人行懸索橋橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算書概況本橋橋型采用單跨人行吊橋，上部結(jié)構(gòu)采用懸索結(jié)構(gòu)，拉索錨固于橋臺(tái)上。該懸吊橋主跨45m，橋面凈寬2.0m，矢跨比為1/30。主索采用拋物線型，主索采用鋼絞線擠壓式拉索體系HM.GJ15-9,其公稱直徑84mm，抗拉強(qiáng)度1860MPa；破斷力P=2083.2KN。平衡索采用拋物線型，采用鋼絞線擠壓式拉索體系HM.GJ15-3,其公稱直徑50mm，抗拉強(qiáng)度1860MPa；破斷力P=781.2KN。抗風(fēng)索采用拋物線型，主索采用鋼絞線擠壓式拉索體系HM.GJ15-9,其公稱直徑84mm，抗拉強(qiáng)度1860MPa；破斷力P=2083.2KN。在主索間設(shè)置平衡梁，平衡梁所用材料為HW300x300x10/15工字鋼；橋面采用硬雜木橋面，滿鋪于人行道索上，橋面板與人行道索均采用U型螺栓連接；橋跨欄桿采用槽鋼穿護(hù)手繩的柔性欄桿，扶手索采用規(guī)范6×19S+IWS的鋼芯鋼絲繩，公稱直徑12mm，抗拉強(qiáng)度1770MPa，。橋跨欄桿采用140x60x4.0槽鋼，并焊接于橫梁端頭。設(shè)計(jì)規(guī)范1、《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11—2011)；2、《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ166—2011)；3、《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）；4、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60—2015)；5、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）；6、《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TB02-01-2008）；7、《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD61-2005）；8、《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63-2007）；9、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ025—86)；10、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017—2003)；11、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50-2011)；12、《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》(JT/T722-2008)；13、《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CJJ2—2008)；14、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)；以及其它國(guó)家和福建省有關(guān)規(guī)范、規(guī)程和規(guī)定。參考規(guī)范：《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（報(bào)批稿）。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1、使用功能：專用人行橋2、設(shè)計(jì)荷載：縱向整體計(jì)算采用4.5kN/m2，人行道板局部計(jì)算荷載采用4.5kN/m2或1.5kN集中力，欄桿局部構(gòu)件計(jì)算采用豎向荷載1.2kN/m，水平向外荷載2.5kN/m。3、橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度：橋面組成為0.45m（平衡梁、欄桿及扶手索區(qū)）+1.9m（人行道板）+0.45m（平衡梁、欄桿及扶手索區(qū)）=2.7m4、設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)5、環(huán)境類別：II類6、橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年7、橋梁使用年限：100年8、通航要求：無(wú)9、設(shè)計(jì)水位：252.64m10、地震動(dòng)峰值加速度：0.1g設(shè)計(jì)荷載4.1材料項(xiàng)目\材料單位鋼絞線鋼絲繩鋼材(Q235C)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度MP性模量EMPa1.95E+052.05E+052.06E+05容重kN/m378.578.578.5比熱/℃1.20E-051.20E-051.20E-05泊松比γc0.30.30.3剪切模量GMPa8.10E+044.2 荷載恒載:考慮主索、平衡梁、橋面板、欄桿及扶手索，結(jié)構(gòu)自重按照實(shí)際重量根據(jù)面積與容重之積計(jì)入。人群活載：考慮滿人工況及半寬偏載工況，人群荷載集度為4.5kN/m2。風(fēng)力：橫向風(fēng)壓按百年一遇0.35kPa取值，作用于橋梁構(gòu)件側(cè)立面。運(yùn)營(yíng)風(fēng)壓0.15kPa。溫度：整體升、降溫，按20℃基準(zhǔn)溫度考慮升溫30℃、降溫30地震作用：采用反應(yīng)譜法。計(jì)算結(jié)果5.1計(jì)算模型按照《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（送審稿）：對(duì)于跨度小于200m時(shí)，可以采用彈性理論進(jìn)行整體計(jì)算。本橋計(jì)算跨徑45m，建模采用midascivil2013進(jìn)行空間建模，建模按1/30的垂跨比作為成橋理論線形。橋梁計(jì)算模型橋梁計(jì)算模型離散圖5.2施工步驟步驟一，施工好橋臺(tái)架主纜和平衡索（橋臺(tái)在程序中未模擬）步驟二，安裝平衡梁和抗風(fēng)索步驟三，安裝欄桿立柱和橋面板步驟四，安裝扶手索，成橋5.3施工階段的撓度圖及安裝線形控制步驟一，施工好橋臺(tái)架主纜和平衡索（橋臺(tái)在程序中未模擬）步驟二，安裝平衡梁和抗風(fēng)索步驟三，安裝欄桿立柱和橋面板步驟四，安裝扶手索，成橋主索安裝線形控制表階段號(hào)階段上一階段跨中撓度(m)本階段跨中撓度(m)增量(m)理論線型(m)本階段施工線形控制值(m)1安裝主纜和平衡索0.0000-0.265-0.265-1.5-1.2352安裝平衡梁和抗風(fēng)索-0.265-0.290-0.025-1.5-1.4753安裝欄桿及橋面板-0.290-0.474-0.184-1.5-1.3164安裝扶手索-0.474-0.4743-0.0003-1.5-1.4997本橋成橋理論線形為二次拋物線，公式為：y=4f/L2×(1-x)x，式中f=1.5m，L=45m，由于施工過程中支點(diǎn)處位移為0,故本橋主索施工線形控制的重點(diǎn)在安裝空索工況，主索自由下垂時(shí)跨中的垂度應(yīng)滿足上表要求，主索調(diào)整好線形，即可按設(shè)計(jì)要求對(duì)錨固端進(jìn)行固定。5.4主索承載能力狀態(tài)索力軸力包絡(luò)圖由上可知使用階段主索最大拉力為254.5kN，破斷力為2083kN,主索安全系數(shù)=2083/254.5=8.18>2.5,滿足《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（送審稿）中對(duì)于懸索主纜安全系數(shù)的要求。5.5主索承載能力狀態(tài)應(yīng)力主攬上緣應(yīng)力包絡(luò)圖主攬下緣應(yīng)力包絡(luò)圖由上可知使用階段主索應(yīng)力力為251.6kN，主索安全系數(shù)=1860/251.6=7.39>2.5,滿足《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（送審稿）中對(duì)于懸索主纜安全系數(shù)的要求。5.6主索正常使用狀態(tài)位移由上可知人群滿載情況下，主索跨中最大位移為410mm，從使用舒適度的角度，該值可以接受。5.6扶手索受力及對(duì)橋頭立柱的影響扶手索在成橋階段是由U型螺栓限制在欄桿上的，但允許有5mm左右的豎向位移。在人群荷載最不利工況下，扶手索協(xié)同主索變形，但由于其截面積小，剛度也小，能適應(yīng)較大的變形。從上圖計(jì)算結(jié)果可知，扶手索對(duì)橋頭立柱的拉力自上而下分別為：21kN、24kN、29kN，立柱底彎矩合計(jì)為：70.8kN.m，經(jīng)驗(yàn)算受拉側(cè)配置8根直徑28mm的HRB400鋼筋，受力滿足規(guī)范要求。5.7橫梁應(yīng)力驗(yàn)算橫梁上緣應(yīng)力包絡(luò)圖橫梁下緣應(yīng)力包絡(luò)圖由上可知橫梁最大應(yīng)力力為68MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。5.8特征值分析本橋共計(jì)算了100階振型，橫橋向及豎向有效參與質(zhì)量大于總質(zhì)量的90%。典型振型如下：一階振型（橫擺）二階振型（橫向反對(duì)稱扭擺）三階振型（豎向反對(duì)稱擺動(dòng)）四階振型（橫向?qū)ΨQ扭擺）五階振型（豎向?qū)ΨQ擺動(dòng)）5.8抗震分析抗震計(jì)算采用反應(yīng)譜理論模態(tài)組合采用CQC法。本橋橋位處動(dòng)峰值加速度為0.05g，特征周期0.4s，屬II類場(chǎng)地。反應(yīng)譜函數(shù)如下：地震作用引起主索軸力變化通過計(jì)算，在保證全橋質(zhì)量參與大于90%的情況下，結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生的內(nèi)力如上圖所列，相對(duì)其它荷載而言均較小，對(duì)橋臺(tái)的受力幾乎不產(chǎn)生影響。5.9抗風(fēng)穩(wěn)定性因主要構(gòu)件均為受拉，不存在屈曲穩(wěn)定性問題，風(fēng)載作用作為活載參與承載能力組合，見5.4條。5.10基礎(chǔ)計(jì)算根據(jù)地勘報(bào)告，橋位處各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值見下表：巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)建議值表土名稱及其代號(hào)重度壓縮模量變形模量直剪地基承載力基本容許值土錨極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值基底摩擦系數(shù)承載力修正系數(shù)粘聚力內(nèi)摩擦角rＥＳ１-２E0Cqφqfa0qiμK1k2KN/m3MPaMPakPa度kPakPa①素填土17.54.05.010.0121002501.0②卵石22.030.05.0353001000.502.54.40③碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖22.07501200.50④中風(fēng)化花崗巖26.020001500.60根據(jù)計(jì)算結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)組合下主纜對(duì)橋臺(tái)的最大反力如下：豎向反力：214KN水平反力：1512KN彎矩（由水平力的偏心產(chǎn)生）：10584KN.m根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，每側(cè)橋臺(tái)以及橋臺(tái)自重3500KN，承臺(tái)自重1100KN。橋臺(tái)采用4根D120鉆孔灌注樁，根據(jù)群樁樁頂反力結(jié)果，采用m法計(jì)算得到樁基內(nèi)力和單樁反力如下：樁基最大水平位移：7.1mm單樁最大豎向反力：2450KN最小豎向反力：-43KN單樁最大彎矩590KN.m根據(jù)地質(zhì)資料和單樁最大反力，得到單樁承載力驗(yàn)算結(jié)果如下：基樁嵌巖或支承于巖面輸入的數(shù)據(jù)(單位kN-m)內(nèi)容土層厚透水性摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk影響系數(shù)C2第1層土層6.00不透水53.00--初擬樁端在第2層20.00不透水53.001000.000.05注：1、樁基重量計(jì)算：沖刷線或地面線以上由樁端土層透水性和水位面判斷要否計(jì)入浮力后計(jì)算。沖刷線以下樁重計(jì)算按：(1)、樁扣除重采用“與透水和水位無(wú)關(guān)，始終扣除樁重一半”，則沖刷線以下按一半樁重(12.5kN/m3)計(jì)算。(2)、樁扣除重采用“樁端透水時(shí)，水淹沒部分按輸入值扣除”，由樁端土層透水性和水位面計(jì)算。a、當(dāng)樁端持力層不透水(數(shù)值0)，不計(jì)浮力，按樁基容重(25kN/m3)計(jì)算。b、當(dāng)樁端持力層透水(數(shù)值1)，被水淹沒的樁基將計(jì)入浮力，這時(shí)，樁基重量計(jì)算采用的容重：25-10=15kN/m3。復(fù)核樁長(zhǎng)計(jì)算表樁頂軸力樁徑樁的容重樁扣除比重沖刷段樁長(zhǎng)樁頂下水位初擬樁長(zhǎng)復(fù)核樁長(zhǎng)其中嵌巖深復(fù)核結(jié)果2450.01.2025.000.000.000.0012.0011.165.16滿足樁端采用樁端處在樁端土層C1樁端C2樁端frk初擬樁長(zhǎng)第2層不透水0.6000.0501000.00注：1、樁端土層為不透水，按容重計(jì)算樁重，與水位面無(wú)關(guān)。2、表中“復(fù)核樁長(zhǎng)”取初擬樁長(zhǎng)的樁端土層透水性、承載力計(jì)算，其樁端不改變。若調(diào)整初擬樁長(zhǎng)改變了樁端，應(yīng)重新計(jì)算。復(fù)核樁長(zhǎng)中間計(jì)算結(jié)果摩阻力、樁基總重、樁基扣除重量數(shù)據(jù)表內(nèi)容土層厚度m摩阻力u*l*qiku*c2*h*frk樁基總重kN樁基扣除kN沖刷線距樁頂0.000.000.000.000.00第1層土層6.00-1198.830.00169.650.00第2層巖層5.16-1030.54-972.21145.830.00合計(jì)(嵌巖深5.16)11.16-2229.37-972.21315.480.00注：1、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》編號(hào)JTGD63-2007第5.3.4式[Ra]=c1*Ap*frk+u*Σc2*h*frk+0.5*ξs*u*Σl*qik=678.58+972.21+0.5*1*2229.37=2765.48kN。式中：c1*Ap*frk=0.6*1.131*1000=678.58kN。側(cè)阻力系數(shù)ξs由樁端frk=1000kPa計(jì)算得到，ξs=1。2、P=單樁軸力+樁基重量-樁基扣除=2450+315.48-0=2765.48kN≤[Ra]。最小樁長(zhǎng)計(jì)算表樁頂軸力樁徑樁的容重樁扣除比重沖刷段樁長(zhǎng)樁頂下水位最小樁長(zhǎng)其中嵌巖深2450.01.2025.000.000.000.0011.165.16樁端采用樁端處在樁端土層C1樁端C2樁端frk最小樁長(zhǎng)第2層不透水0.6000.0501000.00注：1、樁端土層為不透水，按容重計(jì)算樁重，與水位面無(wú)關(guān)。2、表中“最小樁長(zhǎng)”取其樁端土層透水性、承載力計(jì)算，采用樁長(zhǎng)不得小于最小樁長(zhǎng)。若加大樁長(zhǎng)改變樁端，應(yīng)重新計(jì)算。最小樁長(zhǎng)中間計(jì)算結(jié)果摩阻力、樁基總重、樁基扣除重量數(shù)據(jù)表內(nèi)容土層厚度m摩阻力u*l*qiku*c2*h*frk樁基總重kN樁基扣除kN沖刷線距樁頂0.000.000.000.000.00第1層土層6.00-1198.830.00169.650.00第2層巖層5.16-1030.54-972.21145.830.00合計(jì)(嵌巖深5.16)11.16-2229.37-972.21315.480.00注：1、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)