小跨径悬索桥设计规范总则.docx
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小跨径悬索桥设计规范总则
第1章总则
1.1适用范围
本规范主要适用于下列类型悬索桥：
（1）市镇村道（除重要市镇村道）中跨径低于200m的桥
（2）主要用于行人和自行车通行的桥
（3）新建桥
道路法规定的高速国道、一般国道、都道府县道中的新建桥，以及市镇村道中重要路线或地方的新建桥都必须按照道路桥梁示方书的规定进行设计。
道路桥梁示方书中没有规定的桥，如果其他规范中也没有规定，那在需要设计时应以道路桥梁示方书为依据自行研究设计。
一般市镇村道中的悬索桥，如果没有规范规定，且架设地点的地形、交通状况等与平常明显不同时，必须提高设计标准。
鉴于以上原因特制定本规范，用于道路桥梁示方书适用范围外的市镇村道新建的跨径200m以下且主要用于行人通行的桥梁。
1.2设计、施工基本要求
（1）在选择架设地点时，必须充分考虑注意地形、地质条件等。
（2）桥的各部分尽量设计成简单的结构，便于制作、搬运、架设、涂装和管理。
（3）根据架设地点的地形确定合理的施工方法。
（4）本规范没有规定的事项以道路桥梁示方书为准。
（1）确定悬索桥架设位置时，必须充分考虑桥的各部分结构与地形、地质条件的对应性。
例如，确定锚栓位置时，应注意地质条件或是锚碇位置日后是否会被泥土覆盖。
本规范规定，为保证桥梁抗风稳定性必须设置抗风索，所以在选择此类桥的架设地点时，必须注意不能选在无法设置抗风索的地方。
（2）本规范中桥梁的架设地点，地形条件恶劣，搬运、架设管理等比一般情况要困难。
因此，桥的各部分应尽量设计成简单的结构，便于施工、管理。
（3）因为施工方法也受到地形条件限制，所以在设计阶段就应该选择符合现场情况的施工方法。
（4）本规范主要是由以下两方面内容构成：
一是为方便对小跨径悬索桥进行设计、施工、管理而新规定的内容；二是道路桥梁示方书的条文中没有规定的可能造成混乱的内容。
但道路桥梁示方书条文中已经明确规定的内容（例如，下部结构的设计），本规范就没有再另行规定了。
因此，在小跨径悬索桥的设计、施工、管理时，如果遇到本规范没有规定的内容请以道路桥梁示方书的规定为标准进行设计。
第2章设计的一般规定
2.1建造极限
桥的建造极限以图2.1.1所示为标准。
人行道或自行车专用道的宽度（图中文字）
图2.1.1桥的建造极限
上述的建造极限是以道路构造法为依据确定的，主要适用于行人和自行车通行的桥。
因此有汽车通行时，应另行研究确定。
2.2宽度
桥的宽度应在1.0m~2.5m。
当存在地域交通状况等其他特别理由时可另行设定不在此限。
宽度最小取1.0m是因为道路构造法中人行道的宽度特别值规定为1.0m。
同时，还考虑了以下因素确定桥宽度：
架桥地点人流量极少，即使不是较宽的路面也不会对安全和流畅通行造成不良影响；
架设地点地形特殊，绕远路极不方便，尽管主要是用于人行道或自行车道，但也可能会出现紧急汽车或农耕用车通过的情况，因此宽度应设在2.0m左右；
宽度超过2.5m主要是因为考虑到可能会有大型车量通过，即使是以行人和自行车为主要设计对象的桥也不能排除大型车通行的可能。
考虑到地域交通状况等，设计的桥梁宽度大于2.5m时，本规范3.4条规定的活荷载应根据实际情况适当调整，同时必须在对本规范进行修订的基础上进行设计。
第3章荷载
3.1荷载种类
设计上部结构时，主要考虑以下荷载。
1.恒荷载
2.活荷载
3.风荷载
4.温度变化影响
5.地震影响
6.雪荷载
7.施工荷载
设计本规范桥梁的上部结构时，需要考虑的荷载可以根据架桥地点的各项条件适当选择。
例如雪荷载只需在产生积雪的地域考虑。
除此之外，需要特别注意的荷载以及设计下部结构和锚块时，应以道路桥梁示方书的规定为准。
因为3.4条的活荷载是在考虑撞击影响的条件下进行设定的，所以本节荷载不包括撞击力。
3.2荷载组合
设计上部结构时应根据表3.2.1的荷载组合，选择最不利情况。
表3.2.1荷载组合
荷载组合
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
恒荷载+活荷载+雪荷载
恒荷载+活荷载+雪荷载+温度变化影响
恒荷载+温度变化影响+风荷载
恒荷载+地震影响+温度变化影响
风荷载
施工荷载
注：
（1）、
（2）组合中雪荷载根据3.8条规定分类。
表3.2.1列出了设计上部结构时应考虑的荷载组合。
设计桥构件时并不需要对每个荷载组合都进行验证，只要参照表-解4.1.1选择必要荷载组合则可。
一般情况下可以以此为基础进行桥的设计。
3.3恒荷载
恒荷载以道路桥梁示方书I共通篇2.1.2条规定为准。
3.4活荷载
活荷载以下列情况为准，可根据地域交通情况选择。
（1）设计桥面板、桥面系和悬索桥的吊索时均布荷载取300kg/m2。
（2）设计主缆、索塔、主梁及下部结构时均布荷载取200kg/m2。
（1）调查实际状况可知，在特别混乱的状态（照片-解3.4.1）下，人群荷载每平米大概有300kg。
本规范中悬索桥的行人密度一般比较低，但特别情况时也可能产生照片所示的混乱状况。
而且，本规范没有把撞击作为主要荷载研究，只是将撞击的影响包含在活荷载里，所以设计桥面板、桥面系、吊索时均布荷应取300kg/m2。
如果预想中行人密度很低时，设计活荷载可以自行选择适当的值。
各种活荷载状况如照片-解3.4.2~3.4.6所示。
在设计桥面板时，应研究集中荷载（行人单脚站立时）作用，但此项内容已在规定最小构件尺寸的时候进行了考虑，所以3.4条没有进行规定。
本规范在设计行人和自行车用悬索桥时，也考虑了不能绕远路等特殊情况下可能会有紧急车辆、农耕用车通过，且根据道路交通法第8条规定，也可能有电动车、摩托车、小型汽车通过。
此时，应按照使用后实际情况设定汽车荷载（集中荷载），并将由此产生的应力和本条规定的均布荷载产生的应力进行比较，从而确定最不利应力状况。
作为设计荷载考虑的汽车荷载，可以根据桥的宽度确定可通行的汽车种类，再参照表-解3.4.1和图-解3.4.1取值。
但近年来汽车种类不断增加，一些卡车的宽度达到了2.0~2.2m左右，有此类车辆通行的桥应另行研究设计。
表-解3.4.1设计集中荷载
桥宽度
总荷载
（kg）
前轮荷载
（kg）
后轮荷载
（kg）
前轮宽度
（cm）
后轮宽度
（cm）
车轮着地长度（cm）
1.0m≤W<1.5m
350
100
250
10
10
8
1.5m≤W<1.8m
1200
250
350
12
12
10
1.8m≤W<2.5m
5000
1000
1500
12
30
17
注：
W：
桥宽度
（图中文字自上而下：
排气量750cc的摩托车；排气量550cc的小型汽车；最大堆载量大2t的装载车）
图-解3.4.1设计集中荷载
照片-解3.4.1人群荷载300kg/m2
照片-解3.4.2人群荷载250kg/m2
照片-解3.4.3人群荷载100kg/m2
照片-解3.4.4人群荷载150kg/m2
照片-解3.4.5人群荷载100kg/m2
照片-解3.4.6人群荷载50kg/m2
（2）
（1）中规定的均布荷载300kg/m2并不是说整个悬索桥都保持着这个荷载状态的，而只是在悬索桥部分部位上产生的。
因此，在设计主缆、索塔、下部构造和主梁时，可降低极限荷载设为200kg/m2。
烟花、祭祀、新年初次参拜神社时，整座桥可能会行人密布，此时设计荷载应大于200kg/m2。
但是如果估计将来不会发生行人非常集中的情况时，主缆等的设计荷载可以低于200kg/m2，但不能低于100kg/m2。
另外，即使是有汽车通行的桥，在设计索塔、主缆时均布荷载也可以取200kg/m2。
这主要是因为以下两点：
如图-解3.4.1所示，将设计集中荷载换算成均布荷载，摩托车相当于176kg/m2，小型汽车相当于268kg/m2，装载车相当于416kg/m2，最大也就是200kg/m2的2倍；
此类桥有汽车通行的可能性极低。
以跨度50m的桥为例，5辆装载车（总重5t）同时通行的荷载也就相当于200kg/m2的均布荷载。
但是，如果是跨径小且同时通过的汽车数量较多的桥，或者是行人和汽车同时非常密集的桥应该根据实际情况研究讨论。
3.5风荷载
在不考虑活荷载时，风荷载最大值为：
对应迎风面的有效垂直投影面积450kg/m2。
本规范规定的桥梁与道路桥梁示方书中规定的桥梁相比，重要性比较低，因此设计风速可以低于55m/s。
风荷载可以取道路桥梁示方书I共通篇2.1.11中规定的值，原因如下：
为方便设计，从出现概率来看，可以不考虑雪荷载和风荷载的组合。
为代替雪荷载和风荷载组合，表-3.2.1（3）或（5）的组合中风荷载的超过概率要低。
设计风速55m/s时的风压为300kg/m2，综合考虑迎风面、背风面各自的风压，在迎风面有效投影面积风上的荷载取450kg/m2（300kg/m2×1.5）。
3.6温度变化影响
温度变化影响以道路桥梁示方书I共通篇2.1.12条为准。
3.7地震影响
地震影响以道路桥梁示方书V抗震设计篇的规定为准。
3.8雪荷载
在必须考虑雪荷载时，雪荷载如下取值：
（1）考虑活荷载同时加载时，取100kg/m2。
（2）不考虑活荷载同时加载时，由式（3.8.1）确定。
SW=P·Zs（3.8.1）
式中，SW：
雪荷载（kg/m2）；
P：
雪荷载单位重量（相当于1厘米积雪，kg/m2）
Zs：
设计积雪深度（cm）
雪荷载必须考虑通常情况下的积雪深度（活荷载同时加载）和异常情况下的积雪深度（不考虑活荷载同时加载），并将两种情况时的荷载分别研究。
也就是说在验证应力时，应根据
（1）或
（2）两种不同情况下的雪荷载，确定最不利荷载。
（1）考虑活荷载同时加载时
积雪如果超过某种程度，就很难产生活荷载，因此加载活荷载时的雪荷载可以取100kg/m2
“活荷载+100kg/m2”换算成积雪深度大约为150cm，通常情况下，常年平均积雪深度要低于这个值。
因此，即使是冬季期间停止通行没有除雪的桥，产生的雪荷载一般都可以取“活荷载+100kg/m2”。
在多雪地区，常年平均积雪深度超过150cm且不除雪的桥，可以用常年平均积雪深度对应的雪荷载（此时，不考虑活荷载）替换“活荷载+100kg/m2”进行计算。
（2）不考虑活荷载同时加载时
在积雪特别多的地区，只按照
（1）规定的雪荷载进行验证并不充分，应根据使用期间可能出现的最大积雪深度验证。
此时的雪荷载由式（3.8.1）计算，雪单位重量参照表-解3.8.1，设计积雪深度应考虑架桥地点往年的最大积雪深度和桥上的积雪状况确定。
表-解3.8.1雪的平均单位重量
积雪深度（dm）
雪的平均单位重量P
（相当于1cm积雪，kg、m2）
小于50
100
200
400
大于700
1.0
1.5
2.2
3.5
4.5
3.9施工荷载
施工荷载以道路桥梁示方书I共通篇2.1.18条款为准。
第4章容许应力强度
4.1一般规定
容许应力强度为4.2、4.3和4.4条规定的值乘以表-4.1.1的修正系数。
表-4.1.1中所给出的施工荷载修正系数，应该在施工的实际状况与设计计算时假设的施工条件基本相同的情况下使用。
表-4.1.1容许应力强度的修正系数
荷载组合
修正系数
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
恒荷载+活荷载+雪荷载
采用3.8条
（1）规定的雪荷载
采用3.8条
（2）规定的雪荷载（注）
恒荷载+活荷载+雪荷载+温度变化影响
采用3.8条
（1）规定的雪荷载
采用3.8条
（2）规定的雪荷载（注）
恒荷载+温度变化影响+风荷载
恒荷载+地震影响+温度变化影响
风荷载
施工荷载
1.00
1.40
1.15
1.60
1.35
1.70
1.20
1.25
注：
3.8条
（2）款规定的雪荷载不与活荷载同时加载。
荷载可能存在一些一般情况下很少出现的特性，可以通过修正容许应力强度来体现，因此需要规定各种荷载组合的容许应力强度的修正系数。
道路桥梁示方书中，主要荷载和相当于主要荷载的特殊荷载组合不需要进行容许应力强度修正，但本规范中的恒荷载和雪荷载组合应进行修正。
根据各种试算设计结果来看，桥的每个构件需要验证的荷载组合如表-解4.1.1所示。
表-解4.1.1起支配作用的荷载组合
荷载组合
修正系数
主缆
框架
纵梁
主梁
横向结构
抗风钢索
索塔
（1）
D+L+SW1
1.00
○
○
○
○
D+SW2
1.40
○
○
○
○
（2）
D+L+SW1+T
1.15
○
D+SW2+T
1.60
○
（3）
D+T+W
1.35
○
○
（4）
D+EQ+T
1.70
○
○
○
○
（5）
W
1.20
○
○
（6）
ER
1.25
注1：
表中，D：
恒荷载；
L：
活荷载；
SW：
雪荷载；
T：
温度变化影响；
W：
风荷载；
EQ：
地震影响
ER：
施工荷载。
注2：
（1）和
（2）中的SW1是指3.8条
（1）规定的值，SW2是3.8条
（2）规定的值。
注3：
梁上有加劲肋时，应考虑主缆的徐变影响进行校验（参照8.1条）。
横向结构：
桥面中平行设置的，为了抵抗风、地震等横向和在作用而设置的框架结构。
如下图所示。
4.2钢材的容许应力强度
悬索桥的结构用钢材、铸造锻造钢材、焊接和连接用钢材、钢管和钢筋等的容许应力强度参照道路桥梁示方书II钢桥篇2.2条规定。
SF45A（锻造钢材）的容许应力强度如表-4.2.1所示。
表-4.2.1SF45Q的容许应力强度
单位kg/cm2
轴向应力
弯曲应力
剪应力
压应力
拉伸
压缩
拉伸
压缩
无摩擦平面
有摩擦平面
用赫兹公式计算时
压应力
硬度值HB
1300
1300
1300
1300
750
1900
950
5500
112HB
吊索采用杆时，SF45A（锻造品）的容许应力强度如表-4.2.1所示，此值是将JISG3201中的规定值除以1.7的安全系数得到的。
4.3混凝土的容许应力强度
混凝土的容许应力强度以道路桥梁示方书III混凝土桥篇3.2.1条及IV下部结构篇3.2.2条为准。
4.4木材的容许应力强度
木材的容许应力强度按照表-4.4.1取值。
表-4.4.1木材的容许应力强度
单位kg/cm2
种类
材料
轴向拉力（净截面）与纤维平行
轴向压缩（全截面）与纤维平行
弯曲张拉（净截面）和压缩（全截面）与轴向平行
压力
剪力
与纤维平行
与纤维垂直
与纤维平行
与纤维垂直
针叶树
杉、松、扁柏等
80
90
80
20
8
12
阔叶树
橡木、栗子、栎等
110
120
110
35
12
18
注：
l：
构件长度（cm）；
r：
截面的最小截面回转半径。
4.5钢材的最小板厚
钢材板厚按照下列规定选取。
栏杆、十字形结构（这个词我实在不知道什么意思）、桥面板等可以不再此规定之列。
（1）主要材料的板厚必须大于8mm。
板梁的腹板、钢管和型钢应大于6mm。
（2）次要构件的板厚必须大于6mm。
立交桥设施技术基准中，人行桥钢材最小厚度主要构件为6mm，次要构件为4mm，本规范考虑到悬索桥的特殊状况将最小板厚加大，但仍比道路桥梁示方书中的值小，主要是针对本规范悬索桥的设计荷载选取的。
4.6构件的长细比
构件的长细比以道路桥梁示方书II钢桥篇3.1.7条为准。
4.7构件的连接
（1）构件的连接以道路桥梁示方书II钢桥篇的规定为准。
但杆直径可以不按照道路桥梁示方书II钢桥篇4.5
（2）条规定取值。
（2）摩擦连接型螺栓、螺母和垫片可以采用JISB1186规定的第1种和第2种也就是M12和M16型螺栓。
1）M12型和M16型摩擦连接型高强度螺栓的承载力如表-4.7.1所示。
表4.7.1摩擦连接高强度螺栓的承载力（1个螺栓1个摩擦面）
单位：
kg
螺栓等级
螺栓型号
F8T
F10T
M12
M16
1000
2000
1300
2400
2）M12型和M16型螺栓的最小中心间距如表-4.7.2所示。
特殊情况下最多可以减小到螺栓直径的3倍。
表4.7.2螺栓最小中心间距（单位：
mm）
螺栓型号
最小中心间距
M16
M12
50
40
3）螺栓最大中心间距取表-4.7.3中较小值。
螺栓型号
最大中心间距
p
g
M16
100
15t-3/8g且小于12t
24t且小于300
M12
80
注：
t：
外侧板或型钢厚度（mm）；
p：
螺栓在应力作用方向的间距（mm）；
g：
螺栓在应力垂直方向的间距（mm）
（图中文字：
应力方向）
图4.7.1螺栓位置和间距取值
4）螺栓孔中心到板边缘的距离如表-4.7.1所示。
表4.7.4螺栓孔中心到板边缘的最小距离（单位：
mm）
螺栓型号
最小边缘距离
剪切边，手工气割边
轧制边、锯割边、自动切割边
M16
28
22
M12
22
18
5）螺栓孔中心到结构重叠部分的最大距离以道路桥梁示方书II钢桥篇4.3.10
（2）条为准。
本规范悬索桥构件产生的应力较小，所以构件摩擦连接型螺栓可以采用JISB1186规定的M12和M16。
第5章主缆等
5.1主缆、吊索和抗风索
5.1.1主缆种类
主缆主要有以下几种：
（1）平行钢丝束主缆（不包括麻绳）
（2）钢丝绳主缆（包括封闭式钢绞线索）
市场上的索股、绞线，可以作为桥构件使用的必须是质量和机械性质值得信赖的。
最好是弹性模量不是很小，截面密实，且操作容易的。
因此一般情况下只使用钢材制成的索股。
平行钢丝束主缆是用钢丝合成的平行钢筋束，操作简单且容易入手，所以在国内悬索桥中被广泛采用。
麻绳缺乏长期的承载力所以不被使用。
钢丝绳主缆除了有圆形钢丝构成以外，也有由异型线构成的封闭式钢绞线索（简称LCR）。
主缆的索股构成如表-解5.1.1所示，LCR的构成如表-解5.1.2所示。
钢丝绳主缆与平行钢丝束主缆相比，强度和弹性模量都要大，所以即使减小主缆直径或者是为减少固定位置而减少主缆的构成根数，其承载力也是足够的。
而且LCR还有抗腐蚀性较好的优点。
平行线型的绞线从构造和施工费用上来看，并不适合用于本规范的悬索桥设计，所以很少使用。
表-解5.1.1索股的一般构成
平行钢丝束主缆
钢丝绳主缆
7×7
7×19
7×37
1×37
1×61
1×91
1×127
LCR
表-解5.1.2LCR的一般构成
C形
D形
下层（圆形层）
19~91
19~91
中层（T线层）
1层
1层
上层（Z线层）
1层
2层
构成
中间1个周围6个7股钢丝
中间1个周围6个
19股钢丝
中间1个周围6个
37股钢丝
符号
7×7
7×19
7×37
截面
图-解5.1.1平行钢丝束主缆截面
构成
19股
37股
61股
91股
127股
符号
1×19
1×37
1×61
1×91
1×127
截面
图-解5.1.2钢丝绳主缆截面
束线构成
圆形层+1层T线
+1层Z线
圆形层+1层T线
+2层Z线
符号
C形
D形
截面形式
图-解5.1.2封闭式钢绞线索主缆截面
5.1.2吊索种类
吊索主要采用以下几种形式。
（1）平行钢丝束吊索（不包括麻绳）
（2）钢丝绳吊索（包括封闭式钢绞线索）
（3）钢杆
因为悬索桥是小型桥，所以吊索除了采用平行钢丝束吊索之外大多采用经济且操作容易的钢杆。
本规范中悬索桥的吊杆基本上使用平行钢丝束就可以满足设计要求，除非是在沿海或温泉之类的存在腐蚀性雾气的地域，才使用抗腐蚀性较强的LCR。
钢杆的材质主要是SF45A（锻造品）。
钢杆容许应力参照4.2条规定。
5.1.3抗风索种类
抗风索主要采用平行钢丝束（不包括麻绳）。
5.1.4钢丝
用于主缆的钢丝直径以道路桥梁示方书II钢桥篇14.3条为准。
且主缆钢丝直径应大于2mm。
索股的钢丝直径以道路桥梁示方书II钢桥篇14.3条为准。
主缆的钢丝直径从防腐蚀的角度考虑应大于2mm。
5.1.5索股的弹性模量
索股的弹性模量以道路桥梁示方书II钢桥篇14.4条规定为准。
索股的弹性模量取道路桥梁示方书II钢桥篇表-14.4.1中的值。
这个值是剔除了构造伸长率得到的，这是因为索股必须设置预应力枕，所以弹性模量必须剔除构造伸长率才能使用。
通常情况下，索股的构造伸长率大约是0.2%，如果不设置预应力枕，这个拉伸率会造成倾斜度降低，从而导致排水不良，加劲桁架上弦屈服等，所以必须准确设置预应力枕。
表-解5.1.3预应力枕的加工条件
荷载
荷载持续时间
操作次数
名义剪切应力的45~50%
30分钟以上
2次以上
5.2索股的容许值
（1）索股的张拉容许值为剪切荷载除以安全系数。
（2）索股的剪切荷载以道路桥梁示方书II钢桥篇1.4.5
（2）条为准。
（3）主缆、吊索和抗风索的张拉荷载安全系数如表-5.2.1所示。
（4）各种荷载组合的安全系数为表-5.2.1所示的值除以4.1的容许应力强度修正系数。
抗风索不进行容许应力强度修正。
表-5.2.1安全系数
构件
安全系数
主缆
3.0
吊索
3.5
抗风索
1.5
主缆和吊索的安全系数以道路桥梁示方书II钢桥篇14.5条为准。
吊索所用索股的张拉容许值取4.2条规定的值。
5.3固定
（1）主缆主要采用插座式固定，如果受施工条件限制，也可以使用紧压式固定或楔式固定。
（2）吊索（除钢杆）和抗风索可以采用插座式固定、紧压式固定或楔式固定。
由于施工等条件限制，也可使用夹子固定。
（1）主缆的固定
主缆的固定关系到整个悬索桥的生命，必须采用安全可靠的固定方式。
因此主缆一般采用插座式固定。
但是，插座式固定由于浇筑、主缆长度等原因施工复杂，所以从施工管理角度考虑可能会需要使用紧压式固定，但是一定不能使用夹子固定。
原因如下：
夹子固定的效果比其他各种方法都差；
夹子本身容易生锈，可能引起钢丝生锈；
一般夹子紧固扭矩的管理很困难。
（2）吊索和抗风索的固定
吊索和抗风索因施工的难易程度不同，可以选择的固定方式有很多。
一般只有在施工、构造或其他原因限制，不得已的情况下才使用夹子固定。
吊索采用钢杆时，不能采用上述的固定方式，可以使用螺栓等合适的方法固定。
以下，对各种固定方法进行一些详细的说明。
1）插座式固定
插座式固定，在套筒内将索股拆开，再用合金浇筑。
插座式固定使用的合金道路桥梁示方书II钢桥篇14.8条规定。
图-解5.3.1列举了插座式固定形状。
a）开放式插座b
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