斜拉桥模型制作设计图

桥梁博士V4工程案例教程斜拉桥解决方案教程大纲0、工程概况1、软件特点2、总体信息3、结构建模4、钢束设计5、钢筋设计6、施工分析7、运营分析8、结果查询9、计算书0、工程概况桥型布置桥型：混凝土斜拉桥公路等级：公路-Ⅰ级跨径：115m+338m+115m桥面布置：桥梁宽度26.8米（0.45米护栏+11米行车道+3.9米分隔带+11米行车道+ 0.45米护栏）； 桥墩：主墩：墙式墩，墩身横桥向宽度12米，厚度为2米；辅助墩：墙式墩，墩身横桥向宽度10米，厚度为2米；基础：承台桩基础，厚5.0米，基础采用18φ3.0米钻孔灌注桩。

工程材料与构造特征材料：①混凝土：主梁C50，主墩C50，基础C40②钢筋：HRB400，HBP300③预应力钢绞线：fpk=1860MPa，公称直径Φs15.2 截面：单箱五室尺寸：梁高3.48m，顶宽26.8m，底宽10m，边腹板厚20~60cm，中腹板厚40~80cm，顶板厚40cm~60cm，底板厚20cm~60cm1、软件特点桥梁博士V4.0在斜拉桥中的特色功能JTG D65-01-2007公路斜拉桥设计细则（1）正文：切线模量JTG D65-01-2007公路斜拉桥设计细则（2）条文说明：割线模量JTG D65-01-2007公路斜拉桥设计则（2）条文说明：割线模量拉索换算模量在程序中的实现1.根据规范条文说明，可以采用割线模量的算法2.当和midas进行结果对比时，可以采用新荷载后切线模量斜拉桥中主要考虑的梯度问题有：1.混凝土梁的非线性温度2.钢梁的非线性温度3.钢梁的体系温差4.拉索温差5.塔柱温差斜拉桥中主要考虑的梯度问题有：1.混凝土梁的非线性温度斜拉桥中主要考虑的梯度问题有：1.混凝土梁的非线性温度一半梁宽：13.4m；横坡：2%；悬臂距梁顶面最高点：26.8cm如果采用默认的梯度问题，悬臂处梯度温度应力和实际相差多少？斜拉桥中主要考虑的梯度问题有：2.钢梁的非线性温度3.钢梁体系温差斜拉桥中主要考虑的梯度问题有：4.拉索温差斜拉桥中主要考虑的梯度问题有：5.塔柱的温差3.运营阶段荷载的处理斜拉桥中主要考虑的荷载有：1.有车横风（拉索、塔、梁、墩）2.有车纵风（拉索、塔、梁、墩）3.极限横风（拉索、塔、梁、墩）4.极限纵风（拉索、塔、梁、墩）5.汽车制动力6.附属结构荷载7.（1~4）荷载的相反荷载1.索力的控制方法2.索力在桥博中的调整方法5.针对此类桥型的建模工具：（1）建模方法：构件建模法本案例的建模分为：梁+墩+基础，3部分更加贴近桥梁工程专业，避开有限元节点单元的离散模型结构，降低建模难度。

1 绪论1.1 课题研究背景斜拉桥是一种由塔、梁、索3 种基本构件组成的高次超静定组合桥梁结构体系[1]。

斜拉桥的桥面体系是以主梁受压或受弯为主，而其支承体系是以拉索受拉和索塔受压为主。

斜拉索由桥塔上部引出并多点弹性支承于桥跨，这样的结构形式使斜拉桥的主梁受力类似于连续梁，从而大大降低了主梁截面弯矩，有效地提高了主梁的跨越能力。

从斜拉桥的结构形式和主梁、索塔、斜拉索三大构件的受力特征看，斜拉桥具有形式多样、造型美观，主梁高度不高、优良的跨越能力等特点；斜拉桥的设计结构特点包括计算机结构分析和计算、高次超静定结构、应用有限单元法；与其它桥型相比，斜拉桥的特性包括：斜拉桥是跨径250m~600m 的最合适桥型，而斜拉跨径600m~1000m 时，斜拉桥是仅次于悬索桥的合适桥型[2]。

由于斜拉桥的种种优点，斜拉桥已广泛应用于现代城市桥梁和大跨度桥梁的建设当中。

然而，在斜拉桥的运营过程中，由于频繁承载甚至承受超载，加上长期的自然侵袭以及人为事故造成的损坏，斜拉桥会产生各种病害。

随着服役年限的增长，桥梁发生病害的部位会越来越多，损坏程度也会越来越严重另一方面，在结构上来说，斜拉桥属于柔性结构，在风力、地震力其他自然及人为的动力影响时容易发生振动，这些振动对于斜拉桥的受力来说是不利的。

斜拉索是斜拉桥的核心组成部分，现用的斜拉索绝大多数为钢制斜拉索，但钢斜拉索存在很多问题，如振颤、防腐、锚固点的应力疲劳等。

其中斜拉索及其锚具的防腐问题尤为显著，由于斜拉索锈蚀而导致斜拉桥被迫换索已经占到了相当高的比例[4]。

对于已建斜拉桥，在其营运过程中某些构件损坏尤其是斜拉索损伤会导致桥梁极限承载能力的降低甚至导致突然坠毁事故，这些问题给人们生活和社会稳定带来极大的安全隐患。

因此，对既有营运斜拉桥病害检测及加固研究工作显得尤为必要。

1.2 国内外研究现状1.2.1 斜拉桥病害检测研究现状早在20 世纪50年代开始，人们就开始着手研究桥梁损伤问题，进入70 年代之后，桥梁检测工作已经被运用于桥梁工程，用来评定桥梁的成桥质量。

第二章 斜拉桥的计算第一节 结构分析计算图式斜拉桥是高次超静定结构，常规分析可采用平面杆系有限元法，即基于小位移的直接刚度矩阵法。

有限元分析首先是建立计算模型，对整体结构划分单元和结点，形成结构离散图，研究各单元的性质，并用合适的单元模型进行模拟。

对于柔性拉索，可用拉压杆单元进行模拟，同时按后面介绍的等效弹性模量方法考虑斜索的垂度影响，对于梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。

斜拉桥与其它超静定桥梁一样，它的最终恒载受力状态与施工过程密切相关，因此结构分析必须准确模拟和修正施工过程。

图2-1是一座斜拉桥的结构分析离散图。

图2-1斜拉桥结构分析离散图第二节 斜拉索的垂度效应计算一、等效弹性模量斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非线性关系。

斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。

等效弹性模量常用Ernst 公式，推导如下：如图2-2所示，为斜索自重集度，q m f 为斜索跨中的径向挠度。

因索不承担弯矩，根据处索弯矩为零的条件，得到：m m 22111cos 88m T f q l ql α⋅==⋅2cos 8m ql f Tα= （2-1）图2-2 斜拉索的受力图式索形应该是悬链线，对于m f 很小的情形，可近似地按抛物线计算，索的长度为：lf l S m238⋅+= (2-2)223228cos 324m f q l l S l l TαΔ=−=⋅= 2323cos 12d l q l dT TαΔ=− (2-3) 用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有：()3322321212cos f dT l lT E d l A Aq l L σαγ=⋅==Δ (2-4)式中：/T A σ=，q A γ=，cos L l α=⋅为斜索的水平投影长度， f E ：计算垂度效应的当量弹性模量。

矮塔斜拉桥概述1.1矮塔斜拉桥的定义和特点矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型，瑞士、日本、韩国等一些国家这几年修建了多座这种桥梁。

由于它优越的结构性能，良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。

我国在这种桥型上起步稍晚，2001年建成的漳州战备大桥，是国内第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。

对于这种桥型的称谓尚未统一。

日本的屋代南桥与屋代北桥为两座轻载铁路桥，初看起来象斜拉桥，因而日本的桥梁界对其笼统地称为斜拉桥。

小田原港桥是一座公路桥，日本桥梁界没有把它称为斜拉桥，而是沿用了法国工程师1988年提出的名称—Extra-dosed Prestressing Concrete Bridge，即超配量体外索PC桥，简称EPC桥。

实际上屋代南、北桥与小田原港桥其结构体系非常相似，同样可以称为EPC桥。

在美国，这种桥有称为“Extra-dosed Prestressing Concrete Bridge”的，也有称为“Extra-dosed Cable-stayed Bridge”的。

国内的称谓也一直存在争论，1995年我国著名桥梁专家严国敏先生首次把它定义为“部分斜拉桥”。

其含义是：在结构性能上，斜拉索仅仅分担部分荷载，还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受。

“部分斜拉”即源于斜拉索的斜拉程度。

后来国内一些文章根据这种桥型塔高较矮的特点，又把这种桥型定义为矮塔斜拉桥。

矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，索为辅，所以梁体高度介于梁式桥与斜拉桥之间，大约是同跨径梁式桥的1/2倍或斜拉桥的2倍。

截面一般采用变截面形式，特殊情况采用等截面。

矮塔斜拉桥的桥塔一般采用实心截面。

塔高为主跨的1/8~1/12，由于桥塔矮，刚度大，一般不考虑失稳问题。

梁上无索区较之一般斜拉桥要长，而且除了主孔中部和边孔端部的无索区段之外，还有较明显的塔旁无索区段。

边孔与主孔的跨度比值较之斜拉桥要大。

一般斜拉桥边孔与主孔的跨度比值一般小于0.5，多数在0.4左右，而矮塔斜拉桥与一般连续梁(刚构)桥相似，为避免端支点出现负反力，边孔与主孔的跨度之比一般会大于0.5，较合理的比值在0.6左右。

斜拉桥模型制作设计图一、模型概况斜拉桥主桥结构形式为双塔双索面漂浮体系结构，主梁采用肋板式结构，拉索采用平行钢丝体系。

斜拉桥模型包括桥塔、主梁、斜拉索、桥墩以及基础。

模型全长18.2米，高米，桥面宽米，索96根。

斜拉桥模型三维图见图1、2。

图1 斜拉桥模型全桥三维图图2 斜拉桥模型桥塔三维图二、材料全桥模型材料主要采用有机玻璃制作，主梁、主塔采用有机玻璃制作，斜拉索采用Ф4钢筋，桥墩以及基础为钢筋混凝土结构。

有机玻璃主要材料性能初步假设为：弹性模量 E=×103 N/mm2。

斜拉索采用Ф4钢筋=235N/mm2，弹性模量 E=×105N/mm2。

(Q235)，强度标准值 fyk三、模型结构图1、斜拉桥模型立面布置斜拉桥模型包括桥塔、主梁、斜拉索以及桥墩。

该桥为对称结构，以主梁跨中点为中心左右对称。

6号桥塔斜拉索混凝土桥墩边墩主梁边墩37号桥塔图3 斜拉桥模型布置图（单位：㎜）注：以后图表中尺寸均采用毫米为单位。

2、主梁主梁全长米，横截面见图4。

主梁截面图(单位：mm)图4 主梁横截面图3、塔塔高3. 16米，详细尺寸见图5～7。

塔与梁不直接连接，依靠拉索连接。

梁底距离塔横梁20毫米。

塔墩高米，地面以上米，地面以下开挖米。

为了塔与墩连接牢固，墩上预留洞口，塔柱延伸至墩底部，然后浇注环氧砂浆填补洞口。

塔与墩连接处还要加钢板锚固。

塔与墩连接的详细构造见图15～17。

索塔立面图索塔侧面剖面图图5 塔立面、剖面图 图6 塔侧面剖面图159515150100157015150图7 塔结构详图4、拉索斜拉索为双索面，共96根，采用Ф4钢筋。

根据位置不同，斜拉索采用不同的标号。

比如，“S1”表示边跨的拉索，“M1”表示中跨的拉索，具体标号见图8。

S1S3S5S7S9S11S13S15S17S19S21S23M1M3M5M7M9M11M13M15M17M19M21M23M25M27M29M31M33M35M37M39M41M43M45M47S25S27S29S31S33S35S37S39S41S43S45S47边跨中跨边跨图8 拉索位置标号（1） 拉索锚固方式拉索在塔内壁锚固，在梁肋底部设螺栓来调节索力。

目录概要1桥梁基本数据/ 2荷载/ 2设定建模环境/ 3定义材料和截面的特性值/ 4成桥阶段分析6结构建模/ 7生成二维模型/ 8建立索塔模型/ 10建立三维模型/ 13建立主梁横向系梁/ 15建立索塔横梁/ 17生成索塔上的主梁支座/ 19生成桥墩上的主梁支座/ 23输入边界条件/ 25计算拉索初拉力/ 28输入荷载条件/ 29输入荷载/ 30运行结构分析/ 33建立荷载组合/ 34计算未知荷载系数/ 35查看成桥阶段分析结果39查看变形形状/ 39施工阶段分析40施工阶段分类/ 41逆施工阶段分类/ 42逆施工阶段分析/ 42输入拉索初拉力/ 45定义施工阶段/ 49定义结构群/ 50指定边界群/ 53指定荷载群/ 56建立施工阶段/ 59输入施工阶段分析数据/ 61运行结构分析/ 61查看施工阶段分析结果62查看变形形状/ 62查看弯矩/ 63查看轴力/ 64施工阶段分析变化图形/ 65概要斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。

斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。

在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。

为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态，然后按顺序做施工阶段分析。

在本例题中将介绍建立斜拉桥分析模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法。

本例题中的桥梁模型如图1所示为三跨连续斜拉桥，中间跨径为220m、边跨跨径为100m。

图1 斜拉桥分析模型桥梁基本数据为了说明斜拉桥分析的步骤，本例题桥梁采用了比较简单的分析模型，可能与实际桥梁设计内容有所不同。

斜拉桥的模型分析第一章建模综述1.1 Midas Civil 简介本次建模分析采纳Midas Civil软件，Midas Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。

特殊是针对桥梁结构，MidaSCiviI结合国内的法律规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面供应了很多的便利的功能，目前已为各大大路、铁路部门的设计院所采纳。

1.2 斜拉桥简介斜拉桥是塔、拉索和加劲梁三种基本结构组成的缆索承重结构体系，桥形美观，且依据所选的索塔形式以及拉索的布置能够形成多种多样的结构形式，简洁与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。

1.3 建模基本步骤(1)采用斜拉桥建模助手生成斜拉桥二维索塔模型，并扩建为三维模型；(2)建立主梁横向系，并生成索塔与桥墩上的主梁支座；(3)输入边界条件；(4)输入荷载及荷载条件；(5)采用未知荷载系数功能计算拉索初拉力；(6)施工阶段分析计算；进行分析计算图1桥梁模型建立流程图其次章斜拉桥模型基本参数选取2.1 斜拉桥基本数据图1斜拉桥示意图2.2 2斜拉桥材料特性值对斜拉桥不同部位材料参数基本信息进行选取。

本次模型分析主要选取拉索、桥梁主塔、桥梁索塔、主梁横系梁、索塔横梁、加劲梁等部位纳入分析体系。

选取材料的弹性模量、泊松比、容重等参数，如表2。

在材料对话框中输入如下参数。

2. 3斜拉桥截面特性值在截面特性对话框下输入如下参数。

2.4荷载作用荷载作用可以分为可变作用和永久作用，在建立模型中需要分别进行设定。

1.1 .1永久作用对于斜拉桥，永久作用主要指桥梁自重。

自重系数选取K二期恒载包括桥面上路缘石、防撞护栏、栏杆、灯柱、泄水管、桥面铺装等。

人行道荷载设为恒载。

其中二期恒载为18.6KN∕m,人行道荷载为6. 2KN∕m02.4 . 2可变作用桥梁模型设为双车道，采纳中国城市桥梁荷载（CJJ77・98）,车轮间距1.8m,采纳大路I级车道荷载，取值依据JTGD60-2004《大路桥涵设计通用法律规范》规定选取。

爱
Ai Qingchun
·青春
顾冰
唐代诗人李白曾在《金陵三首》中写道“金陵空壮观，天堑净波澜”，寄慨金陵城的壮险形势和长江的波澜壮阔。

然而，古人很难想象到江河、峡谷、壕沟、海湾这些隔断交通的天堑，在当今已基本被路网建设中科技含量高、建设难度大的桥梁工程所解决。

桥梁按照结构体系可划分为梁式体系、拱式体系、刚架桥、悬索桥以及组合体系等。

那么，本期我们就来谈谈组合体系中斜拉桥的搭建。

斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体共同组合起来的一种结构体系。

本期我们要做的纸斜拉桥模型主要由主梁、索塔和斜拉索组成。

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科学24小时Science in24hours2018年第5期
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桥梁三维模型图WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】简支T梁施工过程之一——主梁的浇筑T梁内部设置普通钢筋，形成钢筋骨架，完成部分构造功能。

梁内部设置普通钢筋，形成钢筋骨架，完成部分构造功能。

在T梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。

在T梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。

后张法预应力T梁施工，在主梁浇筑完毕，穿束完成后，要进行预应力张拉。

所以要在张拉端设置锚头构件预留张拉位置。

锚头可设置在梁端、梁顶等位置。

后张法预应力T梁施工，在主梁浇筑完毕，穿束完成后，要进行预应力张拉。

所以要在张拉端设置锚头构件预留张拉位置。

锚头可设置在梁端、梁顶等位置。

后张法预应力T梁施工，在主梁浇筑完毕，穿束完成后，要进行预应力张拉。

所以要在张拉端设置锚头构件预留张拉位置。

锚头可设置在梁端、梁顶等位置。

多数T梁在梁内部设置通长的预应力钢束。

由于梁的两端剪力较大，所以要将预应力钢束在两端抬起。

这和钢筋混凝土梁很相似。

由于梁的两端剪力较大，所以要将预应力钢束在两端抬起。

这和钢筋混凝土梁很相似。

预应力钢束要套波纹管，在锚头处要加锚垫板，以克服由于局部受力所引起的应力集中。

预应力钢束要套波纹管，在锚头处要加锚垫板，以克服由于局部受力所引起的应力集中。

T梁施工过程之二——穿束简支T梁施工过程之二——穿束预应力筋穿入孔道的方法有先穿束法和后穿束法两种。

先穿束法即在浇注混凝土之前穿束。

这种穿束法较省力，但束端保护不当易生锈。

后穿束法即在混凝土浇筑之后穿束。

穿束可在混凝土养护期内进行，不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿束后及时张拉，易于防锈，但穿束较为费力。

后穿束法可用人工穿束、卷扬机穿束和穿束机穿束。

穿束前应全面检查孔道是否完整无缺T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之二——穿束T梁施工过程之三——张拉预应力T梁一般采用后张法（先浇筑混凝土，后张拉预应力钢筋）。