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斜拉桥计算摘要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）。
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，q 为斜索自重集度，m f 为斜索跨中m 的径向挠度。
因索不承担弯矩，根据m 处索弯矩为零的条件，得到：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 m 238⋅+= (2-2) 223228cos 324m f q l l S l l Tα∆=-=⋅= 2323cos 12d l q l dT Tα∆=- (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=⋅==∆ (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。
第三章斜拉桥计算①斜拉桥（或者其他桥梁）的计算分类：总体分析局部分析②局部应力分析方法③斜拉桥总体分析的特点a.考虑垂度效应的斜拉索弹性模量修正问题；b.考虑成桥索力可优化的成桥状态确定问题；c. 考虑施工分阶段进行，索力反复可调、施工方便、成桥达到设计内力目标和线形目标的施工张拉力和预拱度确定问题。
3、斜拉索等效弹模与斜拉索水平投影长、斜拉索应力的关系第二节斜拉桥合理成桥状态3.2.1 成桥恒载索力的初拟斜拉桥的设计存在一个通过优化成桥索力来优化斜拉桥成桥内力的合理成桥受力状态确定问题：斜拉桥主梁、主塔受力对索力大小很敏感；而斜拉索索力可以调节。
国内外学者探索出了多种方法：简支梁法、恒载平衡法、刚性支承连续梁法、最小弯曲能量原理法、最小弯矩法、内力平衡法（或应力平衡法）、影响矩阵法、用索量最小法。
讲授：李传习成桥恒载索力的初拟的方法•简支梁法–方法的定义：选择合理的成桥索力，使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的简支梁的恒载弯矩一致。
（图）–特点：对于不对称结构，塔的弯矩难以照顾，所得结果难以应用。
–适应情况：已用得不多。
•恒载平衡法–方法：主跨斜拉索索力根据简支梁法确定；边跨斜拉索索力根据塔承受的不平衡水平力为零的条件确定；边跨的压重根据简支梁法确定。
–特点：主梁成桥恒载弯矩与简支梁相同；主塔恒载弯矩为零。
–适应情况：用得较多，适用范围较广。
•刚性支承梁法–方法：选择合理的成桥索力，使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的连续梁的恒载弯矩一致（图）。
–特点：对于不对称结构，塔的弯矩难以照顾；索力跳跃性可能很大，不均匀。
–适应情况：已用得不多。
讲授：李传习成桥恒载索力的初拟的方法（续1）•最小弯曲能量原理法–方法（定义）：以弯曲应变能最小为目标函数。
最初该法只适应于恒载索力优化，无法考虑活载和预应力的影响；将该法与影响矩阵结合后，这个缺点得到了克服。
此方法所得结果中一般弯矩均比较小，但两端索力不均匀，如人为调整易使受力状态调乱。
┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要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独塔斜拉桥、预应力混凝土连续刚构、中承式拱桥三个比选桥型。
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独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。
关键词：预应力混凝独塔斜拉桥成桥合理状态结构分析AbstractAccording to the design assignment and the present Highway Bridge Specifications, after preliminary analysis, three types of bridge are presented, they are single-pylon Prestressed concrete cable-stayed bridge, prestressed concrete continuous rigid frame and through type steel tube with concrete arch. After comparing their characters comprehensively, the prestressed Prestressed concrete cable-stayed bridge are selected as the main design scheme for further analysis. Through create model and run structural analysis, get the effect in the action of dead load, live load,and then calculate the effect in the beam for designing prestressed steel and the checking computation of key section intension, stress, living load distortion, The conclusion can be drawn that the design is up to the assignment.Key word:prestressed concrete；single-pylon cable-stayed bridge；rational dead load state ; structure analysis .┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一部分方案比选第一章方案构思与比选第1节桥位处地形，地质等资料桥位处的地形，地质条件见图1。
抚顺永安大桥设计计算书受抚顺市城市道路交通治理项目办公室委托，我院进行永安桥初步设计，桥型为单索面三塔低塔混凝土斜拉桥。
一、设计依据：《永安桥重建工程设计委托书》，抚顺市城市道路交通治理项目办公室，2001年7月二、工程概况：永安桥位于抚顺市繁华中心地带，横跨浑河，两端道路均为城市主干道，是抚顺市城市交通的咽喉，是连接抚顺市顺城区和新抚区的重要通道之一。
1、气温：年平均气温7.6℃，最高月平均气温28.7℃，最低为-20.5℃。
2、风速：多年平均最大风速15.3m/s，多年最大风速21m/s，常年主导风向为东北偏北。
3、降水：年平均降水量为826.8mm，日最大降水量为185.4mm；年降雪日数历年平均为24天，一次最大积雪深度为260mm。
4、地震烈度：7度。
5、河道土岩情况：河道内有河道覆盖层和基岩。
河道覆盖层由亚砂土、亚黏土、砂卵石等层组成；基岩为花岗片麻岩，表面风化，呈灰白色、黄色，冲击后呈碎块状。
最低岩面高程68.88m，最高岩面高程73.84m。
三、技术标准：1、荷载：行车道：城-A级人行道：3.5KN/m2非机动车道：4.0KN/m22、桥长：360m，跨径组合为63m+112m+112m+63m+10m=360m3、桥面宽度：桥全宽38m，中间双向六车道,两侧设非机动车道和人行道桥面横向布置（半幅）：2.5m人行道+4.5m非机动车道+11m机动车道+1m中央分隔带=19m3、桥面横坡：双向1%4、基本风压：700Pa5、设计地震烈度：7度，按8度设防6、水位:设计洪水位：79.15m (频率300年)丰水期水位:74.50m四、设计规范：1、《城市桥梁设计准则》CJJ 11-932、《公路桥涵设计通用规范》JTJ 021-893、《城市桥梁设计荷载标准》CJJ 77-984、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ 024-855、《公路桥涵设计规范》合定本，19896、《公路工程抗震设计规范》JTJ 004-897、《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-978、《公路路基设计规范》JTJ 013-959、《路灯设计规范》等相应设计规范五、结构简介：单索面三塔低塔混凝土斜拉桥，桥梁全长63+112+112+63+10=360m，桥面宽度38m，拉索锚固区2m。
计算书
工程名称：郑东新区龙子湖中路跨龙子湖东（B8）桥
工程编号： 05-Q-18
设计阶段：施工图设计
构件名称：主桥总体计算
第1 册共1 册本册16页计算年月日校对年月日
同济大学建筑设计研究院
桥梁工程设计分院
郑东新区龙子湖中路跨龙子湖东（B8）桥施工图设计
主桥总体计算
一.工程概况
本桥采用96m+72m＝168m的双索面弯塔斜拉桥，塔梁固结。
在桥塔处横断面布置为6.25m人行、非机动车道+2.75m索塔分隔带+12.0m机动车道+8.0m中央分隔带+12.0m机动车道+2.75m桥塔分隔带+6.25m人行、非机动车道，总宽度50m，在索塔区以外，主跨人行、非机动车道宽6.75m，边跨人行、非机动车道宽6.25m。
主梁横截面采用两个分离的箱形截面，中间用横梁连接，每个分离箱梁都是双室截面，因此主梁横截面也可以称为双箱双室截面。
两个分离的箱形截面中心间距35m，与双索面斜拉索及桥塔两个塔柱的中心间距一致，每个箱形截面的底宽9m，两个分离箱梁间净距26m，箱梁外侧悬臂3m；箱梁高度从桥面中线向两侧1.5％横坡降低，在塔柱中线处箱梁高2.5m，在桥面中线处梁高2.763m。
箱梁内顶板厚25cm，悬臂板端部厚18cm，根部厚50cm；底板厚30cm；边腹板宽50cm，梁端处加宽到80cm；主跨和边跨中间腹板宽分别为100cm和200cm，索塔处21m长度范围内的箱梁中腹板宽度350cm，二者之间设渐变段。
连接主梁的横梁间距3m。
横梁分为中横梁、端支点处的端横梁及索塔处的塔间横梁三种，桥面中线处横梁高276.3cm。
中横梁肋宽30cm，在主梁箱内的肋宽增加到60cm；端横梁宽161cm；塔间横梁由4根60cm宽的横梁用30cm厚度的底板连接起来，构成单箱4室断面。
本桥采用双柱桥塔，两个塔柱中心间距35m，承台顶面到塔柱顶58.861m，桥面以上高53.085m。
在主跨和边跨侧分别设置半径约为102.3m和36.3m的圆曲线以形成弯曲索塔的外形，顺桥向长度4.128～17.356m；横桥向宽度在桥面与高于桥面4.536m之间为2.9m，高于桥面4.536m以上为3m，主桥以下为3.5m。
两根塔柱横向中心间距35m。
本桥采用φ7平行钢丝束的PE热挤压斜拉索，冷铸锚具。
钢丝极限强度1670MPa，主跨96m布置11对斜拉索，规格有PES7-301、PES7-313、PES7-349、PES7-367四种。
边跨72m布置7对双股斜拉索，每股横向间距1.2m，采用PES7-187、PES7-199型。
二.计算内容
上部结构总体分析分为成桥阶段及使用阶段。
成桥阶段计算内力及应力；使用阶段考虑了恒载、汽车、人群、沉降、收缩徐变、温度等效应，并按规范要求进行组合。
三.上部结构总体计算荷载
上部结构计算取用半桥结构建模，采用平面杆系单元计算，塔梁固结，主塔塔底为群桩基础的弹性支撑，桥台处设竖向约束；成桥阶段及使用阶段的内力、应力状态按初等理论进行有限元计算，桥面铺装及人行道等按外荷载作用在结构上。
参与计算的主要荷载有：
1. 恒载（全桥计）：
自重：容重26kN/m3；
桥面铺装：113.6kN/m；
防撞栏杆：17.5kN/m；
人行道：61.5 kN/m；
中央分隔带：50.9 kN/m；
人行道和非机动车道栏杆：17.0 kN/m；
压重：460kN/m。
2. 活载：
汽车为城—A级，按双向6车道计算；
非机动车及人群荷载4.5kN/m2，按规范折减。
3. 预应力作用：
考虑预应力张拉锚固、压浆和混凝土形成组合截面的过程，预应力损失同步计入。
施工过程中应先张拉通长索后张拉短索，在横桥向上对称张拉。
4. 混凝土徐变、收缩影响：
根据施工步骤，按每一阶段混凝土加载龄期、荷载变化过程分别考虑徐变、收缩影响。
使用阶段混凝土徐变、收缩影响从施工阶段连续计算求得。
5. 基础不均匀沉降：
a、考虑一个主塔基础下降10mm为最不利沉降情况；
b、考虑边墩同时下降10mm为最不利沉降情况。
6. 附加荷载：
体系温差按年温差升温20℃，降温-25℃计算
桥面温差按规范计算
索梁温差按±10℃计算
塔侧温差按±10℃计算
7.
8. 所用材料及其理学性能：
四.总体计算说明：
总体计算采用桥梁博士3.0进行，塔梁固结，主塔塔底根据群桩刚度作弹性约束，梁端设竖向约束；计算模型见右上图，塔、主梁采用梁单元，斜拉索采用拉索单元。
在总体计算中取用半桥建模。
计算模型
五.总体计算主要结果（内力单位：kN，kN－m；应力单位：Mpa）
1.主梁恒载内力
恒载弯距
恒载剪力
恒载轴力
2.主梁恒载应力
恒载应力
3.主梁使用阶段内力
长期效应组合——弯距极值
长期效应组合——剪力极值
长期效应组合——轴力极值
短期效应组合——弯距极值
短期效应组合——剪力极值
短期效应组合——轴力极值
标准组合——弯距极值
标准组合——剪力极值
标准组合——轴力极值
承载能力基本组合——弯距极值
承载能力基本组合——剪力极值
承载能力基本组合——轴力极值4.主梁使用阶段应力
长期效应组合——上缘应力
长期效应组合——下缘应力
短期效应组合——上缘应力
短期效应组合——下缘应力
标准组合——上缘应力
标准组合——下缘应力
短期效应组合——主压应力
短期效应组合——主拉应力5.塔的使用阶段内力及抗力
6.塔使用阶段应力
7. 结构位移
恒载下竖向位移
汽车荷载竖向位移
人群荷载竖向位移
短期效应组合竖向位移
短期效应组合下的竖向最大位移：主跨为0.072m，边跨为0.049m。
按规范，挠度长期增长系数取：1.425。
所以主跨长期挠度为0.072×1.425＝0.103<96/600＝0.16；边跨长期挠度为0.049×1.425＝0.07<72/600＝0.12。
所以挠度满足规范要求。
8.拉索应力
恒载应力
长期效应组合应力
短期效应组合应力
标准组合应力
9.支点反力汇总（半桥）
10.承台中心偏离塔底中心2.206m，桩的质心偏离塔底中心2.899m（往主跨方向）。
11.主梁剪力验算见下列表格：
12.计算结论与建议：
成桥阶段和使用阶段的正应力和主应力均能满足规范要求；主梁抗弯及抗剪强度、索塔抗压及抗剪强度均能满足要求；主梁刚度满足规范要求。
为了确保斜拉索索力、桥梁线形以及梁塔应力满足设计要求，建议进行施工监控。
