《公路斜拉桥设计规范》宣贯-结构分析计算-李会驰

6.1.3
6.2.1-3 6.2.1-4 新增
征
进行局部静力分析时，计算区域应满足圣维南原理
6.1.2、6.1.3
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一、规范条文概况
3 《规范》结构分析计算
《公路斜拉桥设计规范》（JTG/T 3365-01—2020）宣贯
6.2.8
对风荷载等横向荷载，索塔分析可采用平面框架模型
6.2.5
主梁为箱形结构时，应考虑扭转翘曲影响。
6.2.1-6
主梁为组合结构时，应考虑主梁的两种材料不一致而引起的结 6.2.1-7
构内力重分配
按施工过程，根据现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 6.2.10
设计规范》（JTG 3362）的规定计算混凝土收缩徐变效应
2007版《公路 斜拉桥设计细则》
7.2.3 斜 拉 桥 结 预应力混凝土梁斜拉桥应计入预应力效应和汽车荷载效应；组 构 的 设 计 合梁斜拉桥应计入桥面板预应力效应和汽车荷载效应；钢箱梁 成 桥 状 态 斜拉桥应计入汽车荷载效应。 分析
6.2.2
基础计算应符合现行《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363）的规定 重力式地锚计算应包括抗倾覆、抗滑移，其安全系数应不小于 2.0
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一、规范条文概况
1 斜拉桥的安全性
各类斜拉桥的安全事故，警示质量安全在工程建设上的重要性
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• 2018年3月，美国FIU人行天桥 在施工过程中发生垮塌
• 事故分析（施工）：12号节点 的承载力不足，引起垮塌
• 一般规定 • 成桥状态静力分析 • 施工阶段静力分析 • 静力稳定分析 • 动力分析
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一、规范条文概况
3 《规范》结构分析计算
章节划分 分析目的 设计状况 作用 刚度特性 材料弹塑性 阻尼特性 质量特性
验算成桥
永久作
成桥状态
状态的承 持久状况 用和可 √
静力分析
载性能
变作用
弹性
验算施工
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一、规范条文概况
1 斜拉桥的安全性
各类斜拉桥的安全事故，警示质量安全在工程建设上的重要性
• 2018年1月，哥伦比亚Chirajara桥在 施工时垮塌
• 事故分析（施工）：塔柱斜率变化、 使得塔柱节点处产生横向拉力；当横 梁内的抗拉钢筋配置不足或锚固无效 时，横梁与塔柱的联结点的破坏，从 而引发大桥的倒塌
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一、规范条文概况
3 《规范》结构分析计算
成桥 状态 静力 分析
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7.2.5
汽车荷载（不计冲击力）引起的竖向挠度，当汽车荷载作用于
6.2.8
混凝土索塔和混凝土主梁的强度计算，应符合现行《公路钢筋
混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362）的规定 7.2.4 钢索塔、钢主梁和组合结构主梁的强度计算，应符合现行《公 斜 拉 桥 主 路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64）的规定 要构件的
斜拉索的承载力应满足下式要求: 强度计算
交通运输部公路工程行业标准宣贯 《公路斜拉桥设计规范》JTG/T 3365-01—2020
重点修订内容详解（四）：斜拉桥结构分析计算
李会驰
高级工程师 中交公路规划设计院有限公司标规室副主任
2020年8月
宣贯内容
一、规范条文概况 二、规范条文解读 三、讨论和展望
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检验索塔与横梁连接区、索塔与主梁连接区、 索塔的锚固部位、主梁的锚固部位等应力扰动 区的承载力
在永久作用和施工荷载作用下，主要构件的最 不利内力和应力 施工阶段 静力分析 在永久作用和施工荷载作用下，斜拉桥典型应 力扰动区的受力情况
在永久作用和可变作用下，斜拉桥的整体稳定 静力稳定 和局部稳定
分析 在永久作用和施工荷载作用下，斜拉桥的整体 稳定和局部稳定
成桥状态下结构的强度、刚度和稳定性应满足要求
7.1.2 斜 斜拉桥结构的总体静力分析、局部静力分析、稳定分析和动力 6.1.2、6.1.3
拉 桥 的 结 分析宜采用空间结构计算模型
构 计 算 模 在方案设计阶段，总体静力分析可采用平面杆系计算模型，并 型 、 几 何 应考虑下列因素： 特 性 、 边 1）荷载横向分布； 界 条 件 应 2）空间斜拉索简化为平面索的索力换算； 反 映 实 际 3）若拉索锚固点与主梁（索塔）形心位置不同时，宜考虑拉 结 构 状 况 索偏心对主梁受力（索塔）的影响 和受力特
杆-压杆模型进行锚固部位结构验算
6.2.1-9 6.2.6-1
新增
钢梁的索梁锚固部位还应进行局部稳定分析和疲劳分析
6.2.6-2
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3 《规范》结构分析计算
成桥 状态 静力 分析
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1 斜拉桥的安全性
各类斜拉桥的安全事故，警示质量安全在工程建设上的重要性
• 1999年9月，台湾集集地震（里式7.6级）中处于施工的集鹿大桥产生地震损伤
• 事故分析（地震）：桥塔在墩梁固结处400cm范围出现混凝土剥落（横桥向塑 性铰），斜拉索脱落，主梁在过渡墩的相对位移过大
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成桥 状态 静力 分析
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塔梁连接区、斜拉索锚固部位及钢混结合部等受力复杂部位应 进行局部分析
7.2.2 局部分析和应力计算宜采用空间有限元方法，其计算模型边界 斜 拉 桥 结 条件应能真实反映实际结构的受力状况 构 的 局 部 索塔锚固部位配置预应力钢筋时，可按现行《公路钢筋混凝土 静力分析 及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362）的规定，采用拉
分析方法及 控制措施
结构分析 确定效应、抗力和其他性能 结构模型、作用模型、分析方法
结构体系与构件 的承载性能
极限状态设计和分项系数设计 承载能力极限状态： 正常使用极限状态：
地基与基础的方 案和承载性能
材料和岩土的性能 强度、弹性模量、变形模量、压缩 模量、粘聚力、内摩擦角等物理力
学性能，以及测试方法。
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•《公路桥涵通用设计规范》 •《公路桥梁抗震设计规范》 •《公路桥梁抗风设计规范》 •《公路桥梁抗撞设计规范》 •《公路斜拉桥设计规范》 •《公路悬索桥设计规范》
•《公路混凝土桥涵设计规范》 •《公路钢结构桥梁设计规范》 •《公路组合桥梁设计施工规范》
斜拉索的承载力应满足《公路钢结构桥梁设计规范》的规定，
部分斜拉桥用斜拉索的强度设计值提高50%；短暂状况斜拉索的
抗拉强度设计值宜提高25%
6.2.7
3.4 4.3.4-7
斜拉索的疲劳计算，应符合现行《公路钢结构桥梁设计规范》 新增 （JTG D64）的规定。其中部分斜拉桥斜拉索的疲劳应力幅应控 制在80MPa
在船舶撞击作用下结构的内力、变形
检验基础、索塔和桥墩的承载力
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一、规范条文概况
3 《规范》结构分析计算
一般 规定
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7.1.1 斜拉桥应进行结构的静力分析、稳定分析和动力分析，施工阶段和 6.1.1
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1 斜拉桥的安全性
各类斜拉桥的安全事故，警示质量安全在工程建设上的重要性
• 2007年6月，广东九江大桥发生船撞桥事故， 桥面坍塌200m，事故造成8人死亡
• 事故分析（船撞）：船舶因偏离航道，致 使船头与九江大桥23号桥墩发生触碰，导 致九江大桥23号、24号、25号三个桥墩倒 塌，并引发所承载桥面坍塌
永久作
施工阶段
阶段的承 短暂状况 用和可 √
静力分析
载性能
变作用
弹性
验算成桥、
施工阶段
永久作
静力稳
持久状况
结构的整
用和可 √
定分析
短暂状况
体和局部
变作用
稳定性
弹塑性
验算抗风、
永久作
动力
偶然状况
弹性源自文库
抗震和抗
用和偶 √
√
√
分析
地震状况
弹塑性
撞性能
然作用
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3 《规范》结构分析计算
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斜拉桥结构分析宜计入几何非线性的影响，考虑斜拉索垂度效 6.2.1-2
应、P-∆效应、大位移效应
6.2.1-5
斜拉桥结构分析，宜考虑基础变位对结构的影响：
6.2.1-7
成桥 状态 静力 分析
1）有限元模型将基础与其他结构按施工形成过程一并考虑时， 应计入桥墩、索塔施工偏心对基础的影响和桥梁横向荷载对基 础的影响
7.2.1 斜 拉 桥 结 2) 当基础单独分析时，除应计入桥墩、索塔施工偏心和桥梁横 构 的 总 体 向荷载的影响外，还应计入上部结构产生效应后对基础产生的 静力分析 二次效应
在地震作用下结构的内力和变形
动力分析 在风荷载作用下结构的静力及动力响应
检验基础、索塔、桥墩、主梁、斜拉索和支撑 连接装置的承载力 检验索塔与横梁连接区、索塔与主梁连接区、 索塔的锚固部位、主梁的锚固部位等应力扰动 区的承载力
检验结构的稳定性系数
检验结构的稳定性系数
检验基础、索塔、桥墩和支撑连接装置的承载 力、延性性能和变形性能 检验斜拉桥的空气动力稳定性、斜拉索的风振 和风雨振性能
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一、规范条文概况
1 斜拉桥的安全性
安全是工程结构的基本要求，人类对结构安全的追求由来已久
《汉谟拉比法典》对建筑安全的要求：“同态复仇法”
汉莫拉比 约公元前1792~前
1750年在位
工匠建造的房屋倒塌，若压死了屋主，把工匠处死，若压死的是房主的妻子 或儿子，就把工匠的妻子或儿子处死。
《建筑十书》要求建筑的三要素：实用、坚固、美观
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结构体系与构件 的强度、耐久性
地基与基础的强 度和变形性能
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2 斜拉桥设计的标准体系
针对四类因素，以可靠性理论为基础，在桥梁设计规范中逐
一落实
公路工程结构可靠性设计统一标准
荷载作用的 模型和取值
桥涵结构 的作用
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一、规范条文概况
2 斜拉桥设计的标准体系
桥梁工程是跨越沟谷河流的人工构筑物，勘察设计需重点关 注四类因素
自然和社会环境 的作用规律
桥梁的 静动力特性
桥梁构件的 承载性能
地基与基础的 承载性能
荷载作用的 模型和取值
分析方法及 控制措施
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一、规范条文概况
2007版《公路斜拉桥设 计细则》—计算
• 一般规定 • 静力计算 • 动力特性计算 • 空气动力稳定计算 • 抗震计算 • 施工阶段计算
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3 《规范》结构分析计算 2020版《公路斜拉桥设 计规范》结构分析计算
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3 《规范》结构分析计算
项目
分析内容
检算内容
基于设计成桥状态，分析在永久作用和可变作 用下主要构件的最不利内力、应力和变形 成桥状态 静力分析 在永久作用和可变作用下，斜拉桥典型应力扰 动区的受力情况
检验基础、索塔、桥墩、主梁、斜拉索和支承 连接装置的承载力
检验主梁的挠度、支承连接装置的位移
马可·维特鲁威（公元前1世纪）
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欧洲古桥
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1 斜拉桥的安全性
各类斜拉桥的安全事故，警示质量安全在工程建设上的重要性
• 2018年8月，意大利北部城市热那亚发生严 重塌桥事故，事故造成43人死亡
• 事故分析（斜拉索失效）：斜拉索采用外 部混凝土防护，耐久性不足，斜拉索断裂、 引起稀索体系斜拉桥垮塌