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。

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）。

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。

用MIDAS/Civil做斜拉桥正装分析1. 斜拉桥正装分析和未闭合配合力功能在斜拉桥设计中，可通过成桥阶段分析得到结构的一些必要数据、拉索的截面和张力等，除此之外斜拉桥还需要进行施工阶段分析。

根据施工方法的不同，斜拉桥的结构体系会发生显著的变化，施工中有可能产生比成桥阶段更不利的结果，所以斜拉桥的设计要做施工阶段分析。

按施工的顺序进行分析的方法叫施工阶段的正装分析(Forward Analysis)。

一般通过正装分析验算各个施工阶段的产生应力，检查施工方法的可行性，最终找出最佳的施工方法。

进行正装分析比较困难的是如何输入拉索的初始张拉力，为了得到初始张拉力值通常先进行倒拆分析，然后再利用求出的初始张拉力进行正装分析。

采用这种分析方法，工程师普遍会经历的困惑是：1) 在进行正装分析时可以看出正装和倒拆的张力不闭合。

2) 因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。

初始平衡状态分析（成桥阶段分析）时，同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响。

但在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。

如上所述，结构体系的差异导致了初始平衡状态分析（成桥阶段分析）与正装分析的最终阶段的结果产生了差异。

产生上述张力不闭合的原因，大部分是因为工程师没有完全把握索的基本原理或没有适当的分析软件。

实际上是不应该产生内力不闭合的，其理由如下：1) 从理论上讲，在弹性范围内正装分析和倒拆分析在同一阶段的结果应该相同。

2) 如果在计算时考虑合拢段在合拢时的闭合力，就能够得出与初始平衡状态分析(成桥阶段分析)相同的结果。

从斜拉索的基本原理上看，倒拆分析就是以初始平衡状态（成桥阶段）为参考计算出索的无应力长，再根据结构体系的变化计算索的长度变化，从而得出索的各阶段张力。

双索面无背索斜拉桥的设计思路摘要：（120+50）m无背索斜拉桥采用墩塔梁固结体系，主梁采用双边箱钢梁，混凝土桥塔，双索面斜拉索，基础为群桩基础，通过空间有限元程序对全桥进行了静力分析。

从研究结果了解到，全桥的承载力与刚度良好，各项指标也满足城市桥梁建设的基本要求与相关规范，旨在为同类型桥梁设计提供一定参考。

关键词：无背索；斜塔；结构设计1、引言无背索斜拉桥造型优美，景观效果突出。

（1）无背索斜拉桥桥塔的自重设计是一个关键问题（2）。

为减小斜塔设计及施工难度，在中等跨度桥梁较宽的无背索斜拉桥中采用主梁和主塔参与受力的部分斜拉桥体系更为合适（3）。

2、工程背景及计算模型2.1工程背景某景区道路跨越湖面及环湖道路，桥梁全长178m,桥跨布置为（120+50）m,都均已采用双索面无背索斜拉桥体系，桥梁全宽62m。

主梁为混凝土箱梁+钢梁结构，墩塔梁固结。

2.2总体设计及施工方案总体设计：由于本桥较宽，靠拱塔自重无法完全平衡主跨荷载，因此采用部分斜拉桥体系――即主梁承担一部分荷载，索、塔承担一部分荷载。

为加大主梁的刚度，设置50m 配跨。

通过已建桥梁及试算，本桥索塔倾角60°，索塔形式为混凝土结构，斜拉索倾角25度，主跨采用钢箱梁，梁塔根部及配跨采用混凝土梁。

总体施工方案：桥塔的施工需重点研究，考虑利用主梁自重来平衡主塔部分弯矩，并在主塔内设置劲性骨架。

第一步：采用支架施工边跨混凝土主梁以及拼装主跨钢箱。

第二步：分段支架现浇桥塔，并挂索，初张拉。

第三步：斜拉索调索一次完成。

第四步：施工桥面铺装及附属结构等。

2.3主梁设计全桥主梁布置为92.34m钢箱梁+4m钢混结合段+73.38m变截面混凝土箱梁。

主跨主梁采用钢箱梁，双边箱+正交异性桥面板纵横向梁格体系，梁高3.46m，梁宽62m，悬臂长4m；由于桥面较宽，剪力滞效应较为明显，并考虑全桥车道布置，除了设置边箱梁外，与常规斜拉桥不同，横向每4m设置一道纵梁。

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3.46米，桥面宽0.55米，索96根。

斜拉桥模型三维图见图1、2。

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=3.6×103 N/mm2。

斜拉索采用Ф4钢筋(Q235)，强度标准值f yk=235N/mm2，弹性模量E=2.1×105N/mm2。

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18.2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0.65米，地面以上0.4米，地面以下开挖0.25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。

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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