主跨150+230+816+80+350米双塔混合梁斜拉桥主要计算结果.docx
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主跨150+230+816+80+350米双塔混合梁斜拉桥主要计算结果
主跨（150+230+816+80+3×50）米双塔混合梁斜拉桥主要计算结果
1、主要技术标准
公路等级：
平原微丘区高速公路；
计算行车速度：
100Km/h；
设计荷载：
公路—Ⅰ级；
地震基本烈度：
基本裂度为7度（50年内超越概率为10%的基岩水平峰值加速度为94.5cm/s（0.0945g）），按8度设防；
设计温度：
根据当地气象条件，多年平均气温16.3℃，极端最低气温-15.1℃，
极端最高气温38.3℃，月平均最低气温0.3℃，月平均最高气温28.0℃。
设计基准风速：
10m高1/100频率的10min平均最大风速27m/s
设计纵坡：
<2%；
桥面横坡：
2%；
桥面宽度：
有效宽度为32.5m，主桥全宽37.5m；
主桥计算跨径：
816m；
2、计算依据
2.1、主要荷载
2.1.1、主要荷载一览表
分类
名称
标准
永久荷载
（恒载）
结构重力
钢筋混凝土容重：
26kN/m3；钢：
78.5kN/m3；桥面铺装容重：
24kN/m3
预加应力
根据有关规定取用
混凝土收缩、徐
变影响力
根据有关规定取用
可变
荷载
基本可变荷载
（活载）
汽车
公路—Ⅰ级
其他可
变荷载
风力
10m高1/100频率的10min平均最大风速27m/s
温度影响力
根据当地的气象条件，基准温度取16.3℃；最高温度取38.3℃，最低温度取-15.1℃；
偶然荷载
地震力
按八度计算
船舶撞击力
顺桥向撞击力按15000KN考虑
2.1.2、恒载
钢箱梁恒载按照各梁段实际重量取值，其一期恒载平均值为195KN/m；
混凝土梁恒载按照各梁段实际重量取值，其一期恒载平均值为1296KN/m；
索塔恒载，按照各段塔柱和横梁的截面积计算。
主梁桥面铺装、桥面系等二期恒载平均值：
63KN/m。
2.1.2、公路—Ⅰ级活载
汽车荷载考虑以下系数：
①多车道横向折减系数：
0.5（横向按八个车道加载）
②纵向折减系数：
0.94
③偏载系数：
1.10
综合系数：
8×0.5×0.94×1.10=4.18
2.1.3、温度荷载
本设计计算均以16.3℃为基准温度考虑，总体计算按升温25℃，降温
-30℃取；
2.1.4、风荷载
作用于桥梁上的风荷载由平均风作用、脉动风的背景作用及结构惯性力作用叠加而成，针对该方案进行了成桥状态的风载内力计算。
静风荷载作用下，采用有限元方法进行结构内力计算，并按规范要求进行内力组合。
根据《公路桥梁抗风设计规范》计算，风速
；静阵风风速：
；
按B类场地取
。
作用在主梁上的静风荷载按下列公式计算：
横向风载：
竖向风载：
扭转力矩：
式中：
—主梁体轴各方向的横向力系数、竖向力（升力）系数，扭转力矩系数；
—分别为主梁的高度和宽度（m）。
对于桥塔和拉索，其静风荷载只计阻力，即
式中：
—桥梁各构件的阻力系数；
—桥梁各构件顺风向投影面积（
），对于斜拉索取为其直径乘以其投影面积。
2.2、荷载组合
对于全桥体系，主要进行以下几种组合计算。
组合一：
长期效应组合；按规范JTGD60-2004第4.1.7条规定；
组合二：
短期效应组合；按规范JTGD60-2004第4.1.7条规定；
组合三：
标准值组合；
组合四：
重力+地震力；
2.3、各构件几何物理特性参数
典型断面钢箱梁参数表
项目
单位
数量
备注
形式
扁平钢箱梁，内净高3.8m，顶板厚14mm，底板厚12mm
弹性模量
MPa
2.10E+05
剪切弹模
MPa
8.10E+04
泊松比
0.3
截面积
m2
1.828
典型断面
形心高
m
2.04
离底板内面与桥梁竖向中心线交点
截面特性
Iz
m4
4.5998
竖弯
Iy
m4
244.5437
横弯
Jd
m4
10.766
扭转
典型断面混凝土梁参数表
项目
单位
数量
备注
形式
预应力箱梁，内净高3.8m，顶板厚40cm，底板厚40cm
弹性模量
MPa
2.10E+05
3.6×104
剪切弹模
MPa
8.10E+04
1.44×104
泊松比
0.2
截面积
m2
41.19
典型断面
形心高
m
2.055
离底板内面与桥梁竖向中心线交点
截面特性
Iz
m4
72.95
竖弯
Iy
m4
5192.53
横弯
Jd
m4
257.25
扭转
拉索参数表
拉索型号
拉索面积（mm2）
理论重量
（kg/m）
破断载荷
（KN）
弹性模量（Mpa）
标准强度（Mpa）
PEZ-S-15-1860-81
11259
89.1
21616
2.1E5
1860
PEZ-S-15-1860-76
10564
83.6
19651
2.1E5
1860
PEZ-S-15-1860-71
9869
78.1
18359
2.1E5
1860
PEZ-S-15-1860-66
9174
72.6
17066
2.1E5
1860
PEZ-S-15-1860-61
8479
67.1
15771
2.1E5
1860
PEZ-S-15-1860-51
7089
56.1
13187
2.1E5
1860
PEZ-S-15-1860-41
5699
45.1
10601
2.1E5
1860
混凝土构件主要断面参数表
项目
几何特性
项目
物理特性
索塔形式
A型
容重
25KN/m3
混凝土标号
C50
弹性模量
3.45×104MPa
断面形式
矩形空心断面
剪切弹模
1.38×104MPa
横梁数
2
泊松比
0.2
编号
适用单元
断面积
抗弯Iz
形心高
（m2）
（m4）
（m）
塔柱断面
1
塔柱底面
231.75
3214.219
6.5
2
塔顶处截面
33.23
236.180
4.0
2.4、计算方法与结构离散图
总体结构静力计算使用桥梁博士3.0，应用有限位移理论采用平面杆系模型计算。
在平面杆系计算中，全桥共划分203个节点，300个单元。
其中1~78号钢箱梁，79~107号混凝土梁，108~200号混凝土桥塔，201~300号为斜拉索。
平面杆系结构的约束条件是：
塔根处为固结，左、右交接墩为竖向铰支并用弹簧固定（K=40000KN/m）,辅助墩顶为竖向铰支，索塔与钢箱梁在横梁处为竖向支承。
结构单元及节点分布见结构平面杆系计算单元图。
3、结构静力计算
3.1、主要内力计算结果
3.1.1、坐标系
坐标系符合右手螺旋法则，方向采用顺桥向为X轴，竖桥向为Y轴，横桥向为Z轴。
3.1.2、符号规定
①结构位移、外力及支座反力
结构位移、外力及支座反力亦符合右手螺旋法则，与坐标系方向一致为正。
②内力
将单元的I端至J端视为基线，规定单元内力正向，轴力N压为负,拉为正；剪力Q：
与I端局部坐标方向一致为正，反之为负；弯矩M：
以使杆件上缘受压为正，反之为负。
结构平面杆系计算单元图
拉索编号：
左边跨LL01→LL25中跨LR25←LR01RL01→RL25右边跨RR25←RR01
3.1.3、内力计算结果
①成桥状态（一期恒载+二期恒载）
成桥状态全桥弯矩图（单位：
KN-m）
②长期效应组合
弯矩包络图（单位：
KN-m）
③短期效应组合s
弯矩包络图（单位：
KN-m）
④标准值组合s
弯矩包络图（单位：
KN-m）
3.2、主要应力计算结果（正为压应力，负为拉应力）
①成桥状态（一期恒载+二期恒载）
桥塔上缘正应力图（单位：
MPa）
桥塔下缘正应力图（单位：
MPa）
主梁上缘正应力图（单位：
MPa）
主梁下缘正应力图（单位：
MPa）
②长期效应组合
桥塔上缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
桥塔下缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
主梁上缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
主梁下缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
③短期效应组合
桥塔上缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
桥塔下缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
主梁上缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
主梁下缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
④标准值组合
桥塔上缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
桥塔下缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
主梁上缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
主梁下缘最大、最小正应力图（单位：
MPa）
3.3、主要位移计算结果
①成桥阶段结构竖向位移图
成桥阶段结构竖向位移图（单位：
m）
②长期效应组合竖向位移图
长期效应组合作用下主梁竖向位移包络图（单位：
m）
③短期效应组合竖向位移图
短期效应组合作用下主梁竖向位移包络图（单位：
m）
④标准值组合竖向位移图
标准值组合作用下主梁竖直位移包络图（单位：
m）
主要控制部位水平位移
工况
位置
组合一（m）
组合二（m）
组合三（m）
Max
min
Max
Min
Max
Min
南塔顶
-0.006
-0.231
0.010
-0.358
-0.018
-0.043
北塔顶
0.364
0.032
0.454
-0.042
0.124
0.086
梁南端
-0.116
-0.168
0.036
-0.351
-0.136
-0.143
梁北端
0.18
0.134
0.385
-0.029
0.152
0.145
主梁支座反力一览表（横桥向两个）
节点号
恒载反力（KN）
最大竖向力（KN）
最小竖向力（KN）
交接墩1
3100
7795
242
辅助墩1
9580
20590
1074
辅助墩2
43700
51650
33740
辅助墩3
20600
25690
13730
辅助墩4
28800
33870
19030
交接墩2
8210
11360
4772
斜拉索索力一览表
单元号
成桥索力（KN）
组合一（KN）
组合三（KN）
索型
最大应力（Mpa）
应力幅（Mpa）
Max
Min
Max
Min
RR04
4509
5665
5240
6240
5225
554
90
RR05
4409
5580
5195
6125
5175
PEZ-S-15
-1860-76
580
90
RR06
4310
5530
5120
6070
5105
575
91
RR07
4211
5460
5025
6000
5010
568
94
RR08
4111
5375
4919
5910
4904
559
95
RR09
4010
5260
4801
5755
4787
PEZ-S-15
-1860-71
583
98
RR10
3910
5170
4690
5660
4678
574
100
RR11
3808
5120
4617
5600
4605
567
101
RR12
3712
5065
4543
5545
4533
562
103
RR13
3580
4972
4457
5410
4448
PEZ-S-15
-1860-66
590
105
RR14
3447
4870
4329
5300
4318
578
107
RR15
3313
4750
4182
5165
4168
563
109
RR16
3177
4648
4103
5020
4089
PEZ-S-15
-1860-61
592
110
RR17
3043
4579
4027
4936
4015
582
109
RR18
2910
4465
3922
4800
3915
566
104
RR19
2778
4300
3783
4605
3778
543
98
RR20
2647
4085
3607
4357
3599
514
89
RR21
2523
3840
3478
4037
3468
PEZ-S-15
-1860-51
569
80
RR22
2400
3643
3327
3807
3312
537
70
RR23
2278
3478
3224
3610
3203
509
57
RR24
2174
3357
3149
3457
3124
488
47
RR25
2093
3278
3109
3344
3083
472
37
3.5、全桥结构验算结果
3.5.1、正常使用状态应力验算
1、钢箱梁全桥体系应力
上缘应力：
最大压应力：
σmax＝99.7MPa
最小拉应力：
σmin＝-60.83MPa
下缘应力：
最大压应力：
σmax＝131.82MPa
最小拉应力：
σmin＝-43.02MPa
由以上计算可知，不计局部应力和施工产生的附加应力，钢箱梁全桥体系应力σmax＝131.82MPa，σmin＝-60.83MPa，均小于钢材容许应力210MPa。
2、混凝土梁全桥体系应力
上缘应力：
最大压应力：
σmax＝11.94MPa
最小压应力：
σmin＝0.84MPa
下缘应力：
最大压应力：
σmax＝12.78MPa
最小压应力：
σmin＝2.25MPa
由以上计算可知，不计局部应力和施工产生的附加应力，混凝土梁全桥体系最大压应力σmax＝12.78MPa≤0.5Rab＝19.25MPa，σmin＝0.84MPa，满足规范要求。
3、索塔应力验算
索塔塔柱的最大压应力σhamax＝12.42MPa≤0.5Rab＝17.5MPa
索塔塔底的最小压应力σhamin＝1.12MPa，满足规范要求。
组合四作用下桥塔最小压应力σhamin＝3.03MPa，满足规范要求。
3.5.2、主梁竖向挠度验算
汽车荷载作用下主梁竖向最大挠度为：
（
为主桥跨径）
3.5.3、拉索验算
拉索安全系数均大于2.5。
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