斜拉桥计算

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双塔斜拉桥、预应力混凝土连续刚构、变截面连续梁桥三个比选桥型。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双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。

独塔斜拉桥方案

斜拉桥方案造型美观，气势宏伟，跨越能力强，55米的主塔充分显示其高扬特性，拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支撑，从而减小了梁内弯矩、梁体自重，从而减小梁体尺寸。施工技术较成熟。

斜拉桥设计与计算

第1部分 总体设计

第 1节 斜拉桥概述

斜拉桥是一种桥面体系受压、支承体系受拉的结构，其桥面体系由加劲梁构成，其支承体系由钢索组成。

上世纪70年代后，混凝土斜拉桥的发展可分成三个阶段：

第一阶段：稀索，主梁基本上为弹性支承连续梁；

第二阶段：中密索，主梁既是弹性支承连续梁，又承受较大

的轴向力；

第三阶段：密索，主梁主要承受强大的轴向力，又是一个受

弯构件。

近年来，结构分析的进步、高强材料的施工方法以及防腐技术的发展对大跨斜拉桥的发展起到了关键性的作用。斜拉桥除了跨径不断增加外，主梁梁高不断减小，索距减少到10m以下，截面从梁式桥截面发展到板式梁截面。混凝土斜拉桥已是跨径200m～500m范围内最具竞争力的桥梁结构。 （一） 技术指标

1，路线等级：公路一级，双向四车道： 2，设计车速：100km/h;

3，桥面宽： 1.5m（拉索区）+0.5m(防撞护栏)+0.5m(过渡带)+7.5m(行车道)+ 0.5m(过渡带)+0.5m(防撞护栏)+1m(隔离带) +0.5m(防撞护栏) +0.5m(过渡带)+7.5m(行车道)+0.5m(过渡带)+0.5m(防撞护栏)+1.5m（拉索区）。

4，设计作用：

汽车作用：公路1级荷载，

温度作用：体系温差±20度，主梁的温度梯度为±5

度，梁与拉索的温差±10度；

5，

地震烈度：地震基本烈度为7.6度；

6， 7， 8，

桥下净空：满足排洪要求，通航等级VI-(2)级航道。 桥面纵坡： 2%. 桥面横坡 ：i=1.5%

（二） 设计采用的规范标准

（1）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) （2）《公路斜拉桥设计规范》（试行）(JTJ027-96)

（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)

（4）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）

第3 节 材料选择

1，混凝土

预应力混凝土主梁的混凝土强度等级为C50，索塔为C50，主墩墩身为C50，承台、桩基、边墩和辅助墩墩柱均采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C40。 预应力钢材

桥塔锚索区的环向预应力钢筋为32的精轧螺纹粗钢筋，强度标准值fpk=930MPa，弹性模量为Es=2.0×105MPa；主梁内的预应力筋除了施工阶段顶板有32的精轧螺纹粗钢筋外，其他均为04规范中的高强的松弛钢绞线，标准强度1860 MPa,弹性模量为E=1.9×105MPa,预应力管道均采用预埋金属波纹管成型。采用OVM锚具。

2，普通钢筋：HRB335=带肋钢筋,HRB235光圆钢筋；

3，斜拉索

该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由7mm高强平行钢丝组成，抗拉强度标准值fpk=1670MPa，弹性模量为Ep=2.05×105MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。

4，桥面铺装

10cm厚沥青混凝土，容重23KN/m3。 5，支座

GPZ抗震型盆式橡胶支座。 6，伸缩缝

SSFB240型伸缩装置。 第4 节 总体设计

根据交通量的要求，以及道路的通行能力，采用双向四车道

布置。其设计车速为100km/h，处在高速公路上禁止非机动车辆和行人。

由于该桥的跨径比较大有388m，采用双塔三跨式斜拉桥，其桥塔拟定了门式塔，Ａ型塔，和Ｈ型塔三种方案。门式塔的景观效果不佳，A型塔需要采用空间索面布置，且桥下的墩很高则导致很大的承台基础，通过比较采用H型塔，H型塔构造简单，受力明确。

为方便施工，降低造价，满足斜拉索的锚固要求，主梁采用实体主梁截面，预应力混凝土结构。为了不削弱主梁的受力截面积，斜拉索锚固在主梁的下面。

桥面铺装采用沥青混凝土，并设1.5%的横坡来满足排水要求。 跨径组成为95m+198m+95m对称布跨，塔高60m，塔高H与主跨之比为 0.5，为了降低主梁的高度，减小主梁的弯矩，斜拉索采用密索体系，扇形布置，主梁上斜拉索的标准索距为6m，索塔上斜拉索的索距为15m+15*1.5。

斜拉索采用扇形布置，双索面相互平行。

考虑到桥位处的地形条件，即桥面设计标高很高，最大有40多米深，主梁采用挂篮悬臂浇筑法施工。索塔采用爬模施工。

一、 主梁设计

主梁采用实体主梁截面，截面尺寸如图，梁高是2.2m，是主跨的1/100，梁总宽23m，桥面净宽9.5m+9.5m,桥面横坡为2.0%。梁肋外的尖角是风嘴，起到导风的作用，提高主梁的抗风能力，双索面斜拉索来抵抗梁的扭转作用。

纵向每隔6m设置一道横隔梁（在斜拉索锚固点处），横梁的设置主要考虑活载的横向分布以及桥面板的受力，斜拉索的锚固，以及增强桥梁的横向刚度，横梁的位置和斜拉索的锚固相对应。本桥的横梁的厚度为30cm。

二、斜拉索设计

该桥的主塔为空腹结构，上塔柱为斜拉桥锚固区，两索面相互平行，在主梁上的基本索距为6.0m，索塔上的基本索距为1.5m，最为侧斜拉索的倾角为26度，为减小斜拉索的风振，雨振，在每根斜拉索上设有减震器。双塔塔柱斜拉

拉索外径复合包带黑色PE彩色PE索共60（15+15+15+15）根，塔端采用张拉端型锚具，梁端采用锚固端锚具。在张拉过程中，斜拉索采用主塔端张拉，主梁端锚固。该桥采用扭绞型平行钢丝斜拉索，由7mm高强平行钢丝组

7mm钢丝束最大外径成，抗拉强度标准值fpk=1670MPa，斜拉索外面包双层护套，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯，锚具为冷铸墩头锚。斜拉索断面如上图所示。

三、主塔设计

索塔采用造型美观的H型塔，钢筋混凝土结构。H型塔造形

简单，受力明确，由于塔柱斜度较小，施工比较方便。

索塔自承台顶到索塔顶的高是85m，桥面以下部分索塔高

30m ，塔高于跨径的比为0.5，桥面以上30m设一横梁，以增强索塔的稳定性。

索塔在梁底的部分称为下塔柱，梁底以上横梁以下部分为中

塔柱，横梁以上部分为上塔柱。上塔柱直立，为斜拉索锚固区，高度为25m。上，中塔柱截面采用单箱单室，顺桥向5.5m长，横桥向3.0m。上横梁采用箱室截面，下横梁为预应力混凝土结构，主梁嵌在下横梁中。细部尺寸如图10。

图10 索塔构造图

注 图中尺寸以厘米计。

四、下部结构构造

根据地质条件，该桥选用桩基础，每塔46根直径1.5m的钻孔灌注桩，为端承桩。采用梅花桩布置，为了减小承台的体积，减少大体积混凝土的数量，承台采用哑铃型结构，承台厚5.0m。

在枯水季节采用土石围堰 施工桩基以及承台。

第二节 整 体 分 析

第1节 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，采用杠杆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，所承受的荷载包括一期恒载，二期恒载，活载，温度荷载，支座沉降，预应力，斜拉索的初拉力，混凝土的收缩徐变等。

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）斜拉索的安全系数按不小于2.5考虑。

本设计采用MIDAS Civil Ver6.7.1软件进行结构分析。