管线悬索吊桥工程设计与计算.doc
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 266266319 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. 附：毕业论文格式1、题目：应简洁、明确、有概括性，字数不宜超过20个字。2、摘要：要有高度的概括力，语言精练、明确，中文摘要约100200字;3、关键词：从论文标题或正文中挑选35个最能表达主要内容的词作为关键词。4、目录：写出目录，标明页码。5、正文：专科毕业论文正文字数一般应在3000字以上。毕业论文正文：包括前言、本论、结论三个部分。前言(引言)是论文的开头部分，主要说明论文写作的目的、现实意义、对所研究问题的认识，并提出论文的中心论点等。前言要写得简明扼要，篇幅不要太长。本论是毕业论文的主体，包括研究内容与方法、实验材料、实验结果与分析(讨论)等。在本部分要运用各方面的研究方法和实验结果，分析问题，论证观点，尽量反映出自己的科研能力和学术水平。结论是毕业论文的收尾部分，是围绕本论所作的结束语。其基本的要点就是总结全文，加深题意。6、谢辞：简述自己通过做毕业论文的体会，并应对指导教师和协助完成论文的有关人员表示谢意。7、参考文献：在毕业论文末尾要列出在论文中参考过的专著、论文及其他资料，所列参考文献应按文中参考或引证的先后顺序排列。8、注释：在论文写作过程中，有些问题需要在正文之外加以阐述和说明。9、附录：对于一些不宜放在正文中，但有参考价值的内容，可编入附录中。想要了解更多，请访问豆丁主页：http:/www.docin.com/
