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钢索吊桥结构计算及设计要点

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钢索吊桥结构计算及设计要点

马延荣

(青海省恒立公路勘测设计有限公司 西宁 810008)

摘要重点分析了昂塞扎曲河钢索吊桥的结构计算与设计要点 ，并在此基础上说明平行钢丝作为一

种新材料可替代钢丝绳 ，克服因钢丝绳吊桥在使用中出现的负拱问题 ，同时提出此平行钢丝吊桥建成后

存在的一些现象，供设计人员参考。

关键词道路工程桥梁钢索吊桥结构计算设计要点

1概述

昂塞扎曲河钢索吊桥位于我省南部的杂多县昂塞

乡政府驻地，海拔3960m ,桥址为峡谷型地形类别 ，河

宽105m，岸顶与河床高差为 8〜10m ；河岸线裸露部分

为风化页岩。桥址气候属曲型高寒大陆性特征 ，寒冷

干旱,温差大，冰冻期长。极端日温差35 C，季节性冻 土深度为2. 4m。风力九级，风压强0.59kw/m2。该桥 于2005年8月建成通车。

2设计方案

'dj

(1) 设计为1〜120m双塔悬索桥，矢距比1/ 12 ,设 计荷载汽-20级(单车)；

(2) 桥面净宽4.5m ,采用8mm厚扁豆型花纹钢 板；

(3) 索塔高9.23m，为砼框架结构；

(4) 主索锚锭和风缆锚碇均为重力式砼结构 ；

(5) 主次梁分别为45低合金轻型钢和 20低合金

轻型钢；

(6) 主索为273根①5mm平行钢丝。

3结构计算要点

3. 1主索验算

3. 1. 1桥梁自重 平均每举重量 g = 10.34kN

3. 1.2恒载作用下主索水平拉力

Hg = 2

10 . 34 X120

8 X10 =1861 . 2kN

3 . 1. 3荷载内力计算

最不利偏载时的横向分布系数计算

(横梁计算跨径5. 7m)，偏载车轮距道边

横梁支点距离为1. 0m(见图1)。

lOOcru 250cm

I 570cra

I ----- -

2. 2 +

4.5 5.

7 Xt= 0.588 ,桥净宽4. 5m

0.5m ,由此距

冲击系数 1 + u = 1 + 50/ (70 + 120) =

1.263 等代荷载K值计算(汽20级，主车计算)

G 总=126603.7kg = 1241.2kN 青海交通科技 2005 -6

G = 206 . 4 X2. 4 X1000 X9. 8 = 4854.

5kN

3. 2. 1抗滑稳定系数 4 . 1. 1主索类型的选择 大跨度是索桥中已广泛应用

平行钢丝，该种材料

Hg + p = eos20°9'12〃

H = 0 . 9347 X2688 . 3 = 2512. 7kN

砼与基岩摩擦系数为 0. 7。

f = 4854 . 5 X0. 62 = 3009 . 8kN

f = 3398. 15

H = 2512. 70

3. 2. 2抗拔安全系数

F = tg18°6' X2512.7 = 837. 5kN

4 . 1.2主索长度的计算 a跨中长工度：

2 4

S = L 1 + 8/ 3 ( F/ L) - 32/ 5 (F/ L)]

2 4

=120 X1 + 8/ 3 (1/ 12) - 32/ 5 (1/ 12)]

=120 X(1 + 0 . 0182)

=122.19mK =半=^854-5 = 5. 79 （大于容许值2. 0要求） F

837.5

3. 3抗风索的计算 设计抗风索曲线方程 Y = （ 4f/ L

2 ） X2 （跨中为坐标

原点）

抗风索矢高f = L/ 12 = 10m （L = 120m ,主跨内为曲

线，曲线范围外为直线）

3. 3. 1抗风索风力计算

横桥向迎风面 栏杆 S1 = (0 . 9 - 0.7) X117 X0. 2 = 19.42m2

桥面系 S2 = 120 X(0 . 07 + 0. 01 + 0 . 02) = 33 .

6m2

b背索长度=H/ eosa a :背索夹角

e主缆锚具的锚固采用工厂加工

d利用索夹使主索成为圆型 ，索夹内径应与主索

理论直径相同，容陷率按17 %计算。

4.2地锚

4.2. 1地锚位置确定 Me (max) = 120 X30 + 29 . 2 X120 + 65 X(27 .

7) =8766kN

Hp = Me (max)=

w 8766

1/ 2 X120 X30 =4.87kN/m 横梁 39 X0. 0084 = 0. 32 (39

根) 吊杆 27 . 56m2

Es = 80. 9 m2

P = 0. 588 X1.263 X4.87 = 3.62kN

注:20级中主车作用下对主索产生的水平拉力 3 . 3. 2 风压强度

桥位处最大风力九级，风压强度0. 59kN/ m2风压力

Hp = 2

3.62 X120

8 X10 =651. 60kN

3. 1. 4 主索总水平拉力 1861.2 + 651.6 = 2512. 8kW

Tg + p = (g +2p) L ..1 + (L/ 4f) 2

=(10 34； 3 62) X200 , 1 + 1202/ (16 X100)

=2648.7kN

3. 1. 5边索内力计算

边索倾角 tg20°9'12" = 0 . 3803 cos20°9'12" =

0 . 9347

Hg + p 2512 8

□ + P =。鳥寫9卩12〃 = 0. 9347 = 268& 30kN

3. 1. 6主索安全系数计算

设计拟采用1根3束91丝(共计273丝)①5高强 钢丝[30 = 16000MPa ,每根钢索抗拉强度 (标准强度) =0. 252 XnX

1600 = 30.79 (kN) 273 X30.79 , f ,、八,+ / / ..-【、、 K = g = 3. 12 （大于容许值3.0的要求） 2688.3

3. 2主索锚碇计算 主索最大拉力 2688 . 3kN

设计锚碇为重力式

3 V = 206 . 4m W = 0.59 X80 . 9 -117 = 0.408

3 . 3. 3抗风主索的设计

主索水平拉力

Tg+p== 0 408 X120

8 X10 X0. 966 =76.02 (kN)

主索最大拉力 T = H/ cos8°6' = 76.02/ 0.989 =

76 . 9 （ kN）

主索强度采用1-①28 （ 6 X37股）有机物蕊，破断

拉力=352 . 32kN

安全系数 =352.32/ 76.9 = 45 . 8

此安全值较大，设计主要考虑，在风缆实施中风缆 坐标不易控制，并结合该桥较高（10 - 15m之间）同类 桥梁常用抗风缆主索直径确定 。

3 . 3. 4风缆锚碇

（1） 重力式锚碇验算

T = 76.9kN

（2） 滑动稳定验算

3 3

V = 10m r = 23kN/ m f = 0 . 6

安全系数

4设计要点 10 X23 X0 6

76 . 9 =1.79 > 1 . 4 (安全)

4 . 1主索类型的选择

=1 . 35 (大于于值1.3) 具有强度高、延伸率低、体积小等优点，克服了镀锌钢 丝强延伸较大致使桥面建成后形成负拱度等弱点 ，昂 a索塔中心至锚具中心（前端）水平距离Sb1 = H/

tga H :索鞍顶端至锚具前端的高差 。 b锚具中心（前端）至地锚背距离Sb2。 索塔中心至地锚末端距离 =Sb1 + Sb2马延荣钢索吊桥结构计算及设计要点

4. 2. 2地锚地面按台阶式布设 ，采取不支模方式现

浇，从而增加地锚的摩阻力 。

4. 2. 3 地锚拉杆：采用 ①70mm40Cr，长2. 0m。

4. 3索塔

设计采用H级方柱式框架结构，索塔高9. 23m，顺 桥向底宽2.0m，顶宽1.6m ,横桥向均为1.2m ,由于地 形限制，背索角与跨中向主缆角度不等 。塔柱底面正

压应力为0. 69MPa < 6= 17.5MPa ,复核截面条件及 强度验算均满足要求，索塔基础为明挖扩大基础，尺寸 为 9 . 9m

X5. 0m , 6= 0 . 12MPa < 8 . 0MPa，因此塔柱设计 尺寸偏于安全。

5风缆锚碇

5. 1风缆锚碇布设于不受水流冲刷及地质条件较好 的位置，并且低于桥面最低 高差不小于1 . 0m，才能有 效发挥作用。

5.2风缆主绳与拉绳连接处采用马鞍型绳卡固定 ，有

利于受力。

6小结

根据上述计算与分析，钢索吊桥的设计必须对主 索、索塔、地锚、风缆进行必要的计算，正确计算主索长 度、地锚位置，桥梁竣工通车后，经过观察5t以下车辆 过桥时桥面线型基本之变化,随着吨位的增加，桥面及 主缆波动。桥台伸缩缝受气温影响较大，伸缩宽度在 1 . 0〜1. 5cm之间变化，主缆长度每增减1. 0cm，桥面标 高降升3. 0〜4.

0cm。

(上接第21页)

① 河道较为顺直，滩槽界限分明，河床较为稳定

河水流向一致，无河叉、淤沙、阻塞水流等现象。

② 形态断面与桥位断面间无较大支流汇入与分流

和壅水现象。 ③ 在形态断面附近有鲜明 、可靠的历史洪水水位

痕迹。

4000q

3999

3998

3997 -

桩号 Q 0 E

9 9

35

9 9

河床标离 0 s co I I u i CT i 1

图2水文基线图

(4)挖取河床表层的土样并筛分确定河床表层的 平均粒径。在桥梁设计中，一般都要进行地质钻探，但 在卵砾石河床上，从钻孔中取得的样品，常常漏掉较大 的颗粒，这时必须另行采取表层样品 。在采取表层样

品时，应刮去表面的粗化层，采取1. 0m以内的样品进 行筛分试验，确定砾石河床的颗粒级配情况。在路基 冲刷防护构造物设计中，一般不进行钻探， 通常只进行河床表层取样。筛分试验。

3外业测绘工作

(1)桥位平面图 桥位平面图测绘范围应能满足工 程设计需要。主

要能从图上结合现场调查资料易于判明洪水流向 ，河

道演变趋势，借以确定桥位和布设桥孔的恰当位置 。

在桥位平面图上，应该标出洪水主流方向 、洪水泛滥

线、枯水边界，沙岛和河滩分布及河槽边界 、河槽基本 宽度等。此外，平面控制点、高程控制点、水准点、各方

案的桥位轴线、桥头引道接线等也应在桥位平面图上 标出。桥位平面图的比例通常为 1 ：500〜1 ：2000, —般

采用 1 ：1000。

(2)桥位河床断面图在桥梁设计中桥位河床断面 图为布设桥孔位置 ，

计算墩台冲刷埋置深度的水力设计计算断面 。勘测时

应特别注意观察断面内是否有死水区 、回流区等对排

洪不起作用的部分，以便确定实际的过水断面及其位 置，并将形态断面上确定的各水文要素换算到桥位河 床断面上。

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中山桥的原理

中山桥的原理

中山桥的原理

中山桥，又称为悬索桥或吊桥，是一种常见的桥梁结构，其原理是通过悬索将桥面悬挂在两岸之间，以实现跨越河流、峡谷或其他障碍物。

中山桥的原理主要基于受力学和结构力学的知识。在中山桥的设计中，悬索是桥上的主要受力构件。悬索是一种倾斜的支撑结构，通常由高强度的钢索或钢缆构成。悬索的作用是将桥面的重量传递到桥墩或桥塔上，同时还要承受行车和行人对桥面施加的荷载。

在中山桥的结构中，悬索通过桥塔或桥墩固定在地面上。桥塔或桥墩是承受悬索张力的结构，其重量和基础的稳定性对桥梁的安全性至关重要。通常情况下，桥塔或桥墩会采用混凝土或钢结构来构建，以确保其足够的承载能力和稳定性。

另外，中山桥的桥面也是桥梁结构中的关键部分，它需要能够承受行车和行人的荷载，并且还要能够与悬索相连接，形成一个整体的结构。桥面的设计通常会考虑到结构材料的选择、跨度大小、桥面形状等因素，以确保桥面能够满足使用要求，并且与悬索结构相协调。

在实际使用中，中山桥的工作原理是通过悬索将桥面悬挂在两岸之间，形成一个横跨障碍物的通道。悬索的张力将桥面支撑起来，使其能够跨越河流、峡谷或其他地形，为通行提供便利。同时，桥面的承载能力也能够满足不同类型车辆和行人的需求，从而保障了桥梁的安全和稳定。

总的来说，中山桥的原理是基于悬索结构和桥面设计，通过合理的受力分配和结构连接，实现桥面悬挂在两岸之间，从而跨越障碍物，为人们的出行和交通运输提供便利。中山桥在现代桥梁建设中具有广泛的应用，其设计原理和结构特点为桥梁工程的发展和实践提供了重要的参考和借鉴。

缆索承重桥梁之悬索桥构造及设计计算

缆索承重桥梁之悬索桥构造及设计计算

缆索承重桥梁之悬索桥构造及设计计算

悬索桥是一种常见的缆索承重桥梁，由主悬索、次悬索、桥面和塔构成。其特点是悬挑距离长、塔高、桥塔之间跨度大，能够满足交通需要，同时其结构也相对稳定。

悬索桥的设计计算主要包括塔的高度、主悬索和次悬索的设计、桥面荷载的计算等。

首先，塔的高度需要满足一定的要求，一般要高于悬索桥的主悬索距离。塔的高度设计不仅需要考虑桥面的拱度，还需要考虑塔之间的跨度，以保证结构稳定性和桥梁的安全性。

主悬索和次悬索的设计是悬索桥中最重要的部分，它们负责承受桥面的荷载。悬索桥的主悬索是从塔顶到桥面中央的一条曲线，而次悬索则是从塔顶到桥面两侧的曲线。主悬索和次悬索一般采用钢缆或预应力混凝土。

设计时需要考虑主悬索和次悬索的自重、荷载以及悬索桥的自重等因素，进行应力和变形的计算，以确保结构的稳定和安全。在设计过程中，还需要考虑悬索桥的动态响应，防止因为振动而对桥梁产生不良影响。

另外，桥面荷载的计算也是悬索桥设计的重要一环。桥面荷载一般包括活载荷载和恒载荷载两部分。活载荷载是指交通载荷，包括车辆和行人的荷载。恒载荷载是指悬索桥本身的自重和设备荷载等。

在计算过程中，需要考虑桥梁的应力分布、变形和挠度，以确保桥梁的安全和稳定。 最后，设计时还需要考虑材料的选取、施工方案等因素。悬索桥的设计需要结合实际情况，综合考虑各种因素，以确保悬索桥的安全性、稳定性和经济性。

总之，悬索桥的构造和设计计算是一项复杂且系统的工程，需要考虑各种因素和条件，以保证悬索桥的安全和稳定。设计师需要结合实际情况，采用科学的方法进行设计和计算，以实现悬索桥的目标。

吊桥的原理和应用有哪些

吊桥的原理和应用有哪些

吊桥的原理和应用有哪些

1. 吊桥的原理

吊桥是一种悬臂桥，使用悬挂的钢索或钢链将桥面悬挂在两个支点之间。吊桥主要依靠悬挂的结构来支撑桥面，使之能够横跨两个地点，实现人员和物品的交通运输。吊桥的原理可以总结为以下几点：

• 悬挂系统：吊桥的悬挂系统是将桥面悬挂在两个支点之间的关键组成部分。一般使用钢索或钢链来连接桥面和支点，以提供足够的强度和稳定性。

• 支撑系统：吊桥的支撑系统起到了支撑桥面的作用，使之能够承受人员和物品的重量。常见的支撑系统包括悬臂桥塔和悬耳状支撑结构等。

• 桥面结构：吊桥的桥面通常由木材、钢板或混凝土构成，以提供通行的平台。桥面结构需要具备足够的强度和稳定性，以承载行人和车辆的重量。

2. 吊桥的应用

吊桥作为一种特殊的桥梁结构，具有广泛的应用领域。以下是吊桥的一些常见应用：

2.1 交通运输

吊桥在交通运输领域具有重要作用。由于其灵活性和悬挂特性，吊桥可以跨越河流、峡谷和其他障碍物，为人员和物品的运输提供便利。吊桥通常用于军事行动、旅游景点、偏远地区等地方，在这些地方，吊桥能够提供临时的交通通道。

2.2 军事用途

吊桥在军事领域有着广泛的应用。在战争中，吊桥可以快速搭建临时桥梁，以便军队和装备的快速部署。吊桥具有快速拆卸和搭建的能力，适用于各种复杂的地形条件，可以有效地支持军事行动。

2.3 水利工程

吊桥在水利工程中也起到了重要的作用。在大型水利项目中，吊桥可以用于搭建临时通道，以便工程人员和设备的运输。此外，吊桥还可以用于观测和检测水域的情况，为水利工程提供实时的数据收集和监测功能。 2.4 旅游景点

吊桥作为一种特殊的桥梁结构，常常成为旅游景点的一部分。吊桥通常建在风景秀丽的地区，以提供游客穿越峡谷、河流或深山的体验。吊桥的独特结构和美景相结合，使之成为吸引游客的一大亮点。

2.5 文化遗产

吊桥作为一种传统的桥梁形式，有时也被保护为文化遗产。一些历史悠久的吊桥成为了当地的象征性建筑，代表着特定的文化和历史价值。这些吊桥通常具有独特的设计和建造技术，吸引着历史学家、建筑师和游客的关注。

悬索桥无应力长度计算公式

悬索桥无应力长度计算公式

悬索桥无应力长度计算公式

今天咱们来聊一聊悬索桥无应力长度的计算。

你们有没有见过悬索桥呀？悬索桥就像一个超级大的秋千，只不过这个秋千能让汽车和人在上面走呢。桥的两边有高高的塔，中间有好多根粗粗的钢索拉着桥面。这些钢索可重要啦，就像大桥的手臂一样。

那这个无应力长度是怎么回事呢？咱们可以想象一下，假如你有一根长长的橡皮筋。当你什么都不做的时候，它有一个本来的长度，这个长度就有点像悬索桥钢索的无应力长度。如果我们拉着橡皮筋，它就变长了，因为有了力量在作用它。悬索桥的钢索也是这样，当有汽车在桥上走或者风吹的时候，钢索就会受力，它的长度就会发生变化，但是它也有一个最初不受力时候的长度。

那怎么计算这个无应力长度呢？这里面有一个很有趣的办法。我们可以把悬索桥想象成一个大大的蜘蛛网。比如说，蜘蛛织网的时候，它从这头拉到那头的丝线，最初没有小虫子撞到网上的时候，那根丝线的长度就是无应力长度。

有个叔叔叫李明（这是我编的名字哦），他是一个很聪明的工程师。他在计算一座悬索桥的无应力长度的时候，就像在解一个超级大的谜题。他先测量了桥塔之间的距离，就像我们量从教室这头到那头有多远一样。然后他又看了看钢索的粗细，还有钢索的材质。因为不同的材质就像不同的橡皮筋，有的橡皮筋弹性大，有的弹性小。钢索也是这样，不同的材质会影响它受力时候的变化。

他发现，就像我们把几个小木棍拼在一起，每根木棍的长度加起来就是总长度一样。悬索桥的无应力长度也可以通过一些小的部分长度加起来得到。比如说，把悬索桥分成一段一段的，每一段都有自己不受力时候的小长度，把这些小长度都加起来，就大概能算出整个悬索桥钢索的无应力长度啦。

还有一个例子呢。有一次，一群小朋友在玩一个用绳子做的小吊桥。这个小吊桥就像一个小小的悬索桥。他们想知道这个小吊桥的绳子在没有他们在上面晃悠的时候的长度。他们就用小尺子一段一段地量，然后把量出来的数字加起来，就得到了一个大概的无应力长度。