管线悬索吊桥工程设计与计算(共9页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上管线悬索吊桥工程设计与计算管线悬索吊桥工程设计与计算 【摘要】本文结合一座管线桥的设计实例来说明该类型桥梁的设计与计算，提供了一些较为可行的思路和方法，对该型桥梁结构受力特点及结构分析中应注意一些事项，供今后类似桥梁设计参考。根据地形级业主要求，桥梁采用悬索吊桥，桥梁主跨148m，矢跨比F/L=1/15，桥梁全长201m。 【关键词】管线桥悬索吊桥设计计算 中图分类号： S611文献标识码： A 1、概述 本项目为磷矿采选项目尾矿库尾矿管线桥工程，地形属于中低山峡谷地貌，切割深度一般多在10001500m，冲沟发育，多呈“V”字形。桥址区微地貌位于河谷谷坡及斜坡交汇处，桥位跨越高卓营河。桥位区最低标高689.89m，最高标高773.32m，相对高差约83.43m。桥梁采用悬索吊桥结构形式，索桥主跨为148m，矢跨比为1/15，桥梁全长201m，索道桥面设计净宽2.5m。索桥立面及平面图形如图1所示。 2.主要设计技术标准 设计荷载：人群荷载3.5KN/m2；管道荷载为3 KN /m；桥面宽度：总宽3.1m；净宽2.5m；环境类别：I类环境。 图1.桥梁立面图及平面图 3、设计材料 3.1、索 主索:采用重要用途钢丝绳（GB 8918-2006）钢芯钢丝绳6×36WIWR镀锌钢丝绳（56mm），抗拉强度为1870MPa，主索采用（6+1）根钢丝绳，A类镀锌。 抗风索：抗风主索共2根,规格均为6×36SW+IWR型，抗拉强度为1870MPa，直径为44mm，A类镀锌。 吊杆：吊杆采用∅40 A3钢,直径42mm，A类镀锌。 3.2、钢板及型钢 横梁采用采用20b普通工字钢，纵梁采用14b普通工字钢。桥跨栏杆采用钢制栏杆。 3.3、桥面板 规格为5mm厚防滑钢板。 3.4、混凝土 C40混凝土：桥主塔等；C30混凝土：承台、桩基、引桥主梁等；C25混凝土：引桥桥台基础、限高架基座等。 4、主索受力计算 4.1主索张力计算及型号的选择 桥梁自重：包括主钢索、吊架、横梁、桥板、缘材及栏杆等自重。该桥主索跨度为148米，桥面自重为q1=2.8KN/m；人行荷载为q2=3.5x1.5=5.25KN/m；管道自重q3=3.0KN/m。 4.1.1、主索张力计算； 由于此桥为尾矿管道索桥，此时的矢跨比1/15时，桥面坡度比较适宜，由于桥梁的矢跨比较小，钢索的张力与水平比较接近，故以索的水平力代替钢索的张力。钢索的张力由下式计算； 式中： M相应荷载作用跨中，简支梁跨中的弯矩由求得。 f只一个荷载P作用跨中时的矢度。即，将M、f代入式中得； 4.1.2 钢索型号断面的选择及根数的确定； 本桥采用重要用途钢丝绳（GB 8918-2006）钢芯钢丝绳6×36WIWR镀锌钢丝绳（56mm），抗拉强度为1870MPa，主索采用（6+1）根钢丝绳，A类镀锌。每根钢丝绳的破断拉力N=14630KN，钢丝绳的安全系数采用K4.42。得一根钢丝索的容许拉力。 钢丝绳根数的确定； 钢丝绳根数根，采用1根56mm钢丝绳满足要求。 考虑到钢丝受力不均匀及人行桥稳定性，在桥面下设2根直径d=44辅助钢丝绳，公称抗拉强度为1.87×103MPa，每根钢丝绳的破断拉力N=1290KN/4.42=292KN， 所需钢丝索破断力为 N=KN2=（3310+292×2）=3894N 经计算采用1根56+2根44钢丝绳，完全满足设计要求。 5、吊杆的计算 吊杆直径的确定；吊杆直径由所承受的拉力确定，直径d0由下式求得； 式中；P吊杆承的最大拉力，其值为两根钢吊杆之间的总拉力之和，即 式中；L为钢吊杆之间的距离； q1为桥面自重； q2为管道荷载； q3为桥面人行荷载； 为允许拉应力，（采用Q235园钢）， 将以上数值代入得； 为考虑永久用使用，人行桥主吊杆选用d0=40。 调节杆采用Q235园钢，根据以上计算表明的结果，（计算从简）选用d=40螺纹杆完全满足调节杆拉应力。 6、横梁计算 横梁中部的最大弯矩； .m 横梁采用Q235热扎成型工字钢，所需断面计算如下； 式中；.m 采用热扎工字钢，梁的最小高度可由下式求得； 式中；K取1.35； ； d腹假定为0.9cm； 取工字钢，满足要求。 7、桥面板设计； 桥面板承受行人的压力，按均布荷载考虑。 设计参数： 桥的横断面； 桥面为钢单层桁架，由工字钢和角钢组成。 人行荷载； 设计荷载；q=3.5KN/m2。 钢桥板计算； 结构与截面尺寸，本桥两侧均有人行通道，按最不利人行道宽1.0m进行计算。钢桥板采用厚度5Q235钢板，其几何尺寸；长2.0M；两次纵梁宽0.4m；厚0.005m，Q235钢板=125MPa。 钢板的最大弯矩在行人时作用的桥面中心点； 式中;q为桥面行人荷载,q=3.5KN/m2 根据计算采用厚5Q235钢板满足要求。 8、主塔计算 8.1、主塔 左、右岸主塔均采用C40钢筋混凝土，两主塔高度均为21米，而最不利为左岸，P=1985KN,索塔竖向采用50:1的斜坡形式，顶宽1.8mX1.5m，底宽2.64mX1.5m，墩高21m。主筋采用54根28钢筋 墩顶处主索拉力为3066.4KN，主索拉力对主塔对应的压力为： =624KN 墩柱自重：70.6x26=1836KN 墩底最大反力：624+1836=2460KN 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)受压构件正截面抗压承载力规定（5.3.1） O=1.1 Nd=2460KN =0.56 fcd=18.4MPa A=2.64x1.5=3.96m2 fsd=280MPa As=0.038m2 左侧计算如下： ONd=1.1x2460=2706KN 右侧计算如下： =0.90x0.56x(18.4x103x3.96+280x103x0.038) =42100KN 因为2706 KN <42100 KN，故主墩满足正截面抗压承载力要求。 8.2、主塔基础； 左、右岸主塔均采用桩基础，均采用C30钢筋混凝土，而最不利为左岸，P=1985KN,两岸支墩桩基础均采用1.8米钻孔灌注桩。主筋采用36根32钢筋。 根据该工程的岩土工程勘察报告提中风化层白云岩的承载力，主塔基础持力层设置于基岩的中风化层白云岩上。 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)受压构件正截面抗压承载力规定（5.3.1） O=1.1 Nd=2460+34x26=3344KN =0.48 fcd=13.8MPa A=3.14x1.8x1.8/4=2.54m2 fsd=280MPa As=0.033m2 左侧计算如下： ONd=1.1x3344=3678.4KN 右侧计算如下： =0.90x0.48x(13.8x103x2.54+280x103x0.033) =19130KN 因为3678.4 KN <19130 KN，故桩基满足正截面抗压承载力要求。 9、锚碇计算 边主索拉力F=3066.4KN，基础锚杆采用95根28抗拔锚杆，单根设计抗拔力100KN，锚碇自重：1922.7KN，抗拔锚杆抗拔力：95x100=9500KN。 1922.7xSIN24°+0.5x1922.7xCOS24°=1660.3KN （1600.3+9500)/3066.4/2 =1.81 满足规范要求。楔形锚碇对抗拔有利，作为安全储备。 10、抗风索锚桩计算 最大悬臂：2.5m控制设计 最不利弯矩：1203.2KN.m 强度验算： 荷 载 类 型 : 轴 力 ( K N ) 剪 力 ( K N ) 弯 矩 ( K N - m ) 结 构 重 力 2 6 6 0 . 0 1 . 2 e + 0 3 -计算结果: 荷载组合结果: 内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩 轴力319 266 266 弯矩1.44e+031.2e+03 1.2e+03 1.2e+03 1.44e+03 1.2e+03 - 承载能力极限状态荷载强度验算结果: 最大轴力强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 319 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.44e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN >= Nj = 319 KN(满足) 最小轴力强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 266 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.2e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN >= Nj = 266 KN(满足) 最大弯矩强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 319 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.44e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN >= Nj = 319 KN(满足) 最小弯矩强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 266 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.2e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN >= Nj = 266 KN(满足) - 抗裂验算： 荷载类型:轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m) 结构重力 266 0.01.2e+03 - 计算结果: 正常使用极限状态荷载抗裂性验算: 上缘: 长期荷载弯矩: M = 1.2e+03 KN-m 全部使用荷载弯矩: Mo = 1.2e+03 KN-m 长期荷载裂缝宽度: d_f = 0.0 mm 容许裂缝宽度: d_fo = 0.2 mm 上缘抗裂性验算满足 下缘: 长期荷载弯矩: M = 1.2e+03 KN-m 全部使用荷载弯矩: Mo = 1.2e+03 KN-m 长期荷载裂缝宽度: d_f = 0.102 mm 容许裂缝宽度: d_fo = 0.2 mm 下缘抗裂性验算满足 - 11、结语 该桥为悬索吊桥结构形式，桥梁主跨148m，矢跨比F/L=1/15，为磷矿采选项目尾矿库尾矿管线桥工程，不同于以往公路桥梁的设计，本文对该型桥梁结构受力特点及结构分析中应注意一些事项，供今后类似桥梁设计参考和指导作用。 【参考文献】 1 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004） 1 重要用途钢丝绳（GB 8918-2006） 1 钢结构设计规范（GB50017-2003） 1绍旭东.桥梁设与计算. 人民交通出版社.-最新【精品】范文 专心-专注-专业
