悬索桥猫道设计计算书.docx

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悬索桥猫道设计计算书

计算说明

1、钢丝绳的实际参数由的产品质量保证书确定后，再进行复核验算。

2、在猫道承重索的计算中，风力根据设计提供的信息，按桥面处14.7m/s计，中跨、边跨分别计算。

3、在猫道承重索的荷载计算中，未计扶手绳及其绳卡的重量，施工人员按4人/4m,每副中跨猫道最多一次上20人计，每副边跨猫道最多一次上10人计。

4、猫道线性依据主缆空缆线形为基础进行计算。

泓口悬索桥猫道检算书

1、编制依据

（1）泓口大桥猫道设计图

（2）公路桥涵设计规范（JTJ025-86）

（3）钢丝绳产品质量说明书（E04-426,B04-12496）

（4）公路桥涵设计手册——《参考资料》

（5）简易架空缆索吊（段良策,人民交通出版社）

2、工程概况

泓口悬索桥为三结构，理论跨径42m+102m+42。

猫道系统顺桥向按三跨分离式设置,边跨的两端分别锚固于5#、10#过渡墩箱梁顶

面,中跨两端均锚固于塔柱上。

横向通道在跨中位置一个。

每幅猫道宽3.0m，高1.0m，处于主缆正下方，面层与主缆中心距1.4m，与主

缆线型基本一致。

每幅猫道承重索采用4根u22.5钢丝绳（6W（19）-公称抗拉强度2000MP）,其两端分别锚固于两岸锚固端前端的型钢预埋件上，在两岸塔顶处断开，与塔顶顺桥向两侧的调节装置连接。

每幅猫道面层由］10槽钢（间距2.0m）/50x50mm防滑方木

条（间距0.5m）和u1.6mm/小孔（16x16mr）钢丝网、u5mn大孔（50

x100mm钢丝网组成；两侧设1根u16扶手钢丝绳，并每隔2.0m

设一道/63x4mmt钢栏杆立柱，侧面防护网采用u5m（80x100mm大孔钢丝网绑扎在立柱与扶手索上。

猫道选用钢丝绳相关参数如下

名称

承重索

扶手绳

说明

绳结构

6W（19）

6W（19）

绳径mm

u22.5

u16

承重索要求在工厂内预拉，以确定其实际实验参数

丝径mm

1.7

1.2

单位质量kg/m

1.97

1.00

抗拉强度MP

1700

1700

最小判断拉力KN

306.036

155.68

3、中跨猫道承重索检算

3.1荷载计算（按单幅猫道分析）

荷载包括恒载、活载及风力、温度等附加荷载。

3.1.1恒载

恒载包括承重索、面层、栏杆、索股滚轮支架、横通道抗风缆及其张力，其中横通道、抗风绳以集中荷载计，其余以均布荷载计。

3.1.1.1恒载均布荷载

（1）承重索自重：

qi=4X1.97x10=78.8N/m

（2）猫道面层及栏杆

1猫道横梁采用[100x48x5.3@2.0mL=3.0m/根，每米重10kg,则猫道横梁重：

G1=3.0x10x10=300N

2防滑木条50x50mm@50cmL=0.80m/根，2m范围内有6根。

防滑木条重：

G2=6x0.05x0.05x0.80x750x10=90.0N

3栏杆立柱/63x63x4,L=1.0m/根，2根/2m.

G3=2x1.0x3.91x10=78.2N

4猫道面层钢丝网

大孔网u5x50x100mm小孔网u1.6x16x16mm

G4=（27.73+8.91）x10=366.4N

5栏杆防护网采用大孔网，大孔网u5x50x100mm

G5=2x6.93x10=138.6N

贝Uq2=EGi/2.0

=（300+90+78.2+366.4+18.6）/2.0=486.6N/m

（3）承重索夹

采用u22.5压板式绳卡，1.0kg/个，u18六角螺母0.07kg/个,每个螺母配一个u18粗制垫圈0.020kg/个。

重索在每根猫道横梁上安装绳卡，间距2.0m.

q3=[4x1.0+8x（0.07+0.020）]x10/2=23.6m

（4）索股滚筒及支架，间距8.0m,12kg/只，

q4=12X10/8=15N/m

（5）14#铁丝（绑扎防滑木条用）及其他不可预见物如照明电缆线

等按2.0kg/m计

q5=20N/m

另由于扶手绳两端分别锚固在塔顶型钢立柱上或锚跨前型钢横梁上，安装后进行预紧，其自重及所附绳卡重可由其自身承受，不传递至承重索，在检算承重索时，考虑了栏杆立柱及防护钢丝网重，不计防护绳重。

Q恒二刀qi=78.8+48.6+23.6+15+20=624.0N/m

3.1.1.2恒载集中荷载

（1）横通道重：

横向通道重3.4t;对单幅猫道按集中荷载作用

G恒仁34/2X104=17KN

（2）抗风绳预张力：

中跨设一组抗风绳对称布置，风绳下端按图纸示意，锚固于地锚上，上端联结于横向天桥底部。

横桥向风荷载计算：

经咨询设计及单位，本桥桥面处设计风速为Vi=14.7m/s.地表粗糙度类别B。

1猫道基准高度计算

桥面标高=15.896m,主塔高=35.521^则猫道计算分力的基准

、kI、<

咼度：

H=15.89635.521=25.708m

2猫道设计基准风速计算

采用公式：

…VG）2（公路桥梁抗风设计规范）

vi、V,2V.1、v/咼度下的风速（m/s）；a:

地表粗糙系数，这里区.22.

3猫道横桥向设计风力计算

用公式：

m二^mupgca（公路悬索桥设计规范报批稿）

P:

空气密度1.225Kg/m3

U:

设计基准风速；

Cn:

构件空气绕流阻力系数取0.7；

An:

构件迎风侧投影面积，猫道高度1,按0.18m计算。

G阵风影响系数。

取1.29

12

Pn=丄X1.225X16.34X1.29>0.7>0.18>2=53.16N/m

2

猫道横桥向静力：

P=53.16>97.42=5.18KN

则作用集中荷载：

G恒2=5.18>9.58/5.5=.02KN

3.1.2活载

活载包括主缆索股、牵引绳及施工人员重，最终简化为均布荷载计算。

（1）主缆索股

每股为91$4.8mm钢丝，据设计图可知主缆重量

478.27kg/m。

qi=478.28/37X10=129.26N/m

（2）循环牵引绳采用$24钢丝绳（6X37,纤维芯）

q2=19.82N/m

（3）施工人员：

考虑最不利一次最多上20人，人均重65kg,排列间距大于5.0m,

q3=20>65X10/（5>20）=130N/m

活载均布力：

q活=刀qi=129.26+19.82+130=279.08N/m

3.1.3附加荷载

（1）风载

由以上计算可知：

则猫道横向静力风载：

q风=53.16N/m

（2）温度：

按温差士15C

3.2中跨猫道承重索张力计算

猫道中跨跨度L=97.42m,工作垂度f=14.13m

（1）恒载引起的水平张力

由上述计算知：

均布恒载：

q恒=624.0N/m=0.624KN/m

集中恒载：

G=17KN,G=9.02KN

恒2・

H恒=口Gl-L（建筑施工计算手册）

814f

q恒:

均布荷载；

L:

猫道承重索跨度；取97.42m

F:

猫道承重索的跨中挠度；取14.13m

G:

集中荷载。

恒I2

GiL

H=ql

H恒=—

8〕

0.62497.42217.09.0297.42

814.13414.13

=97.24KN

（2）活载引起的水平张力

q活=279.08N/m=0.2791KN/m

恒22

H活=LL=.27997.42=23.43KN

8（8X4.13

（3）温度变化引起的水平张力

假设降温15C，致使承重索收缩引起垂度变化，通过垂度与水平张力的关系求张力。

温差设定：

A=-15C,

钢丝绳线膨胀系数：

a=1.2x10-s

承重索无应力索力：

①索长计算：

2

公式：

S=L[1+8（匚）]

3L

L:

猫道承重索跨度；取97.42m

F:

猫道承重索的跨中挠度；取14.13m

S=L[1+（・）2]=97.42x[1+8（1413）2]=102.884m。

3L397.42

②索弹性伸长量:

注二HL1—2W2423.45/4103竺）2

EA]3L」78900X106X211.79X10!

397.42

=0.1956m

3无应力索长:

Sn=S-AS=102.884-0.1956=102.688m

4温度变化索长伸缩量

索长收缩：

.-.S=a^2tS—1.210^15102.688=0.0185m

5跨中垂度变化：

丄f=匹s（矢跨比Fz/Iz=14.13/97.42=0.1450）

16fs

二3O.°185=0.0239m

160.1450

变化后的垂度f1=14.13-0.0239=14.106m

6温度引起的水平张力

H温=H（f1）-H（f）

2

_0.62497.42（17.07.02）97.42

=97.24

814.106414.106

=97.41-97.24=0.17KN

（4）风力引起的水平张力

风力横向作用于猫道，其对承重索张力的影响假设为风力与恒荷载的合力作用。

q恒风恒2q风2=0.62420.053162=0.626KN/m

H恒+风=q恒风L2（179.°2）97.42=97.41KN

8f4汉14.13

3.3中跨承重索强度计算

331水平张力组合

组合I:

Hi=H恒+H承=97.24+23.43=120.67KN

组合

HH=日恒+H承=97.24+23.43+0.17=120.84KN

组合皿：

Hm=H恒+H承+H温=97.41+23.43+0.17=121.01KN

则承重索最大水平张力Hmax=ffitt=121.01KN

承重索最大（支点处）：

Tmax=H^ax（由设计图可知a=34.8014）cosa

Hmax121.01

Tmax==147.37KN

cos34.8014cos34.8014

3.3.2承重索验算

2

承重索选用4根u22.5钢丝绳，Fg=0.5d=0.5X22.5=253.13KN

承重索的容许拉力:

aFs

[叩弋

Fg:

钢丝绳的破断拉力总和，Fg=253.13KM

A:

钢丝绳的不均匀系数，a=0.85

K:

钢丝绳使用安全系数，K=3.5

满足要求!

注意：

承重索在厂家预拉后，实测每根绳破断拉力要满足规定要求。

4、中跨猫道承重索塔顶锚固构造检算

承重索塔顶锚固系统采用口4900X300X20mm!

长预埋钢板，端

部以520钢板双面加强，销孔u102mm

A3钢材容许应力：

轴向应力[（T]=140MPa剪应力[T]=85MPa

节点销子的弯应力[（Txx]=240MPa,销孔承压应力[（Tk』=210MPa4.1荷载计算

猫道单根承重索最大张力Tmax=147.37/4=36.84KN.

4.2机构验算

4.2.1抗拉计算

（1）K1钢板受拉计算：

预埋钢板最薄弱面为单层s20钢板，假设不计其周边砼的粘结力，钢板轴向受拉：

3

HmaxTmaxcos34.801436.8400cos34.8014

6103

~ac=

A300x20

=5.04MPa[（T]=140MPa

满足要求！

（2）钢板端部销孔处

=2.58MPa（[140]可!

36.84勺03xcos34.8014

--m_

300疋20+2疋260疋20—3^102疋20

（3）钢板根部弯应力：

根部因Tmax的竖向分力产生的弯矩：

Mc=Tmaxsin34.08014x0.250=36.84x103xsin34.8014x0.25x103=4.61x106（N.m）

根部加强部位钢板惯性矩：

1

Ix=Ebh3=1/12x20x（30032x2603）=1.37x107m4

加强部位上部拉应力

4.2.2抗剪计算

钢板端部销孔处

最薄弱面为销孔位：

3

Tmaxsin34.801436.84S0=

30020226020-310220（622.62-31.022）103

=1.79Mpa<[85]可!

4.2.3抗撕裂性能

按规范要求，垂直Tmax方向销孔直径处净载面积应比计算所需

面积大40%

2

A=（300+2X260-3x102）x20/cos34.8014=12519mm

K=_A1251964.3[1.4]

[A]263.14

4.2.4销孔u102mm销子直径u100mm

4.2.5销子抗剪:

与上锚系统的连接部位按单剪计算:

=4.1Mpa[85].可

Tmax36.84103

"一A销—d2兀/4

4.2.6调节丝杆检算

调节丝杆主要由（T20钢制双面耳板、u32W级钢筋连接丝杆组

成，详见设计图。

（1）耳板检算

抗拉：

13

Tmaxcos34.801410

2

抗剪:

13

Tmaxcos34.8014103

2=1.94Mpa<[85].可！

20（300260-2102）

孔壁承压:

（2）u32丝杆

u32冷拉W级钢[（T1]=750Mpa

11313Tmax36.8410336.84103

轴向拉应力：

二二2=22=22

1x322HX32/4HX32/4

4

=20.1Mpa<[750].可

5.边跨猫道承重索检算

5.1荷载计算（按单幅猫道分析）

荷载包括恒载、活载及风力、温度等附加荷载。

5.1.1恒载

恒载包括承重索、面层、栏杆、索股滚轮支架、横通道抗风缆及其张力，其中横通道、抗风绳以集中荷载计，其余以均布荷载计。

5.1.1.1恒载均布荷载

1）承重索自重：

q1=4X1.97x10=78.8N/m

（2）猫道面层及栏杆

1猫道横梁采用[100x48X5.3@2.0m,L=3.0M/根，每米重10kg]则猫道横梁重：

G1=3.0x10x10=300N

2防滑木条50X50mm@50cmL=0.08m/根，2m范围内有6根。

防滑木条重：

G2=6x0.05x0.05x0.80x750x10=90.0N

3栏杆立柱/63x63X4,L=1.0m/根，2根/2m.

G3=2x1.0x3.91x10=78.2N

4猫道面层钢丝网

大孔网u5X50X100mm小孔网u1.6x16X16mm

G4=（27.73+8.9）x10=366.4N

5栏杆防护网采用大孔网，大孔网u5X50x100mm

G5=2x6.93x10=138.6N

贝Sq2二刀Gi/2.0=（300+90+78.2+366.4+18.6）/2.0=486.6N/m

（3）承重索夹

采用u22.5压板式绳卡，1.0kg/个，u18六角螺母0.07kg/个,每个螺母配一个u18粗制垫圈0.020kg/个。

重索在每根猫道横梁上安装绳卡，间距2.0m。

q3=[4x1.0+8x（0.07+0.020）]x10/2=23.6N/m

（4）索股滚筒及支架，间距8.0m,12kg/只，

q4=12x10/8=15N/m

（5）14#铁丝（绑扎防滑木条用）及其他不可预见物如照明电缆线等按2.0kg/m计。

q5=20N/m另由于扶手绳两端分别锚固在塔顶型钢立柱上或锚跨前型钢横梁上，安装后进行预紧，其自重及所附绳卡重可由其自身承受，不传递至承重索，在检算承重索时，考虑了栏杆立柱及防护钢丝网重，不计防护绳重。

恒载荷布荷载：

q恒二刀qi=78.84+486.6+23.6+15.20=624.08N/m

5.1.1.2恒载集中荷载

无

5.1.2活载

活载包括主缆索股、牵引绳及施工人员重，最终简化为均布荷载计算。

（1）主缆索股

每股为91u4.8mm钢丝，据设计图可知主要缆重量478.27kg/m.qi=478.28/37X10=129.26N/m

（2）循环牵引绳采用u24钢丝绳（6X37,纤维芯）

q2=19.82N/m

（3）施工人员：

考虑最不利一次最多上10人，人均重65kg，排列间距大于5.0m,q3=10X6510/（5X10）=130N/m

活载均布力：

q活二刀qi=129.26+19.82+130=279.08N/m5.1.3附加荷载

（1）风载

由中跨猫道计算可知：

则猫道横向静力风载：

q风=53.16N/m

（2）温度：

按温差士15C

5.2边跨猫道承重索张力计算

边跨跨度L=35.21m,工作垂度f=2.01m

（1）恒载引起的水平张力

由上述计算如：

均布恒载：

q恒=624.0nN/m=0.624KN/m

恒］2

h恒二qL.

8fcosP

q恒：

均布荷载；

L:

猫道承重索跨度；取35.21m

f:

猫道承重索的跨中挠度；取2.01m

（3:

水平倾角

B二arctg（C/L）,C:

两支点高差。

C=16.74m.

二arctg（16.74/35.21）=25.42796

恒.22

H恒=q恒L_==53.26KN

8fcosP8汉2.0仆COS25.42796

（2）活载引起的水平张力

q活=279.08N/m=0.2791KN/m

H活二q=二0.279135.21=23.83KN

8fcosB8x2.01xcos25.42796

（3）温度变化引起的水平张力

假设温降15C，致使承重索收缩引起垂度变化，通过垂度与水平张力的关系求张力。

温差设定：

At=15C,

钢丝绳线膨胀系数：

a=1.2x10-s

承重索无应力索力：

1索长计算

公式：

s=L[18（f）2」（C）2]

3L2L

L:

猫道承重索跨度；取97.42m

F:

猫道承重索的跨中挠度；取15.58m

s=L[1+計）2+城）2]=35.21x[自需）2勺需）2]=39.495.

2

索弹性伸长量:

=（53.26+23.83）沢103沢35.21[1+16（2.01）2+（16.74）2]=o.2O2m

78900106211.7910°335.2135.21

3无应力索长

Sn=S-As=39.495-0.202=39.293m

4温度变化索长伸缩量

索长收缩：

As=axAxSn=1.2x10-sx15x39.293=0.0071m

5跨中垂度变化：

廿二3^（矢跨比fz/Lz=2.01/35.2仁0.05708）

变化后的垂度fi=2.01-0.0233=1.9867m

6温度引起的水平张力

H温二H（f1）-H（f）

81.9867COS35.42796

（4）风力引起的水平张力

风力横向作用于猫道，其对承重索张力的影响假设为风力与恒荷

载的合力作用。

q恒风二..q恒2q风2=0.62420.053162>0.626KN/m

2

0.62635.21

82.01COS25.42796

5.3承重索强度计算

5.3.1水平张力组合

组合I:

HI=H恒+H活=53.26+23.83=77.09KN

组合

HH=日恒+H活+H温=53.26+23.83+0.635=77.73KN

组合皿：

Hm=H恒+风+H活+H温=53.44+23.83+.635=77.91KN

则承重索最大水平张力Hmax=lffi=77.91KN

承重索最大（支点处）：

Tmax二Hmax（由设计图可知a=34.8014）cosa

5.3.2承重索验算

（1）边跨塔顶承重索计算

/4x20116742

Tq=77.911（）2=95.27KN

q35.2135.21

由以上计算可知：

Tq-95.27KNTmaxT65.03KN（中跨）,所以承重索选用4根u22.5

钢丝绳，满足要求。

（2）边跨塔顶预埋件计算

预埋件形式和跨中预埋件结构形式一样，满足要求。

（3）边跨塔顶承重索计算

）2=80.25KN

35.2135.21

T丄TqTmax承重索选用u22.5钢丝绳，满足要求。

6、边跨猫道承重索锚固构造检算

锚固预埋件预埋位置位于距离理论散索点4.5m处，预埋在锚跨

中横梁混凝土里，埋深80cm

6.1预埋件受力分析

25.428

6.1.1预埋件槽钢抗拔性能分析

预埋件［25a槽钢2组0焊成整体，钢与砼的握裹力一般为2〜

3.5Mpa，此处偏安全不计/100的作用，取t0=2.0Mpa。

设Tmpx的竖向分力全部由槽钢承受。

2

［25aX78X7外表面积A=0.778m/m,埋深Lb=0.8m

抗拔力：

Fb=2X0.778X0.8X2X103=2489.6KN

预埋件竖向分力：

Tay二Tbsin25.428°=80.25*sin25.4280=34.46KN

旦=24896=72>4满足要求。

Tay34.46

6.1.2预埋件槽钢抗弯性能分析

6.1.2.1荷载分析

水平力：

Tax=Tbcos25.428°=80.25*COS35.4280=72.475KN

6.1.2.2截面特性

预埋件采用［25aX78X7和2块200*200*20钢板组焊而成。

W=2*270*10+2*10*2002/6=673.33*10行帛

6.1.2.3受力分析

M=Tax*H=72.475*0.1=7.25KNm

3

-—=7.25101000=10.76Mpa［；「］=l40Mpa合格！

W673.3310

6.1.3预埋件销孔处抗拉性能分析

=9.23Mpa[140]可!

80.25灯03

（234.9102220010）/cos25.428-2102（710）

7.1地锚抗拔性能验算

地锚重G=2X1X1x24=48KN

承重索张力的竖向分力:

由以上计算可知：

Fy=9.02KN

Kv=48/9.02=5.3>[K=2]满足要求!

7.2地锚抗倾覆稳定性验算

M稳二DXa=48X1=48KN•m

M倾二FxXb=5.18x0.5=2.59KN•m

KfM稳/M倾=48/2.59=18.53>