独塔斜拉桥整体计算分析
斜拉桥设计计算参数分析
斜拉桥设计计算参数分析1 概述斜拉桥属高次超静定结构,所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形、结构内力有着密切的联系。
并且在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载状态的断变化,主梁线形和结构内力亦随之不断发生变化。
因此,需对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析、验算,从而求得斜拉索张拉吨位和主梁挠度、主塔位移等施工控制参数,并依此对施工的顺序做出明确的规定,并在施工中加以有效的管理和控制。
2 设计参数分析2.1 主梁的中、边跨跨径比主梁的中、边跨跨径比反映了结构体系的变形特性和锚索的抗疲劳性能：从图1、图2可见，三跨钢斜拉桥的中边跨跨径比较多地位于2．0～3．5之间，集中在2．5处；三跨混凝土斜拉桥的相应数值则为1．5～3．0，较集中于2．2处。
就一般而言，中、边跨跨径的比值大于2．0，将能控制锚索的应力幅度在一定的范围内，并提高结构体系的总体刚度。
在许多斜拉桥中，虽然中、边跨跨径的比值较小，但边跨中往往采用设置辅助墩或将主梁与引桥连接形成组合体系以提高结构刚度，适应结构的变形要求。
2.2 主梁自重分析选取某斜拉桥桥5号、9号梁段(见图3)，各自增重5 %(其它参数取理论值) ,分别计算得到在浇筑完5号、9号梁段后各控制点挠度及主梁控制截面弯矩变化情况，见图3 、图4 。
图3：主梁自重增大5 %的梁段挠度影响图4：主梁自重增大5 %的梁段弯矩影响从图3 、图4可见,梁段自重对控制点挠度的影响较大,且悬臂越大,影响越明显。
梁段自重对控制点弯矩的影响更加不容忽视, 9 号梁段自重增大5 %,导致6 号梁段的弯矩值增加至1 200 kN •m ,达到合理成桥状态下该截面弯矩值的7 %。
2.3 主梁弹性模量分析选取该桥5号、9号梁段弹性模量增大10 %(其它参数取理论值) ,分别计算得到在浇筑完9号梁段后主梁控制截面弯矩变化及各控制点挠度影响情况，见图5 、图6 。
图5：主梁弹性模量增大10%的梁段弯矩影响图6：主梁弹性模量增大10%的梁段挠度影响从图5 、图6 可见,主梁混凝土弹性模量增大10 %时,控制点挠度变化的最大值仅为1 mm ,弯矩变化的最大值也只有220 kN •m。
斜拉桥和悬索桥的总体布置和结构体系
主跨跨径
索 塔 高 度
索面形式（辐射式、竖琴式或扇式） 双塔：H/l2=0.18~0.25
拉索的索距
单塔：H/l2=0.30~0.45
拉索的水平倾角
6
拉索布置
斜拉索横向布置
空间布置形式
单索面
竖直双索面 双索面
倾斜双索面
7
拉索在平面内的布置型式
辐射式 竖琴式 扇式
拉索间距
早期：稀索
混凝土达 15m~30m 钢斜拉桥达 30m~50m
31
1）斜拉桥施工的理论计算
斜拉桥施工的理论计算方法主要有以下几种：1、倒拆法；2）正算法
倒拆法从斜拉桥成桥状态出发（即理想的恒载状态出发）用与实际施工 步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算来获得各施工节段的控制参数，根据 这些参数对施工进行控制与调整，并按正装顺序施工。
正算法是按斜拉桥的施工顺序，依次计算出各施工节段架设时的内力和 位移。并依据一定的计算原则，选定相应的计算参数作为未知变量，通过 求解方程得到相应的控制参数。
1)主梁的边跨和主跨比 2) 主梁端部处理 3) 主梁高度沿跨长的变化
混凝土主梁横截面形式
1）实体双主梁截面；2）板式边主梁截面；3）分 离双箱截面；4）整体箱形截面；5）板式梁截面
双索面钢主梁横截面形式
双主梁、单箱单室钢梁、两个单箱单室钢梁、 多室钢梁和钢桁梁
21
3、主梁构造特点（续）
主要尺寸拟定
混凝土斜拉桥的拉索一般为柔性索，高强钢丝外包的索套仅作为保护材 料，不参加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度对索的受拉性能有影 响，同时索力大小对垂度也有影响。 为了简化计算，在实际计算中索一般采 用一直杆表示，以索的弦长作为杆长。关健 问题是考虑索垂度效应对索的伸长与轴力的 关系影响，这种影响采用修正弹性模量来考 虑。
独塔斜拉桥方案设计
独塔斜拉桥方案设计某独塔斜拉桥为三跨双塔双索面混合梁斜拉桥，主梁采用混凝土梁与钢箱梁组合的组合结构，钢箱梁采用预应力混凝土结构。
主塔采用A形混凝土结构，斜拉索采用三角形布置。
斜拉桥由主梁、塔、索和塔下基础组成。
主梁采用单箱三室变截面箱形截面，塔柱为钻石形断面，塔柱顶部设置横隔板。
对主塔、斜拉索和塔下基础进行了详细的方案设计，并对各主要结构进行了详细计算分析。
结果表明：该桥方案设计合理、技术可行，为今后类似独塔斜拉桥设计提供参考。
工程概况某独塔斜拉桥为三跨双塔双索面混合梁斜拉桥，主跨160m，主梁采用单箱三室变截面箱形截面，混凝土主梁顶宽32.5m，底宽15.25m，截面高度2.5m；钢箱梁采用高强度Q345qE的优质钢材制作，钢梁顶、底板厚度为1.5cm和0.8cm。
主塔塔高156.30m，塔柱为钻石形断面；斜拉索采用三角形布置，斜拉索布置间距为9根/2m（见图1）。
该桥位于珠江三角洲核心地带，属亚热带季风气候区，气候温和多雨。
主桥桥位地质条件良好，处于软土地基上。
主梁位于淤泥质土层上，最大洪水位为153.59m；斜拉索为微风化岩石材料，最大拉应力为9.29MPa；主桥结构体系简单。
总体设计该桥全长579m，主跨280m，桥面宽22.4m，跨径布置为（60+80+40）m三跨双塔双索面混合梁斜拉桥。
主梁采用钢箱梁与混凝土梁组合的新型结构，钢箱梁长24m，宽13.8m，高5.65m；混凝土梁长38m，宽6.5m，高3.5m。
主塔高120~160m，塔柱为钻石形断面，塔宽25.6~27.0m，塔柱高14.8~21.0m。
索塔锚固区及辅助墩位置设置钢板桩基础。
索塔与主梁固结，主梁单根钢束全长为1.65倍索长的预应力钢绞线。
拉索每根钢束由16根直径为0.22mm、抗拉强度为1860MPa的低松弛钢绞线组成。
主梁采用单箱三室变截面箱形截面，腹板高6.5~8.0cm、宽6.5~8.5cm；底板厚2.0cm，高2.0~2.5cm；顶板厚3.0cm，高3.0~3.5cm；边腹板厚5.0cm、宽3.0~4.5cm。
斜拉桥整体介绍及实例分析(90页)
1.2.2 索塔布置
横向布置形式
从横桥向，索塔的布置方式主 要有柱型(单或双)、门型或H型、 A型、倒Y型及菱型等，如图 19．5所示。柱型塔构造简单， 但承受横向水平力的能力低。较 单柱型而言，门型塔抵抗横向水 平荷载的能力较强。A型和倒Y 型主塔具有较大的横向刚度，但 其构造及受力复杂，施工难度较 大。
单索面类型兼具美学与结构的优势，但拉索不起抗扭的作用，主梁 要采用抗扭刚度较大的截面。这种体系不适合太宽的桥
平行双索面类型对主梁截面抗扭有利，主梁可采用较小抗扭刚度的 截面并且具有较好的抗风稳定性，
斜向双索面对桥面梁体抵抗风力扭振十分有利，尤其适合于特大跨 径的桥梁，倾斜的双索面应采用倒Y型、A型或双子型索塔。若跨径 过小，考虑视野问题，不宜采用。
1.2.2 索塔布置
普通索
拉索锚点处荷载P作用下， 主梁 下挠量：
Pb
EAsin2
பைடு நூலகம்
cos
Pb3 3EI
tan
sin2 cos 值最大，拉索的支承刚度最大， α 为55°最大；tanα越小，塔的
支承刚度越大。
1.2.2 索塔布置
端锚索
中跨布载时，水平力F作用下，塔顶水平位移为：
F H
EAsin cos2
α为35°时，Δ最小，端锚索提供的支承刚度最大
综合考虑索和塔的共同影响，对于 每座斜拉桥存在一个最佳高度H， 使得索和塔对主梁的支承刚度达到 最大。
1.2.3拉索布置
1、索面布置
索面布置主要有单索面、平行双索面、空间斜向双索面等类型，如图 19．6所示。
1.2.3拉索布置
密索布置
第三阶段：密索布置，主梁更矮，并广泛采用梁板式开口断面。
独塔双边箱梁斜拉桥结构分析
独塔双边箱梁斜拉桥结构分析斜拉桥是现代桥梁工程非常常见的桥梁形式之一，由桥塔、主梁和斜拉索组成，其跨越能力强，外形美观大气，适用性强，在交通建设领域发挥着重要作用。
从桥跨布置上，独塔斜拉桥的跨径相当于双塔斜拉桥的一半，根据桥塔两侧的桥跨布置可分为等跨桥和不等跨桥。
预应力混凝土斜拉桥主梁根据截面形式分为闭口截面形式和开口截面。
闭口截面形式主要为箱形截面，开口截面形式主要有T形、n形、槽形等肋板截面。
以实际工程为例，通过Midas Civil有限元软件建模计算，分析独塔双边箱梁斜拉桥的静力计算结果和动力性能等。
根据现行产品行业标准《YS/T 44-2011 高纯锡》[2]及其生产工艺[3]还有适用领域等，可以看出，主要有Zn、Sb、Bi、As、Pb、Au、Co、In、Ag、Fe、Cu、Mg、Ni、Al、Ca共15个杂质元素对高纯锡品级的影响较大。
1 工程概况主桥主跨采用2×120m=240m独塔PC 梁对称斜拉桥方案，平行双索面，全桥结构体系采用塔梁墩固结体系。
主桥桥面为双向六车道，并设有人行道，横桥向斜拉索布置间距为28.5 m。
主桥主梁采用PC 梁，顺桥向锚固标准索距为6m；斜拉索按扇形布置，索塔索面由17 对高强度平行钢丝拉索组成，共2×17对斜拉索。
图1 主桥立面布置图主梁标准梁段采用预应力混凝土双边箱断面结构，主梁中心梁高2.8m，全宽34.8m，箱梁宽7.45m，顶板厚0.3m，直腹板厚0.4m，斜腹板厚0.35m，底板厚0.35m。
拉索锚梁宽1.8m，箱梁悬挑2.35m。
0#块主梁中心梁高2.8～3.6m，直腹板厚0.4～0.6m，箱梁挑臂在距离主梁中心线6.52m 处中断，与桥塔回转挑臂对齐，设置2cm 的伸缩缝，桥塔回转挑臂2.8m。
索塔采用H 形钢筋混凝土结构。
塔底高程+4.36m，塔顶高程+90.075m，主塔自承台顶以上塔高91.715m，主梁路冠顶面以上高75.0m。
某部分斜拉桥整体结构计算分析
某部分斜拉桥整体结构计算分析摘要：部分斜拉桥是介于梁式桥和斜拉桥之间的一种桥型,其适用跨度也介于梁式桥和斜拉桥之间。
本文结合国内某座部分斜拉桥的设计情况,从桥梁结构的受力特点和计算分析出发，浅析部分斜拉桥的桥型特点、受力特性及设计要点，为工程技术人员在设计该类桥型时提供了一些建议。
关键词：部分斜拉桥矮塔结构特点1部分斜拉桥发展概况部分斜拉桥具有斜拉桥和连续梁桥的双重结构特性, 是介于具有非常柔性加劲梁的斜拉桥和梁刚度较大的连续梁桥之间的,过渡桥型。
梁高位于它们之间,斜拉索较正规斜拉桥少,且主塔较矮，因此又称之为矮塔斜拉桥。
矮塔斜拉桥是1988年法国工程师Jacgues Mathivat在设计位于法国西南的阿勒特•达雷高架桥的比较方案时提出的, 并将之命名为“Extra-dosed PC bridge”, 直译为“超剂量预应力混凝土桥梁”。
我国的第一座部分斜拉桥是2000年9月建成通车的芜湖长江大桥，主跨312米。
此后，部分斜拉桥在我国得到快速的发展。
部分斜拉桥之所以被广泛应用、快速发展源于其合理的结构体系, 结构受力清晰、明确, 具有经济、美观、施工方便、适用跨径灵活多变等优点。
2工程概述2.1总体布置该桥梁跨越高速公路，主桥为三跨连续空间双索面部分斜拉桥。
跨径布置为50m+80m+50m，主桥全长为180m。
主桥桥面的车道布置为双向八车道。
主桥的标准横断面布置为：0.5m(栏杆)+ 0.5m(路缘带)+ 3.75+3×3.5m(机动车道)+0.5m(路缘带)+0.5m(防撞栏杆)+ 0.5m(路缘带) +3×3.5m+3.75(机动车道) + 0.5m(路缘带)+ 0.5m(栏杆)，总宽32m。
2.2桥面钢梁主桥为单箱多室钢箱梁。
顶底板均设置U型肋。
桥梁中心线处梁高为1.80m，底面无横坡，顶面向两侧以2％坡度渐变至梁高约为1.48m，铺装等厚度。
横桥向布置九道纵隔板加劲肋；顺桥向索区每隔约4m设置一道横隔板，全桥共计设置50道横隔板,横隔板在支座处厚度40mm，其余部位厚度为20mm，在支座部位设置局部加强构造。
独塔单索面混凝土斜拉桥受力分析
独塔单索面混凝土斜拉桥受力分析本文通过有限元分析软件Midas Civil 2015对一座独塔单索面预应力混凝土斜拉桥进行计算，对其主要受力特点进行分析，为此类斜拉桥的设计提供参考。
标签：独塔单索面斜拉桥：调索引言斜拉桥按其桥塔的数LI一般分为独塔式、双塔式和多塔式。
独塔斜拉桥具有跨越性强的优点，可以跨越中小河流，使用最为广泛。
本文通过有限元分析软件Midas Civil 2015对一座独塔单索面预应力混凝土斜拉桥进行计算，对其主要受力特点进行分析，为此类斜拉桥的设计提供参考。
1工程概况主桥采用独塔单索面预应力混凝土斜拉桥，总长160m,桥面以上塔高53.0m, 塔柱纵向中距3.3m。
斜拉索在主梁上标准索距6.5m,主塔上1.8m,桥面宽25.4 米。
斜拉桥边墩墩顶处支座釆用纵向无约束支座形式，梁塔采用固结形式联结。
主梁单箱三室斜腹板截面，箱梁顶宽25.16m,底板宽15.0m,悬臂长4.0m, 箱梁对称中心线处梁高2.8m。
标准箱梁顶板厚0.28m，底板厚0.25m,外腹板厚0.3m,中腹板为直腹板，厚0.40m。
斜拉索为单索面体系，主梁上索距6.5m,主塔上索距1.8m,全桥斜拉索共有9对，18根。
索塔为钢管混凝土结构；索塔总高自桥面起为53mo 主塔墩采用圆台形结构，顶面半径2.75m，底面半径3.5m。
转体施工用设备均布在承台上，承台下布置7根的钻孔灌注桩，呈梅花形布置，桩长40mo待转体完成后，将主墩与承台固结，形成塔墩梁固结形式。
2技术标准荷载：城一A级；地震烈度：7度；风速：31.7m/s；桥面路幅宽度：0.6m （护栏）+3.0m （人行道）+8.0m （车行道）+2.2m （索锚区）+ 8.0m （车行道）+ 3.0m （人行道）+ 0.6m （护栏）=25.4m；桥面纵坡：±2.5%；桥面横坡：行车道±1.5%；3整体结构分析对桥梁主体结构，利用Midas civil进行结构建模计算，模型中采用桁架单元模拟斜拉索，采用实体梁单元模拟主梁结构。
斜拉桥设计计算及实例介绍
一、总体布置
2、主梁的支承体系
一、总体布置
2、主梁的支承体系
一、总体布置
2、主梁的支承体系
一、总体布置
2、主梁的支承体系
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
三、结构计算
计算分类
三、结构计算
计算软件 1、整体静力：桥梁博士、QJX、综合程序，midas、
TDV,SAP2000,ANSYS； 2、局部分析：midas、ANSYS、Nastran,SAP2000等； 3、抗震：midas、ANSYS、TDV、SAP2000等
三、结构计算
1、静力计算分析
斜拉桥设计计算及实例介绍
1
主要内容
一、总体布置 二、结构设计（塔、梁、索） 三、结构计算 四、桥梁实例介绍
一、总体布置
斜拉桥是由塔、梁和拉索桥传力分析示意
桁架传力分析示意
一、总体布置
1、孔跨布置
边跨可对称布置或 者不对称布置，边 跨可设置辅助墩。
一、总体布置
1、孔跨布置
首先确定主跨跨径，双塔斜拉桥，边中跨比一般0.35-0.5，以0.4居多。 （1）边跨过小，易导致边跨负反力及尾索过大的应力幅度（疲劳破坏）； （2）边跨过大，边跨弯矩过大，中跨刚度小，不经济。
一、总体布置
1、孔跨布置
可对称布置或者不对称布置； 不对称布置更为经济合理，对称布置景观性更好一些； 较为合理的边中跨比0.5~1.0之间，以0.8左右居多。
3、斜拉索布置
单斜塔混合梁斜拉桥计算分析与试验
ｍ。主跨采用正交异性板扁平钢箱梁 。等高梁段 高 １ ． ｍ，宽 ２ ． ｍ，变高梁段从 １ ６ ２ ５ ． ｍ变高至 ６
２４ｍ。边跨 为预 应力 混凝 土变截 面主 梁 ，与 索塔 ． 固结 。边跨 主梁 梁高 由 ４０ｒ 变化 至 ２ 。ｌ ｌ ．ｍ，实心 ５ 段 和标 准梁 段顶 面梁 宽为 ２． １ ｍ，变厚 度段顶 面 ０ 梁 宽 由 ２ ． ２ 变 化至 ２ ．ｍ。 ７０ ９ｍ １ 索塔采 用倾斜 倒 ０
度。同时采用脉动法进行 自振特性测试，并进行行车 、跳车激振试验，动力试验表 明桥跨结构动力特性 良好。
关键词：单塔斜 拉桥 ；组合梁 ；结构分析；荷载试验
中图分类号：Ｕ４ ８ ７ ４． ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ ．０ ７２０ ）４０ ８ —５ ６ ２７ ３（０ ８０ ．１００
桥 梁优选 桥 型之一 。景 观斜 拉桥通 常采 用不 同 的
Ｙ型索塔 ， 总高度为 ６ ．ｍ。 ６ 全桥共 ｌ 对斜拉索， ０ ２
主跨 拉索最 长 １９０ ｍ，边 跨拉 索最长 ６ ． ｍ， ． １ ７６ 斜 拉 索采用 １６０ＭＰ ７ ａ平行 钢丝 成 品斜 拉索 。桥 面宽度 为 ２ｍ （ 行道 ）＋ ． １ 电瓶 车道 ）＋ 人 ４５ １ １（
程规范，而外观形貌尽量完美并与环境协调 。 】
桥 梁美 ， 当理 解为技 术美 ， 应 是技术 与美 的统 一 ， 它 产生 于桥梁 设计 过程 之 中。桥梁 的技 术美包 括 “ 形式 美 ” “ 能美 ”以及 “ 、功 与环 境 因素协调 美 ” 三 个要 素 。 引 斜 拉桥 以其挺 拔 的桥塔 、线 形感 强的斜 拉索 与 主梁勾 勒 出优美 的景 观 。因此斜 拉桥 也是景 观
矩包络 图见 图 ２ 、图 ３ 。从活 载弯矩 包络 图可见 ，
斜拉桥的计算(合理成桥状态确定)汇总.
第三章斜拉桥计算①斜拉桥（或者其他桥梁）的计算分类：总体分析局部分析②局部应力分析方法③斜拉桥总体分析的特点a.考虑垂度效应的斜拉索弹性模量修正问题；b.考虑成桥索力可优化的成桥状态确定问题；c. 考虑施工分阶段进行，索力反复可调、施工方便、成桥达到设计内力目标和线形目标的施工张拉力和预拱度确定问题。
3、斜拉索等效弹模与斜拉索水平投影长、斜拉索应力的关系第二节斜拉桥合理成桥状态3.2.1 成桥恒载索力的初拟斜拉桥的设计存在一个通过优化成桥索力来优化斜拉桥成桥内力的合理成桥受力状态确定问题：斜拉桥主梁、主塔受力对索力大小很敏感；而斜拉索索力可以调节。
国内外学者探索出了多种方法：简支梁法、恒载平衡法、刚性支承连续梁法、最小弯曲能量原理法、最小弯矩法、内力平衡法（或应力平衡法）、影响矩阵法、用索量最小法。
讲授：李传习成桥恒载索力的初拟的方法•简支梁法–方法的定义：选择合理的成桥索力，使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的简支梁的恒载弯矩一致。
（图）–特点：对于不对称结构，塔的弯矩难以照顾，所得结果难以应用。
–适应情况：已用得不多。
•恒载平衡法–方法：主跨斜拉索索力根据简支梁法确定；边跨斜拉索索力根据塔承受的不平衡水平力为零的条件确定；边跨的压重根据简支梁法确定。
–特点：主梁成桥恒载弯矩与简支梁相同；主塔恒载弯矩为零。
–适应情况：用得较多，适用范围较广。
•刚性支承梁法–方法：选择合理的成桥索力，使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的连续梁的恒载弯矩一致（图）。
–特点：对于不对称结构，塔的弯矩难以照顾；索力跳跃性可能很大，不均匀。
–适应情况：已用得不多。
讲授：李传习成桥恒载索力的初拟的方法（续1）•最小弯曲能量原理法–方法（定义）：以弯曲应变能最小为目标函数。
最初该法只适应于恒载索力优化，无法考虑活载和预应力的影响；将该法与影响矩阵结合后，这个缺点得到了克服。
此方法所得结果中一般弯矩均比较小，但两端索力不均匀，如人为调整易使受力状态调乱。
斜拉桥结构整体分析
第4章结构整体分析4.1计算原则斜拉桥的结构分析计算，根据跨度的大小采用两种不同的理论。
对于特大跨径的斜拉桥，为消除斜拉索及大变位引起的非线性因素的影响，必须采用有限变形理论；对于中小跨径的斜拉桥，采用小变形理论即可获得满意的结果。
平面杆系有限元法是计算斜拉桥内力的基础，其基础理论是小变形理论。
在计算斜拉桥的内力及变形时，一般把空间结构简化成平面结构，但应计算荷载横向分布对结构的影响，以考虑结构的空间效应。
而斜拉桥结构较柔，拉索的布置形式，主梁抗扭刚度都有影响，故在计算荷载横向分布系数时应综合考虑。
本设计在计算斜拉索和索塔的内力时，采用刚性横梁法来考虑荷载的横向分布系数。
斜拉桥的内力及变形分析主要是斜拉索和索塔，所承受的荷载如 2.3.1所述。
因主梁的内力计算涉及施工阶段、横向扭转弯矩和剪力滞效应等问题，计算比较复杂，故未进行设计。
本斜拉桥内力计算的基本原则是：（1）采用小变形理论按一般的平面杆系有限元法计算内力，不考虑非线性影响；（2）为方便施工，拉索一次张拉至设计值；（3）索塔在承台处固结，不考虑桩基础的影响；（4）根据结构的对称性，可取一半结构进行计算；（5）斜拉索的安全系数按不小于2.5考虑。
本设计采用MIDAS Civil Ver6.7.0软件进行结构分析。
4.2 基本参数4.2.1 截面特性毛截面几何特性计算是结构内力和挠度计算的前提。
毛截面计算常用的方法有节线法、分块面积法和AutoCAD的Region/Mass Properties功能等。
以下是通过AutoCAD求得的各截面变化处的截面特性，如表4-1所示：表4-1 截面几何特性- 14 -- 15 -注：混凝土结构计算弹性模量按JTG D62-2004规范取用； 其结构容重C50混凝土为25.0KN/3m , C60混凝土为26.0KN/3m 。
表4-1中，主梁的截面几何特性是毛截面特性，构件的截面性质应根据不同的计算阶段决定采用换算截面特性还是采用净截面特性；拉索的面积为单根斜拉索的面积。
斜拉桥的计算分析要点
10.3 斜拉桥的计算分析要点计算机技术的进步对斜拉桥的发展起到了重要的促进作用。
由于斜拉桥，特别是密索体系斜拉桥，为高次超静定结构，因此无论是方案比较，还是技术设计，其结构计算都需要采用有限元法并借助于电子计算机来进行。
斜拉桥是一个空间结构，其受力分析相当复杂，通常在计算中需要根据斜拉桥的结构特性来简化计算图式。
例如，在竖向荷载作用下，可以将双索面斜拉桥简化为两片平面结构，而将荷载在两片平面结构间分配。
这种作法略去了活载偏心作用下结构的扭转效应，而用横向分布系数来粗略计入空间影响。
另外，由于对斜拉索施工阶段所施加的初始张拉力(指活载作用前的索力)足以抵消活载作用下对索产生的压力，斜拉索始终处于张紧状态，因此，即使对于柔性索，计算中仍可将其作为受拉杆单元对待；对于主梁和索塔，则作为梁单元处理。
尽管目前已有商用软件可对斜拉桥结构进行精细的空间分析，但许多采用有限元法编制的实用电算程序中，仍将斜拉桥作为平面杆系结构来处理。
无论计算图式是否简化，在对斜拉桥进行结构分析时，应注意到这是一个非线性结构体系。
结构非线性主要表现在：结构刚度较小，变形较大；索塔及主梁中有弯矩与轴向压力的相互影响，轴向的压力使得塔柱和主梁弯矩有增大的趋势；斜索自重垂度引起的索力与变形之间的非线性变化影响等。
对通常规模(跨度)的斜拉桥，前两种非线性影响并不十分重要，甚至可略去不计，但斜索的非线性影响是必须考虑的。
由于斜索存在有一定的自重垂度，故其弹性模量也存在一定的下降或损失。
在大跨度斜拉桥中，为考虑斜索的非线性影响，一般常用下面的Ernst 公式来计算有效(或修正)弹性模量：030220121E l E E eq σγ+= 式中：——Ernst 修正的有效(或修正)弹性模量；eq E 0E ——不考虑斜索垂度影响的弹性模量，也就是斜拉索钢材的弹性模量值； γ——斜索的单位体积重量；0σ——斜索的初应力；l ——斜索的水平投影长度。
斜拉桥的计算
Md是通过调索预期达到的恒载弯矩
Md
{
Nd A
l tm}Wt
M dl1(控制上缘拉应力)
Md
{ Nd A
l
bm}Wb M dl 2
(控制下缘拉应力)
Md
{
Nd A
a tn}Wt
M
da1
(控制上缘压应力)
Md
{ Nd A
a
bn}Wb M da2
(控制下缘压应力)
在T 的作用下，斜索的弹性应变为：
e
Ee
因此，等效弹性模量 Eeq 为：
即：
Eeq e f
Ee 1 Ee
Ee E f
Ef
Eeq
Ee
L2
Ee
1 12 3 Ee
( <1)
❖ 斜拉索等效弹模与斜索水平投影长的关系
图3
二、斜拉索两端倾角修正
斜拉索两端的钢导管安装时，必须考虑垂度引起的索两端倾角的 变化量β，否则将造成导管轴线偏位。一般情况下，可按抛物线计算， 即：
S
l
8
f
2 m
3l
l
S
l
8 3
f
2 m
l
q 2l 3 24T 2
cos2
d l q2l3 cos2
dT 12T 3
用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有：
dT l
12lT 3
12 3
Ef
dl A
Aq2l3 cos2
L2
式中： T / A ， q A ， L l cos 为斜索的水平投影长度， E f ：计算垂度效应的当量弹性模量。
（5）计算斜拉索恒载弯矩影响系数。
张拉j号索时i截面所产生的弯矩Mij与张拉力Tj之比，称之为拉索j对截
斜拉桥设计计算书
┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要本设计根据设计任务要求,依据现行公路桥梁设计规范,兼顾技术先进，安全可靠，适用耐久，经济合理的原则，提出了预应力混凝土双索面独塔斜拉桥、预应力混凝土连续刚构、中承式拱桥三个比选桥型。
综合各个方案的优缺点并考虑与环境协调，把预应力混凝土双索面独塔斜拉桥作为推荐设计方案。
进行结构细部尺寸拟定，并利用Midas6.7.1建模，进行静活载内力计算、配筋设计及控制截面应力验算、变形验算等。
经验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。
关键词：预应力混凝独塔斜拉桥成桥合理状态结构分析AbstractAccording to the design assignment and the present Highway Bridge Specifications, after preliminary analysis, three types of bridge are presented, they are single-pylon Prestressed concrete cable-stayed bridge, prestressed concrete continuous rigid frame and through type steel tube with concrete arch. After comparing their characters comprehensively, the prestressed Prestressed concrete cable-stayed bridge are selected as the main design scheme for further analysis. Through create model and run structural analysis, get the effect in the action of dead load, live load,and then calculate the effect in the beam for designing prestressed steel and the checking computation of key section intension, stress, living load distortion, The conclusion can be drawn that the design is up to the assignment.Key word:prestressed concrete；single-pylon cable-stayed bridge；rational dead load state ; structure analysis .┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一部分方案比选第一章方案构思与比选第1节桥位处地形，地质等资料桥位处的地形，地质条件见图1。
斜拉桥设计与计算
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
2、主梁的支承体系
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
3、斜拉索布置
一、总体布置
4、索塔的布置—横向
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
4、索塔的高度
斜拉桥设计与计算
一、总体布置
5、总体设计流程
主桥跨径、断面布置确定
确定边跨长度
塔高确定
斜拉桥设计与计算
完成图纸、计算书 稳定、动力、抗风、局部等计算 施工阶段、运营阶段计算
塔梁构造确定，主梁节段 长度，索塔拉索间距确定
成桥索力计算
三、结构计算
斜拉桥设计与计算
2、静力计算-刚性支撑连续梁法
三、结构计算
斜拉桥设计与计算
2、静力计算-施工阶段计算
由于施工过程中，结构体系和荷载状态的不断变化，结构 内力和线形不断变化，通过优化施工阶段索力，使得结构 的应力及线形能够达到合理成桥状态，该组施工阶段即为 合理施工状态，施工阶段索力仍是关键，主要确定方法： （1）倒拆法； （2）倒装-正装迭代法；（倒拆法的优化） （3）无应力状态控制法；（结构弹性，单元长度曲率不变） （4）正装迭代法；（最小二乘法缩小假定与合理状态差距）
二、结构设计
2、索塔
斜拉桥设计与计算
二、结构设计
2、索塔-构造尺寸
斜拉桥设计与计算
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独塔斜拉桥整体计算分析
摘要:横七涌桥为独塔双索面斜拉桥，采用钢结构主塔+混凝土塔下立柱+钢箱梁的结
构形式，桥梁整幅设计，双向六车道，桥宽42~50.2m，桥梁跨径布置为2×65m，主塔在主
梁以上部分高度36m，高跨比约0.55。
本文以该桥为研究对象，采用Midas Civil 2021
有限元软件，建立全桥三维分析模型，对全桥进行静力、动力及地震作用下整体分析计算，
结果显示桥梁整体计算满足规范要求，且桥梁具有较好的经济美观性。
关键词：独塔斜拉桥；静力计算；抗震分析
收稿日期：2022-10-17
作者简介：李言坤（1994—），男，助理工程
师，研究生，主要从事桥梁设计工作。
1 项目概述
1.1 总体设计
横七涌桥为有边跨有背索直立独塔类斜拉桥，在恒载作用下索塔两侧斜拉索
水平分力可基本保持平衡，仅在活载及其他附加荷载作用下承受一定的水平力和
弯矩，主要由主梁以下部分主塔承担[1]，设计中采用钢结构主塔+混凝土塔下立柱+钢箱梁的结构形式，跨径布置为2×65m。
桥梁整幅设计，桥宽42~50.2m，单幅
车行道桥面宽12.5m（含护栏），非机动车道宽5.75m（含护栏）。
主塔全高49m，其中主梁以上采用钢结构，高度36.0m，横向宽度1.0~2.0m，主梁以下采用混凝土结构，高度13.0m，横向宽度5.0~7.0m，主塔与主梁固结。
塔左右对称布置7组PES7-85镀锌平行钢丝斜拉索，吊点间距6.0m，考虑主塔顶
部检修空间，采用双索面设计，索面横向间距1.5m。
车行道主梁为单箱多室钢箱梁，主梁最大高度2.5m，不同车行道、人行道主
梁之间均以横梁相连，图1为桥梁立面图。
图1 桥梁立面图
1.2 技术标准
设计车速：50km/h；荷载等级：城-A级；抗震设计：建设场地基本烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.1g；抗震设防类别为甲类，抗震措施按8度设防；
环境类别：Ⅲ类，环境作用等级为C类；设计风速：运营风25m/s，百年风
W2=32.8m/s。
2 考虑施工阶段的整体计算分析
计算采用Midas Civil 2021v2.1软件，主塔、主梁、下部桥墩、承台、桩
基础均采用梁单元模拟，拉索采用桁架单元模拟，主塔与主梁相交位置采用主从
约束连接刚性连接，桥台位置单边设置4组支座（车行道2个+人行道2个）采
用一般支承连接模拟，其中车行道下一组支座为单向支座，其余三组为双向支座；全桥共建立4345个节点，5204个单元，计算模型如图2所示：
图2全桥Midas模型图
2.1 承载力分析
横七涌桥钢结构部位材料均为Q345qC钢材，主梁板厚12~40mm，主塔板厚
12~50mm，基本组合下纵梁、横梁、主塔等钢结构承载力计算结果如图3所示：
主梁最大拉应力183.3MPa，最大压应力-201.8MPa；主塔最大拉应力70.8MPa，
最大压应力-173.5MPa，承载力均满足规范要求。
（a）纵向主梁最大、最小应力
（b）横向主梁最大、最小应力
（c）主塔最大、最小应力
图3基本组合下主梁、主塔应力图（单位：MPa）
主塔底部混凝土塔柱顺桥向最大弯矩13162.35 kN*m，对应轴力-101883 kN；桩基顺桥向最大弯矩1174 kN*m，对应轴力-5255 kN，均为小偏心受压，承载力
计算满足规范要求。
图4基本组合下最大吊杆力（单位：kN）
吊杆采用规格型号为PES7-85的高强钢丝拉索，双索面设计，设计索力
≤2316kN，计算得最大索力为2273kN，设计满足规范要求[2]。
2.2 活载下变形分析
活载下（车辆+行人），车行道区域主梁跨中最大竖向挠度为41mm，小于规范要求斜拉桥主梁的竖向挠度限值l/400=65000/400=162.5mm；横梁挑臂最大竖向位移56mm，处于跨中横向悬臂端部，位移小于规范限值
l/300=42000/300=140mm[3]。
2.3 动力特性及稳定计算
采用Lanczos法进行结构特征值分析，分析结构的动力特性，前4阶振型计算结果如下表所示。
表1 主桥动力特性计算
模
态号
周期
(s)
频
率(Hz)
描述
1
0.4
65
2
.150
主梁一阶
竖弯
2
0.4
56
2
.193主梁扭转3
0.4
20
2
.380
主梁一阶
反对称竖弯
4
0.3
48
2
.874
主梁二阶
竖弯
主塔在成桥和使用状态均承受很大的轴力，塔身立柱存在整体失稳问题，所以为确定主塔根部最大弯矩、轴力情况下活载的最不利布置，计算其整体稳定特征值为15.1≥4.0，满足规范要求，屈曲模态为主塔受压侧向失稳。
2.4 地震作用下分析
横七涌桥建设场地基本烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.1g；抗震设防类别为甲类，针对桥梁结构各部分的重要性，主桥的性能目标为：主塔在E1作用下基本不发生损伤，结构保持在弹性范围工作；在E2作用下虽然局部可发生可修复的损伤，但要求地震发生后，基本不影响车辆的通行。
表2 E1地震下支座承载力计算
桩号支座水平
剪力(kN)
允
许值(kN)
判
断
P M01305
14
00
满
足
P M21296
14
00
满
足
表3 E1地震下混凝土主塔、桩基承载力计算
方向位
置
最
不利轴
力(kN)
对
应弯矩
(kN*m)
弯
矩对应抗
力(kN*m)
判
断
横向主
塔
-
20974
1
3058
51
6193
满
足
桩
基
-
4329
3
96
68
25
满
足
纵向主
塔
-
33144
-
7568
24
7238
满
足
桩
基
-
4329
1
629
11
644
满
足
E1地震作用下，计算结果见表2~3所示，桥台位置支座未剪坏，混凝土主塔、桩基承载力满足要求，结构处于弹性阶段。
表4 E2地震下支座承载力计算
桩号支座水平剪
力(kN)
允
许值(kN)
判
断
P M04665
14
00
不
满足
P M24653
14
00
不
满足
表5 E2地震下混凝土主塔、桩基承载力计算方位最对等效判
向置不利轴
力(kN)应弯矩
(kN*m)
屈服弯矩
(kN*m)
断
横向主
塔
-
5113
11
1663
235
233
满
足
桩
基
2
010
12
70
788
9
满
足
纵向主
塔
-
49006
-
19647
113
144
满
足
桩
基
2
010
41
28
788
9
满
足
E2地震作用下，计算结果见表4~5所示，桥台位置支座已被剪坏，此时，地
震作用将全部由主塔下部混凝土塔柱承受，混凝土主塔、桩基在此情况下的承载
力未超过等效屈服弯矩，承载力满足要求[4]，且结构处于弹性阶段。
3 结语
1）桥整体计算结果显示横七涌桥在静力荷载下的承载力满足要求且有较大
富余，且动力特性和稳定性较好。
2）梁在E1地震作用下，竖向构件均处于弹性阶段，桥台处支座可正常使用；E2地震作用下桥台处支座将会剪坏，横向地震作用将全部由混凝土主塔承担，此
时其承载力仍然满足要求且全部处于弹性阶段。
参考文献
[1]王建国，吴正安，周水兴．独塔斜拉桥结构体系与受力分析[J]．公路交
通技术，2020，36(5)：70-75．
[2]斜拉桥用热挤聚乙烯高强钢丝拉索[S].（GB/T18365—2018）．
[3]公路钢结构桥梁设计规范[S].（JTG D64-2015）．
[4]城市桥梁抗震设计规范[S].（CJJ 166-2011）．。