自锚式悬索桥计算报告完整版

目录

4.2.4.1.结构总体静力计算分析 (1)

（1）主要构件材料及性能 (1)

①混凝土 (1)

②结构钢材 (1)

③主缆用钢材 (1)

④吊索用钢材 (1)

（2）全桥成桥状态计算 (2)

①计算方法及模型 (2)

②计算荷载及组合 (3)

③刚度计算结果 (3)

④强度计算结果 (4)

4.2.4.2.结构稳定计算分析 (6)

（1）计算模型及方法 (6)

（2）荷载及组合 (6)

（3）计算结果 (6)

4.2.4.3.结构动力特性计算分析 (7)

（1）计算模型及方法 (7)

（2）计算结果 (7)

4.2.4.4.结构抗震计算分析 (8)

（1）结构抗震设防标准 (8)

（2）计算参数选取 (8)

①下水平向地震动参数 (8)

②竖向地震动参数 (8)

③结构阻尼比的取值 (9)

（3）地震组合 (9)

（4）计算模型 (9)

（5）计算结果 (9)

4.2.4.5.结构抗风计算分析 (9)

（1）设计风速确定 (9)

（2）颤振稳定性计算分析 (10)

①颤振临界风速确定 (10)

②颤振稳定性分析 (11)

（3）静风稳定性计算分析 (11)

①二维静风扭转发散分析 (11)

②二维横向屈曲发散分析 (12)

（4）静风荷载计算分析 (13)

4.2.4 自锚式悬索桥结构计算分析

4.2.4.1.结构总体静力计算分析

（1）主要构件材料及性能

①混凝土

索塔采用C50混凝土，边墩采用C40混凝土，承台及桩基采用C30混凝土，各种标号混凝土主要力学性能见下表。

混凝土标号C50 C40 C30

应用结构索塔及塔上横梁过渡墩承台

力学性能

弹性模量E(MPa) 34500 32500 30000

剪切模量G(MPa) 13800 13000 12000 泊松比γ0.2 0.2 0.2 轴心抗压设计强度(MPa) 22.4 18.4 13.8

抗拉设计强度(MPa) 1.83 1.65 1.39

热膨胀系数(℃) 0.000010 0.000010 0.000010 主梁及桥塔横梁采用Q345qD 钢材。其主要力学性能见下表。

钢种Q345qD

应用结构加劲梁

力

学

性

能

弹性模量E(MPa) 210000

剪切模量G(MPa) 81000

泊松比γ0.3

轴向容许应力[σ] (MPa)200

弯曲容许应力[σw] (MPa) 210

容许剪应力[τ] (MPa)120

屈服应力[σs] (MPa)345

热膨胀系数(℃) 0.000012

主缆材料采用φ5.2mm 高强平行钢丝，其主要力学性能见下表。

材料高强钢丝

应用结构主缆

力

学

性

能

弹性模量E(MPa) 200000

标准强度σy(MPa) 1670

热膨胀系数0.000012

吊索材料采用φ7.0mm 高强平行钢丝，其主要力学性能见下表。

表4.2.4.1-4 吊索材料性能表

材料高强钢丝应用结构吊索

力学性能弹性模量E(MPa) 200000 标准强度σy(MPa)1670

热膨胀系数0.000012

（2）全桥成桥状态计算

①计算方法及模型

自锚式悬索桥为多次超静定柔性结构体系，施工方法为先梁后缆，因此吊索的成桥索力有多组选择方案，而在不同的吊索成桥索力下将有不同主缆成桥线形。本方案的成桥状态计算内容包括：吊索成桥索力优化、主缆成桥线形计算和全桥结构成桥状态计算三部分内容。吊索索力优化采取刚性支撑连续梁方法；成桥线形采用悬链线悬索单元的有限元迭代法进行计算；成桥状态计算采用等效线性化方法（线形有限位移理论）。

计算采用大型有限元分析软件Midas，全桥结构的几何模型及有限元分析模型分别见下图。为了与后续的动力分析共用计算模型，计算中模拟了桥墩和桩基。桥面系采用空间梁格结构模拟。主缆和吊杆采用弹性悬索单元模拟，加劲梁、横梁、刚臂、索塔、桥墩和桩基采用梁单元模拟。主缆与索塔顶端、主缆锚固点与主梁末端、索塔及边墩与加劲梁之间均采用主从约束，桩基底部采用固结约束。

图4.2.4.1-1 全桥结构几何模型透视图

图4.2.4.1-2全桥结构有限元模型透视图

②计算荷载及组合

计算荷载包括自重恒载、不均匀沉降、活载、汽车冲击力及制动力、温度荷载、风荷载和地震荷载。活载、温度荷载及风荷载的计算方法说明如下，地震荷载选用详见“结构抗震计算分析”，其余内容不再赘述。

活载包括非机动车荷载和汽车活载；汽车活载为城A级车道荷载，横向按六车道进行计算；考虑非机动车及汽车活载横向位置，采用空间结构进行加载计算。温度荷载包括三部分，整体升降温：钢结构±35℃，混凝土结构±25℃；吊索与主梁、主缆温差±10℃，吊杆与索塔温差±15℃；主梁的日照及骤然降温温差取自《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）的4.3.10条，桥塔左右侧线形温差±5℃。风荷载考虑桥面高度处为25m/s的运营风和百年一遇的设计基本风速两种情况，按照风的方向与桥梁轴线的相对关系，又分为顺桥向风荷载和横桥向风荷载。风荷载的参数取值详见“结构抗风计算分析”。

荷载组合如下：

组合一：自重恒载+沉降+汽车活载+汽车冲击力；

组合二：自重恒载+沉降+汽车活载+汽车冲击力+温度荷载；

组合三：自重恒载+汽车活载+汽车冲击力+汽车制动力+温度荷载+桥面风速25m/s 的运营风；

组合四：自重恒载+百年一遇的静阵风荷载；

组合五：自重恒载+地震荷载；

其中组合五的计算结果详见“结构抗震计算分析”章节。

③刚度计算结果

活载、风荷载、温度荷载作用下的位移值计算结果见下表。

项目部位分项荷载位移值（m）

竖向主跨跨中汽车活载0.231/-0.635 边跨跨中汽车活载0.296/-0.363

纵向边跨侧梁端

汽车制动力0.073/-0.073

整体升降温0.123/-0.123

整体升降温+体系温差+日照温差0.147/-0.157

顺桥向风荷载（25m/s）0.021/-0.021

顺桥向风荷载（百年一遇）0.079/-0.079 塔顶

汽车制动力0.072/-0.072

整体升降温0.004/-0.004

整体升降温+体系温差+日照温差0.034/-0.038