南京秦淮河小龙湾大桥-钢箱梁自锚式悬索桥设计毕业论文

 2021-12-19 22:17:51

论文总字数：20575字

摘要

本课题是以现实工程南京小龙湾大桥为依托进行是设计的，本设计采用70 220 70米双跨组合梁悬索桥，桥面系采用钢箱梁，主塔采用门式框架型。本设计以悬索桥设计基本理论和静动力分析为理论基础，以成功修建的悬索桥为例，根据桥梁的位置、布置形式，拟定桥梁的跨度、矢高、吊杆间距、锚索倾角、桥塔高度和截面、塔基形式等，说明选择相关参数的过程、依据、和考虑的主要因素，然后进行桥面系、主索边索、吊杆、索夹、抗风索、桥塔等具体尺寸设计、配筋和验算。由于悬索桥是超静定结构，计算较为烦琐，故在该设计中，结构单元划分和内力计算采用专业设计软件迈达斯进行，计算方法为有限元法，使设计工作量大大的简化，内力求出后，根据桥梁规范进行结构内力组合。最后，按容许应力法和极限状态法来验算主要截面，同时对桥塔、基础等构件进行验算，以判定设计的合理性。

关键词：自锚式钢箱梁悬索桥

Abstract

This project is based on the practical project of Nanjing Xiaolongwan bridge. In this design, 70 220 70m double span composite girder suspension bridge is adopted, steel box girder is adopted for the bridge deck system, and portal frame type is adopted for the main tower. This design is based on the basic theory of suspension bridge design and static and dynamic analysis. Taking a successful suspension bridge as an example, according to the location and layout of the bridge, the span, rise height, suspender spacing, anchor cable angle, tower height and section, tower base form of the bridge are proposed. The process, basis, and main factors to be considered in the selection of relevant parameters are explained, and then the bridge deck system is carried out , main cable side cable, suspender, cable clamp, wind resistant cable, bridge tower and other specific size design, reinforcement and checking calculation. As the suspension bridge is a statically indeterminate structure, the calculation is more complicated, so in this design, the structural unit division and internal force calculation are carried out by professional design software MIDAS, and the calculation method is the finite element method, which greatly simplifies the design workload. After the internal force is calculated, the internal force combination of the structure is carried out according to the bridge specification. Finally, the main sections are checked by the allowable stress method and limit state method, and the bridge tower, foundation and other components are checked to determine the rationality of the design.

Key words: self anchored steel box girder suspension bridge

第一章绪论 6

第二章初步方案设计 8

2.1跨径布置 8

2.2 顺桥向设计 8

2.3 横桥向设计 8

2.4主塔设计 9

2.5缆索系统设计 10

第三章计算模型 12

3.1计算模型及考虑因素 12

3.2静力分析说明 13

第四章缆索系统计算 16

4.1内力组合 16

4.2主缆内力计算 16

4.3 吊索计算 19

第五章恒载计算 24

5.1 一期恒载计算 24

5.2 二期恒载计算 25

5.3 总恒载效应 26

第六章活载计算 29

第七章其他荷载计算 42

7.1 温度次内力计算 42

7.2 支座沉降次内力计算 46

第八章主塔及塔横梁计算 52

8.1 主塔内力计算结果 52

8.2主塔应力计算结果 60

第九章墩及基础设计与计算 63

9.1支座 63

9.2 墩身设计与验算 64

9.3 承台设计 66

9.4 桩基础设计 66

第十章施工方案 69

10.1锚碇及基础施工 69

10.2索塔施工 69

10.3缆索系统施工 70

10.4加劲梁施工 70

10.5桥面板施工 72

绪论

1.1自锚式悬索桥的孔跨布置形式

双塔三跨悬索桥是悬索桥最常见的形式，其结构特点是合理的。到目前为止，

世界上大多数大跨度悬索桥都采用这种形式。在三跨式中，跨径比一般受具体桥

位地形地质条件的制约，其值的自由度不大。

1.2主要技术标准

1、设计荷载：公路Ⅰ级

2、设计车道：双向四车道

3、桥面横坡：2.0%

4、最大纵坡：＜3.0%

5、设计洪水位：16.90 米

6、最高通航水位：15.7 米；最低通航水位：2.31 米。

7、设计基本风速：27.1m/s

8、通航净空：本项目通航净空为 110m（净宽）×10m（净高）。

9、设计环境类别：Ⅰ类

10、抗震设防标准：E1 地震作用下（50 年超越概率 10%）的水平地震

动峰值加速度 0.11g，E2 地震作用下按（50 年超越概率 2%）的水平地震动峰

值加速度 0.166g

1.3采用的规范及标准

1、《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)

2、《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)

3、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)

4、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2019)

5、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）

6、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2018)

7、《公路悬索桥设计规范》（JTG/T D65-05-2015）

8、《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（GB 50917-2013）

9、《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG/T3310-2019）

10、《公路工程抗震规范》（JTG B02-2013）

11、《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）

13、《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）

14、《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T 3360-01-2018）

15、《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2015）

16、《公路工程地质勘察规范》（JTJ C20-2011）

初步方案设计

2.1跨径布置

根据任务书要求及经验参考，选定该桥桥型为双塔三跨式悬索桥。主跨为220m,两侧边跨为70m,本设计采用连续钢箱梁结构式形式，桥梁纵向布置图如图所示。

2-1 桥型布置图

2.2 顺桥向设计

2.2.1 纵坡设计

根据本设计的任务书，为保证桥梁纵向排水的需要，本设计公路桥纵坡拟取

为2%。但是由于纵坡坡度较小，对桥梁的跨径和梁高理论上基本没有影响，故在实际的计算中，计算模型按照平坡设计。

2.2.2 主缆线形

本设计中主跨悬索线形为二次抛物线，边跨的线形根据模型计算确定。矢高为22m，矢跨比选择稍大一些，矢跨比为 1/8。

主跨共21根缆索，间距为10m；边跨有6根缆索，间距也为10m；主塔两侧的缆索离主塔的中心为9m。

2.2.3 横梁设计

横梁的间距取索距的等分数，索距为10m，横梁间距则取5m。支座处设梁。

横梁材料为Q345qD，工字型截面，腹板厚1cm,翼缘厚 2cm。

2.3 横桥向设计

2.3.1 桥面设计

桥面净宽25.5m。主梁采用钢箱梁，箱梁标准端面为单箱双室，梁宽31m，

双向四车道，梁中心高度为3m。箱梁顶板厚20mm，底板厚20mm。钢箱梁的中心设置一道横梁，横梁厚度为20mm。

中间设置 2m 宽的中央分隔带，外侧设置0.5m宽的防撞护栏。路幅布置为：

0.5m（防撞护栏） 3m（紧急停车带） 2×3.75m（车行道） 2m（中央分隔带）

2×3.75m(车行道) 3m（紧急停车带） 0.5m（防撞护栏）。桥面铺装拟采用三层设计：第一层是厚度为65mm沥青混凝土铺装层，第二层为10mm高粘应力吸收粘结层，第三层为防水层（厚度忽略不计）。

桥面横坡按照设计任务书的要求设置为2%，在本设计中横坡是由腹板高度的变化形成的。采用这种由于顶板倾斜而产生横坡的方法，要比顶板水平但利用桥面铺装产生横坡的方法要好，前者桥面铺装等厚，桥面各处的力学性质一样，汽车行驶安全舒适。

图2-2 桥平面布置

2.4主塔设计

主塔采用钢筋混凝土框架结构。，塔柱为箱型截面，主塔高 60m，下方的承台截面为12×12m 的正方形，高为4m。主塔截面为正方形，尺寸为 4m×4m，中间为变截面，由截面从顶面的4m变化到底面的5m。主塔之间由横梁联系，塔横梁顶距离塔底为 20m,横梁截面为 4m×3m 的矩形。塔柱采用钢筋混凝土结构，横梁为混凝土结构。采用 C50 混凝土，其主要力学性能为：轴向抗压设计强度22.4MPa，抗拉设计强度1.83MPa，剪切模量Gc=1.38×104MPa，弹性模量 Ec=3.45×104MPa，热膨胀系数为0.00001/℃，泊松比γ=0.2，容重 26kN/m³。钢容重78.5kN/m³。

2-2 桥塔截面图

2.5缆索系统设计

2.5.1主缆

主缆在主要荷载作用下安全系数要求不小于2.5，因此主缆采用预制平行钢丝索股，每束由91根直径为5.1mm 高强钢丝组成，钢丝标准抗拉强度不小于1670MPa。每根主缆由37根索股组成。

2.5.2吊索及锁夹

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