.91由于偏安全取10m計算設(shè)計一座橋梁包括以下幾個階段：橋梁的規(guī)劃設(shè)計、初步設(shè)計(方案設(shè)計),技術(shù)橋梁的未來發(fā)展方向是大跨、輕質(zhì)、美觀。懸索橋是迄今為止跨度最大的橋梁，[1]徐君蘭.橋梁計算示例集懸索橋[M].北京：人民交通出版社，1991[2]周遠櫟徐君蘭.鋼橋[M].北京：人民交通出版社，1991[3]徐君蘭.懸索橋[M].北京：人民交通出版社，2001[4]小西一郎.鋼橋，第一分冊[M].北京：人民鐵道出版社，1981[5]尼爾斯J.吉姆辛.纜索承重橋梁[M].北京：人民交通出版社，1992[6]交通部.公路橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1999[8]錢冬生陳仁福.大跨懸索橋的設(shè)計與施工[M].成都：西南交大出版社，1999[9]劉健新胡兆同.大跨度懸索橋[M].北京：人民交通出版社，1996[11]馮忠居.基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社，2001[12]雷俊卿.懸索橋設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2002[13]周孟波.懸索橋手冊[M].北京：人民交通出版社，2003[15]李富文.鋼橋[M].北京：中國鐵道出版社，1976題，在這里向他們表示深深的謝意!最后感謝家人對我的鼓勵和關(guān)懷!附錄1英文翻譯懸索的振動前言1732年，PanielBernouli對一端懸掛的不可伸長繩索振動模型給出了解答。1781年分析》一書中公布于世。1820年，泊松給出懸索的一般運動方程，此方程在笛卡爾得出一個近似求解。1868年Routh對擺線懸索的對稱和不對稱垂非平面振動的分析方法元的總剛度距陣，[K]和[M]均是2n×2n,距陣，將方程(3)代入(4),振動方程變?yōu)榉N非平面振動頻率如表1所示。Henghold和Russell運用有限元方法建立懸索模型，非平面振動頻率和振動模型為研究懸索的非平面自由振動，圖3給出了典型的懸索體系。體系共分成200個部分和50個單元，運用上述分析方法，對不同弦長可以計算出前四種振動模型(兩個對稱和兩個不對稱)的振動頻率。計算結(jié)果如圖4所示，其中，對于全范圍矢跨比的前四種振動模型的振動是采用對數(shù)坐標(biāo)的。從圖中可以明顯看出，對于張緊索(左手邊的曲線)來說，前四種振動頻率是相當(dāng)不同的。典型模型的相應(yīng)形狀如圖5所示。當(dāng)體系變得松弛，比如矢跨比增加，那么非對稱模型振動頻率持續(xù)減少，然而對于對稱模型，頻率最初減少過后，又象A點和B點那樣增加。對稱模型最后變成和非對稱模型相符合。這種現(xiàn)象，即我們所知的“模型交叉”,是由于在對稱模型中產(chǎn)生的附加張力而發(fā)生的，并且與體系的彈性直接相關(guān)。從模型交叉點開始，對稱模型發(fā)展出了兩個額外的nodal點，如圖6中所示，但非對稱模型在大體上沒有改變。隨著體系松弛度的增加，圖4中代表不同模型種類四條曲線變得多少有些平行，然而，對于非常大的松弛，對稱模型的頻率接近非對稱模型的頻率，圖7為當(dāng)f/L=0.45特征值時被放大的模型形狀。為了能將數(shù)字結(jié)果與可以得到的分析結(jié)論相對比，圖4所示的曲線在圖10中以另一種形式表示出來。在這種表示中，根據(jù)索端不同的傾斜角標(biāo)出不同的自然頻率。由于θ?≈1,可以使用弦的自然振動理論。在這個理論中，自然頻率是由公式(9)得出的。式中T指弦的張力，由下面的公式得出，將方程(8)帶入(7)中，該式與圖10中所列的w'初始值非常符合。對于小傾角θ,可以運用Irvine和Caughey提出的自由振動線性理論，在這種理論中，體系被認(rèn)為是呈拋物線狀的，對稱模型的自然頻率由下面的非線性方程得出。式中w”和λ由下式得出：非對稱模型的自然頻率由方程(7)得出，此時n=2,4。在目前的體系中運用此理論，結(jié)果顯示在圖10中可以看出來，盡管對于小的θ?角，分析結(jié)論的精確度降低了，這可以由下面的事實進行解釋，即該理論假定用近似的拋物線來表示體系，對于較大的θ,角，這種表示不再精確，在這種情況下，因為索中的張力不大，可以假定體系是不可伸長的，因此可以對不可伸長的懸索的自由振動使用分析結(jié)論，如前面已經(jīng)提到的，Pugsley針對懸索的前三個自然頻率得到了如下的半經(jīng)驗公式：式中w,和w?與非對稱模型有關(guān)，w?與對稱模型有關(guān)，在目前的體系中使用這些公式，結(jié)果如圖10中所示，可以看出對于第一個模型(非對稱),當(dāng)0°<θ?<65°時，方程(13)是適用的，但大體上，結(jié)果變得不太精確。在第三個模型中(非對稱),當(dāng)θ?>35°時，從方程(15)中得到的頻率毫無準(zhǔn)確性。Saxon和Cahu對不可伸長的纜索給出了一個更為精確的分析結(jié)論，在圖10中表示出了兩位作者給出的針對不同的θ,值的前四個模型振動的自然頻率，可以看出，大體上結(jié)果比用方程(13)-(15)得出的更精確并涵蓋了更大范圍的體系松弛。然而，可以從圖11中看出，對于非常大的θ?值，結(jié)果的精確度喪失了。通過比較不同的模型，分析結(jié)論的精確度，很明顯的，模型數(shù)字越大，即頻率越大，結(jié)果也越準(zhǔn)確。由于漸近的分析結(jié)論對振動周期的第二階段存在準(zhǔn)確性，所以這樣的結(jié)果是可以預(yù)料的。分析圖7時，可以很有趣地注意到在響應(yīng)的對稱和反對稱模型中，體系的右半部分的模型形狀間的相似性，把幾種模型形式放在一起，可以發(fā)現(xiàn)隨著矢跨比趨向無窮，這種相似性增加了，這說明在fll=0.5這一界點時，相應(yīng)的對稱和反對稱模型對體系的半幅模型是完全一樣的。為了證明這一點，我們考慮了模型處于同樣條件下的體系的自由振動情況(圖8)假定平衡的細小擺動非常小，因此忽略非線性條件，就得到了運動方程如下：分。假設(shè)是一個調(diào)和的運動，方程(16)變換為一個由下面的第二階段微分方程定義的特征值問題。方程(18)能由數(shù)值解，分析的結(jié)果表明在反對稱模型中，體系的兩個半幅均向相同的方向運動，而在對稱模型中，兩個半幅向相反的方向運動。結(jié)果也證實了在相應(yīng)的對稱和反對稱模型對中體系的半幅模型形狀不存在區(qū)別。它也表明兩種模型都有相同的自然頻率。Goodey注意到了這一點，并且提出了當(dāng) 時另一個交叉點。平面外振動的分析方法如圖12,設(shè)有一小段AB,它產(chǎn)生形變后的幾何形狀A(yù)'B'的運動方程可以寫為(圖度方向T是在體系處于靜態(tài)平衡狀態(tài)下的體系張力。△T是在運動過程中產(chǎn)生的附加張力。假定運動的平面內(nèi)部分可以忽略，對圖13進行幾何考慮可以得到：方程(21)給出了運動過程中體系中產(chǎn)生的附加張力，假定纜索由線性彈性材料制成，則附加張力可以由下式得出：將方程(22)代入方程(19)中得：考慮到在垂直平面內(nèi)只存在微小的擺動，方程(23)中的第二項可以忽略不計，則運動的線性方程為：考慮體系中的彈性那么將方程(25)代入(24)得：對于一個彈性的懸鏈線體系，可以得到拉力T由下式得出：式中H是纜索拉力的水平部分假定項為一個調(diào)和的運動。b?=1.0b?=0.0振動的平面外自然頻率及模型不可拉伸纜索自然頻率的閉合形式解因此，不可拉伸懸索的第二個(對稱)和第三個反(反對稱)自然頻率的近似公式由下式給出：在圖18中，用方程(47)-(49)計算的自然頻率根據(jù)顯，推薦的公式能較好地估算出，不可拉伸體系的平面內(nèi)自然頻率。應(yīng)當(dāng)注意到，因為在反對稱模型中，彈性不會在體系中產(chǎn)生任何附加應(yīng)力，它對自然頻率的影響可以忽略。因此，方程(47)和(49)也適用于可拉伸的纜索。對于對稱模型，彈性的影響不可忽略，因此方程(48)不適用。然而，從圖10中可以注意到，拉伸纜索。平面外振動因此，懸索前4個平面外自然頻率的近似公式為：在圖19中，由方程(55)~(58)算出的自然頻率根據(jù)不同的角度用坐標(biāo)標(biāo)出，明顯地，推薦的公式能很好地估算不可拉伸體系地平面外自然頻率。對于輕微地振動，在擺動時，彈性不會產(chǎn)生附加張力，因此它對自然頻率的影響可以忽略不計，且方程(55)~(58)結(jié)論可以看出，對于懸索的平面內(nèi)和平面外的自然頻率，現(xiàn)有的實驗性或分析性解決方法，能在有限的失跨比范圍內(nèi)得到一個很好的近似結(jié)果，但涵蓋整個矢跨比范圍的解決方法是不存在的，基于Rugsleg推薦的公式，可以得到適用于比較大的矢跨比范圍的自然頻率的準(zhǔn)確閉合解。附錄2設(shè)計圖紙共7張設(shè)計圖紙，1張手工圖6張CAD圖小跨吊橋設(shè)計土木工程分院土木工程李仁強指導(dǎo)教師：張志