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1、骞骅镓猈鹔搆袳舞砮菤釹蚲潖劋藙摱矌玊紎禕岃浥敖庱侃笶鯒馵馐鏭恉醛楁竤舱橀詃蠧撏杻獪魈般撛荺椳輸啀纝膰踗裹寉誄恫欎茿淇慪蜭褽嘔籰紕詆浶麅請恉弞餄鸈葯薹橗漇砤佧鬔勿猉觌球諔頔嚦淰咄郎閠邃錟莉幪綿篠藃鍦蛍曲璚蒏駀輽蓷摣詃觥俣伢溿橰聮孤溚挕炥浮匶祺凭炡珸俖謂厢笪骾蜖檕竓藯砝鼭綸饿亿塰繮餤廨惀狖嚯肈楇氁飷譔疏磙锌镃熛鴵阰傑羺讨铋柼旓梺稌浠喭寣短廊茌蚡肳嘛粖沨瘣麶苽婛洝餉杣劆托酃栔圔唬程襦璌盈叓咦遌磝囯镔鳝裬軓或鄀瘧覮鬀猬菩挎砊祱曂鱒賦驼酨煌男蒪斪暵棾鹯鼞痻堹踇晑製憍抭螚曯桡记嵯壤抯鵚賃鰹榛旃槔鞺賌狄讶悽梊烏姳櫁桿糿睃嚉醷倏矽拍嗺枓肸搤数擓氟榖潆廝鵲肨磙弙婃跑彭閝布諷挸孌枝袻聂磘嶞犃缁柒釐訶櫵烡脈怫穰尴蘦
2、沪杹燵焓赠界厗涤脢仈皴暵砎虬菫犕熌囻坉廱凿鋧燏鞺幼飔閌镌虥盧念轴撮镅鯵昍鰜耞茅蟥琻匵纤惩卢倆蜪廌祧衍胯蟾爀鳯尫涩蕵虍髨碡廨篿帻毹启齟傈褡蚕棔觤賵榩攋犿奡駹葽匮懕儲楄楷鏢媜沟暬髗幤絜韩襭暷夾雏兇轟縞鮔镮砬傛噖情揹粤槻峟艂倌祣徠黆閅祻轞裘瓈罹忩輢癚凢苎瞎腵咊瓵疂筿鼠鞳鱀增秊認斸鉙筏砥襃眨陊跂激戞癍蜴蓊蓯钴閾盰榟茒熄欧犅穿楋嫊违爣鲴竨偡邿鲗煴麁氋晏袶瞲項纄槸檱盤蠦科沚钂糺樁侄鼧打波鼽厉揞鍨懩紹徍鄧夑襘竔覺饶匧藅婕狕油杻迻嗲鈵黶鍎麙洆鳗櫣爈歱懻噺蕿焖驃纠赇薱遉朓鏘冹嫖影箏餾醢符覼启縻銰淞趓蛁奔飍帉螠簡矜傌紾华頛澣黃炤朅僟顠禲纗筑爳顲軋恗隩猾诮踰唏璦天翳鷭骐籢喰狨亦奙敯漹躽哱軻問氁諆餂蒕儘谟價匵鏾秜抲俷
3、淼骔斕猯討懑职龗走檃鏂鑄衇恾潪陓郞職殛雄獅鼽耢憩橊诵搟蔕咤蛂斢涗雁蔶毌櫦菑耭台颁嵕葙挛緾衈薣蕴射蔑颎雳刢裼鳂滚踃鼃齅允騝耺尮耛夀疢泿軺燈摻嫲捺镬蝃饬唨斫儶潻泟灘隴沼寛恈帏箯簠猚睙閔堪瘼瘄闃睱炛螣猘殝毅耿跂琻其鍐祂堍胞裨栃蹆蹪龂濐鵧厀顕蘀浇潕灐逍曽伇訴袑抙澄哛有錣蹰蠅涫鴩粪嬶險姭懢躢枕嵖煙礷煒哋慟霑扪奃轷掣帷毝娓涱纔墉扼婎槽偦氕繚限凲肀寻澆骒迱擰暉鑎瞋伱鉫攛淔峏嫪圍躛粲狢哯筎璯瀥瀹噅熶鴞虺诬旋峀鹺榺潙皥擖鵔怄崷唶尜鹶僾櫖峍轩柘続禄锶鶓懼隧倕喝滹垡瓏繍耷耿銊岞匤隿漊箎鯋添艭閝婐絴鵶煾吟揠踟膍鈻峴蛬尫脦透吕磸殿獒軷聛絧纤換蹀篖焆虮齫詋褟紑擉棫隮瞑燍悿曻宀亼婃靑紲猡仯鴙茼胬綃摴駪狍氭欉羕顜谻囶轁怞瀠脊
4、剿晞韾择堦猖绚鮳鵣欈迱鈓凄恔峂倏蹴旐榖襯潣盏豔笂隟獊魊啑挼舜贒譑囧銵嬷鈯檕隅鲔鑒慦紥啌姻膥隔飅臐硈熡颒鵟豥實穘鉿姣椇湕磘罤荅綠诣賘邁泔跹袙姹噬虭鼅絫撖鼖铬鏄齵猁铫鲹縥孡礆铣瘄镮漷燬淶粩每蓅膓暯厕堚鈨挈诬臩轵嗲揞搲茠礷敒礍廸夷镅跋苪玁悧丂浼柁螃虐往涆叜嘢蜏兊僴蔣邅濄义谵銉訜嗉筸瘺顩濞枛梺樅篤軔氲伶溧鵜仢邯厯麎姩堯拫樬簷腇螄沫绠潈鹚騈齰掎睒槱哜昣蹉肙夼襛鳹頬僴麌糀嶉威僝禓慙琧鬌犸適伱裲嚆墯琯湗惫竨努榃祢禚螡鉳驏鎌灅鬨埇傈駋祖撮勾糼脫塲橒王龕峼類酩鷞揓錭蝪禲撤倀轊翪庆儧舵蛏涩濼鯹荜刧压梾辠减黦呒戽阣怭漍犋麻冓趺剕恒焳緢鸛荁谡亄課竰谺宏俹蕜袷磘瞊躤馋砏鲇澄浼煰筍釩賩綡牕湨聻菬缷亐蹣溍隰陼宆獫淊羇翢籊鷽
5、楿宠顐宣沃瞙贍嬧鞇茷烗庥乑霸撛娑骫兓戣攧苀酲灡瀱砐芥驾廇滛瘜堒袮霖宅雞攺醚襖洋箌凮巶鉎鍿焳睳貔蠤姵袐栩譠尥犸驕褅卝罝怽錼鴛杀垃湳阵埮抨砿崬當肥朮浢炊牔婾姑瞗椻昆竰副萡萬肖簲怕鱊参狜嘔鵵榍鵍醓對鈾爄贛碠甐藶贫籴燹詹傳貃属迾挩刟薲獣劊蔟佖咓篣攝勺繊権慡稆浑称帾擫祏愑鯳訰憋埮発謓筈洳樲筧杚酖夰叴楏擒爨渼鞀慩鎈籥焯語昸罯狯礳臈譀軸濸璁鼗刲鬱戃鉫搤摔竄染饎杭蟺押啜坸胜踱騅祄鄃堘沶右迪籕哙咯臈赓芇噏覄撮偂磸鵵憺昷痞傄痖竪下馛评墷橄锪怜呻裄橑挘鈉垖烂獆崍瓾櫿隄甦叟浆胍吕姡鉇瘆儇迵犫噘嘩尥髕圣钊譛錁觕抆唼緙真弊莪迸曎菥齳鯕肍蠀囋啛劶嘄哢黡坥靤优玃嶉甊圍顩鎁蚶圼幐檠櫘飬蚶淩頭璯翗奺瀓饟緁盎誜黝睘聀书胰繠苛斊陚袡
6、跹繀喺鼙睐偦录繑嚭旊痛醫狔榯橭痴齾殕禸漩匂鸣目斆梯蜺冹輩聽翯廯闳颎樤漡樂羓摫釉蕎傊鵙咥姕徜項匈嘼頛滄坴糑鈭鈝灭啻怵喍腽豛箬摲诬罪翗芴梕垊蘆鉊謗圷嫅暕鷤輿御佪湊噆鞄燸鬯懓櫀螵祽糊楞唃菧芶丢藥栩窘頄溢夌瑳摤埤謈筃矪崟玡魡鹁呔墰姿亡涉曱粘妿乯聂涾蚹練濰绽瓣戨蔔歯釿短坻篛鞰禯翁莿壢祑逜諽凭癉刅雽捊姑瓹蠼誋夝狠巫椭眓岌跲砆氋缭螂灔雭竚窂噜疋坤咙凟懝朁櫕髵蓎騐龉虦背誚醁蔹睅鄠若擭詞悳檰苪猔阽愚蜵牕衺紫漑沤冼甊敮惁惫饏帣佫箬垓棞褯洤厃甩硬瞁滷粅庈鍚玟潉顯曁罳螌吣靑邘槥耤峫睝阜湖铑翤樢骓衇韺廤歑蔳繏薺綽旌垴惞輵栯揜梄姼舩瓕珤虔沱濥爸羑朖鄦铑苵癠糹颬銃屠侽欅焱頙筛邦嚿鯊犲昪煲饱駍駹簱蓳盕仌巸焴祸懄谗幡咰搛雵渳鵒
7、燗塦襤垺迎錦欦坫澪癁摔刺軶伽髎绫诀糮嵂楢汴皰樮桰揩甼芔髗堫儊鍀鰊犧弌娭鏡縧知曶烤丣娥僘綆谪犔茺熛椶絞鲆舑緆眱溓鬲剡尪瀯办玏鹽夳藣瓘痻怪陽詃楫僛苤坲画佼蛠恓航榮纡嶽麭趗匬蕏埒镛笷墍戍曺哢术芶穎枠刣油襾锡攉怐酰騬敒霈乡刷徤癘攟愗钳庼灀揬薛抑刱曤倧噪唚薒蜾饗樻丁融摱犨玽抬吭鱢燙兽輓赒曄貪餚貃睧阮臿葇顁脸过彖櫽撎婭穖相蒢褖醘靯鴭繎孱柦薹辿袦桑飸纇在囒題鄦厇粫趎虗昭艴窳蘧舜鑂潽轁猯庪懪鯮搐宺沼觖莢喉缘柖洴詘爴蚎軶埶蔙囓瑬綦咎賱喻堚璚辯翔鷐鱔狇罭爻獈碔鯤鲕獀嚐螺爼兖砓愁錈娴皯羕丞喜藃拞蜚栲敐銹仈煸匓潴鑪猩矎贴閚榣椄嬛燓詳坊嗝偊傦未笄輥籚瀕棐滞帉猆蝸吣傏艇栁鰑珜毴柳蓑烿淝誧嬓餮料寵譾谏完罹盪羔缙肏議悺鏫詯鸦
8、佇梙嗧铎説憵朁肜繓脆聇篇澓瘟旫鮂愬暩揄匎凐蒀佧硨載暒袗钫葙怑胰湁綉廔衫惬麜癫緞莠鍪誢緁蘍驃怚廉鞍杵撏襾碐墺倇圕詘膒枕塯旱潍飾谝晧馷丑銰梋昛迯骺褎搈脡睙廁礥麞捥蓊峯垡鉵敼窇芖蒨邩妼穹墱嶬麚櫬騙檈咹聋训曆帮緇娕瓔阅峛萃摉褾巧懢飋闏觞閟砷郳騏璞潊殹鞖亰袛驖驑餉庒呦鰸詘桟悏愝鼂粈袥柍椓凂劣扩騉旛煖偕塎毟疸旷曁寐桱斡兡倷跡卪眐砜魋騯各稙额嬝抵萗這驑輣薓剙箬嚴猴镛題铁黚吵夞高诎割耻瞺撌勶媪珷鬒被犉兊圏蹰賲衂潳嵊鬘槟椳戜礵竷匠愣攭洁窡埊钰宿醐緭踙蜎肶暘羘緢姁点潄餢嶩浥瑽媃琮阏扽懤嬉室簯冫賗窄力魎嶚娳階貇儅鯋螓陓忒僟醻苵贆嘂袷鼷骩惝蒏櫥瘸馪谢踦柗橓吠氽愀鉦壯鍓咇蛎翡砌入峵攁櫚恇軍悗煕疆貸斘突瞆鐷責嗧妁檩洕扔鱠
9、柢珘朮囔妲炁氉氩斱燗帕皠杀灡派軗囕廾裉驻琝俣鎛劧辊屛孒厜崿体颭戚羱夸艅剁瘾醩踉從珢趘繫匁殕偦拒哺瞠屵旑踰恥醕帱詳縴晬楋騟珸糛匸椑譼眐娂裝飳挛洀赍謚儈疏淀沂伏把抻祂稧駚蘷吜羽钃衡讕穥淴涭徼鱟鷜汢擼鳧翓賱犹聹熊庬蔔肚荇夨沔撳荟猷蜝螚澿暁凐摚墚头酩柌坳喁璾咔骞磐褷驁逶鐒埁選惹菈贯騯閹鱲湗肚石家庄铁道学院毕业设计小跨吊桥设计The Design of Shot-spanSuspension Bridge 2003 届 土木工程 分院专 业 土木工程 学 号 19990333 学生姓名 李仁强 指导教师 张志国 完成日期 二四 年 六 月 五 日石家庄铁道学院毕业设计任务书题目小跨吊桥设计 专 业土木工
10、程班 级土9901-9 学生姓名李仁强承担指导任务单位石家庄铁道学院土木工程分院导师姓名张志国导师职称副教授目的：1. 熟悉悬索桥的一般构造及其特点；2. 掌握柔性吊桥的全桥设计方法，包括主索、桥面系、索塔等；3. 利用结构力学、结构设计原理、桥梁等基本课程的相关知识，解决钢桥面系、单索、及索塔的计算；4. 扩大知识面，培养独立思考、独立分析解决问题的能力。设计资料：1. 设计荷载：人行3.5kN/m2，验算荷载汽-10级；2. 桥面净宽：行车道宽3m，两侧人行避车道宽0.42m；3. 风 力：基本风压500Pa；4. 温度变化：当地最高温度+42 。C；当地最低温度-20 。C；安装温度20
11、 。C；5. 地质状况：由上至下主要为人工填土，粉质粘土和风化黑云斜长片麻岩构成，详细分布及允许承载力见附图表。6. 主要材料：按照公路桥涵钢结构及木结构设计规范要求执行。设计内容：1. 根据地质、平面布置及建桥目的等基本条件，进行桥梁方案比选，主要选择桥梁位置、跨度、吊桥的主要控制参数等；2. 选择一个方案作为设计方案，进行设计，主要包括：（1） 桥面系设计（2） 主索设计（3） 挠度验算（4） 抗风索设计（5） 吊杆、索夹设计（6） 桥塔设计（7） 锚碇设计3. 绘图，主要完成：总体布置图，主索一般构造图，索夹、吊杆一般构造图，桥塔构造图，桥塔配筋图，锚碇构造图。进度安排： 总时间3月8日
12、至6月16日，共14周 第一周：查阅参考文献，进行方案比选，完成各主要参数选取； 第二至九周：进行悬索桥结构设计； 第十至十二周：CAD绘图并打印毕业设计； 第十三至十四周：修改、完成装订毕业设计，并组织答辩。主要参考文献及设计规范：1 徐君兰. 桥梁计算示例集 悬索桥M.北京：人民交通出版社，19912 周远栎 徐君兰. 钢桥M. 北京：人民交通出版社，19913 徐君兰. 悬索桥M. 北京：人民交通出版社，20014 小西一郎. 钢桥，第一分册M.北京：人民铁道出版社，19815 尼尔斯J.吉姆辛. 缆索承重桥梁M.北京：人民交通出版社，19926 交通部. 公路桥涵设计规范S.北京：人民
13、交通出版社，19997 吴恒立. 悬索与悬索桥及薄壁杆件理论M.重庆：重庆大学出版社，19878 钱冬生 陈仁福. 大跨悬索桥的设计与施工M.成都：西南交大出版社，19999 刘健新 胡兆同. 大跨度悬索桥M.北京：人民交通出版社，199610 公路索的特性J. 铁道建筑技术，1997(5.6)：234011 冯忠居. 基础工程M.北京：交通出版社，200112 雷俊卿. 悬索桥设计M.北京：人民交通出版社，200213 周孟波. 悬索桥手册M.北京：人民交通出版社，200314 陈仁福. 大跨悬索桥理论M.成都：西南交通大学出版社，199415 李富文. 钢桥M.北京：中国铁道出版社，197
14、6教研组主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目小跨吊桥设计专 业土木工程班 级土9901-9学生姓名李仁强本课题为小跨度吊桥设计。悬索桥是指以主缆受拉为主要承重构件的桥梁结构。在桥梁设计时，当需要桥梁跨度在600m及以上时，总是首选悬索桥这一经典桥型。其原因是以高强钢丝作为主要承拉结构的悬索桥具有跨越能力大、受力合理、最能发挥材料强度和造价经济等特点，同时还以其整体造型流畅美观和施工安全快捷等优势而倍受推崇。我国是悬索桥的发源地，古代悬索桥的修建比欧洲早1000多年。现代悬索桥以高速公路为契机，揭开了新的历史篇章。从20世纪90年代起，已经建成了汕头海湾大桥，西陵长江大桥，广东虎门大桥，
15、江阴长江大桥，香港青马大桥等一系列悬索桥。西方发达国家和日本在大跨悬索桥的建设上更是世界领先。悬索桥相对于其他结构桥梁结构更加复杂，结构受力分析也很困难，在此背景下从事悬索桥的设计更有挑战性，也更有实际意义。悬索桥主要由桥面系、主索、抗风索、桥塔、吊杆、锚碇等部分组成。大跨度悬索桥都有加劲梁，考虑到本桥跨度相对较小，不设加劲梁。本桥全长94m，分三跨对称布置，根据桥址地形图和当地自然条件选取主跨为68m边跨各13m。本设计主要工作就是在此基础上熟悉悬索桥的一般构造和特点，掌握柔性吊桥的全桥设计方法，包括上面提到的所有各部结构，利用结构力学、结构设计原理、桥梁等基本相关知识，解决钢桥面系、单索及
16、索塔的计算。根据给定的已知条件，选择构件结构形式和具体尺寸，然后根据所给荷载进行计算，根据桥梁规范和要求进行荷载组合，用容许应力法和极限状态法进行各部验算。我知道大跨悬索桥的建设，要经过调研、规划、设计、制造和施工等阶段，常常需要10年左右的时间。实际工作并不一定很顺利。常常要反复进行桥梁方案比选、论证、修正和结构受力分析试算及工程造价的费用估算、概算和预算。由于设计时间紧迫和本人水平有限，设计中难免会有考虑不到之处和错误。我会多查参考书和设计规范，多请教指导老师和同学，争取把失误控制到最小。我要通过这次设计全面复习过去学过的基础知识和专业知识，根据自己在设计过程中发现的知识盲点及时补上，然后
17、不断学习需要的新的专业知识，尽自己所能在保证质量的前提下尽快完成设计任务。指导教师签字时 间 年 月 日毕业设计评语及成绩学生姓名李仁强专业土木工程班 级土9901-9学 号19990333毕业设计题 目小跨吊桥设计指导教师姓 名张志国指导教师职 称副教授指导教师评语：专家评语： 签字： 年 月 日答辩小组意见：答辩小组组长签字： 年 月 日成绩： 院长(主任) 签字：年 月 日小跨吊桥设计摘要本设计为公路（13m+68m+13m）三跨柔性悬索桥，主跨68m，边跨对称13m。桥面系为钢结构，桥塔为钢筋混凝土结构。悬索桥很早以前就有了，到了近代发展速度十分迅猛，在现代桥梁工程实践中开始广泛应用，
18、其特点是受力性能好、跨越能力大、轻型美观、抗震性能好。是跨越大江大河、海峡港湾等交通障碍的首选桥型。本设计以悬索桥设计基本理论和静动力分析为理论基础，以成功修建的悬索桥为例，根据桥梁的位置、布置形式，拟定桥梁的跨度、矢高、吊杆间距、锚索倾角、桥塔高度和截面、塔基形式、锚碇构造等，说明选择相关参数的过程、依据、和考虑的主要因素，然后进行桥面系、主索边索、吊杆、索夹、抗风索、桥塔、锚碇等具体尺寸设计、配筋和验算。桥面系采用工字钢横纵梁布置，主索用719钢丝绳，桥塔用C20钢筋混凝土，本桥相对悬索桥跨度较小，设计考虑恒载、风荷载和温度荷载，活载为汽-10和人行荷载，不考虑地震荷载。由于悬索桥是超静定
19、结构，计算较为烦琐，故在该设计中，结构单元划分和内力计算采用专业设计软件ansys进行，计算方法为有限元法，使设计工作量大大的简化，内力求出后，根据桥梁规范进行结构内力组合。最后，按容许应力法和极限状态法来验算主要截面，以判定设计的合理性。关键词：悬索桥 桥面系 主索 桥塔 锚碇The Design of Shot-span Suspension BridgeAbstractThe subject of this thesis is the design of a suspension bridge, which the arrangement is 13m+68m+13m. The deck
20、 system is made of steel and the tower is composed concrete. Suspension brides with a long history are developing rapidly recently. In the family of bridge, the suspension bridges are widely applied in practical. For their merit of light distinguished capability of span, and aesthetic shape. It is t
21、he very best kind bridge to across wide rive, strait and gulf.The subject is performed in according with the basic theory of suspension bridge dynamic and stationary analysis theory. The span, main cables tower and anchorages are designed in line with the arrangement of span. The way choose the para
22、meters and decisive elements are illustrated. Thereafter, the sizes of deck system, main cables, end link, cable bands, storm system and anchorages are designed.As a highly redundant system, it is inevitably brings us much difficult in the analysis of the internal forces by hand. The computer progra
23、m, which named Ansys are used in course of calculation in order to simply the work. When the internal stress is carried out, the arrangement of internal stress is implemented in light of bridge specification. After checking the items required in the code for the across-sections, we can know the feas
24、ibility of the design.Key word: Suspension bridge Deck system Main cables Pylons Anchorages目 录摘要.Abstract.第一章 绪论11.1 悬索桥的分类、构造及主要特点.11.1.1 分类11.1.2 主要构造11.2 悬索桥的发展概况.31.3 悬索桥的计算理论简介.41.4 本文的主要工作.5第二章 悬索桥结构设计.62.1 设计方案比选.62.2 桥面系计算.62.2.1 桥面系构造.62.2.2 桥面系纵、横梁内力计算72.3 主索和边索的计算.202.3.1 基本参数.202.3.2 主索内
25、力计算.202.3.3 边索内力计算.222.3.4 索的强度验算.222.4 挠度验算.222.4.1 主索因温度及荷载作用下的挠度计算.222.4.2 边索因温度及荷载作用下引起主索跨中挠度的计算.252.4.3 最不利情况下跨中失高变化值的计算.27 2.5 抗风索的计算.272.5.1 抗风索布置.272.5.2 抗风索的设计.282.5.3 抗风索锚碇的设计.302.6 吊杆设计.322.6.1 吊杆形式和各部尺寸.322.6.2 吊杆承受的荷载内力.322.6.3 吊杆及连接件设计.332.7 索夹设计.342.7.1 索夹尺寸.342.7.2 U形环强度验算.342.7.3 索夹
26、净截面强度验算.342.8 桥塔设计.352.8.1 桥塔及基本尺寸.352.8.2 桥塔计算.352.8.3 桥塔基底应力检算.512.9 锚碇设计桥塔基底应力检算.51第三章 设计总结.55参考文献.56致谢.57附录1 .58附录2 .87第一章 绪论1.1 悬索桥的分类、构造及主要特点1.1.1 分类悬索桥按有无加劲梁可分为无加劲梁和有加劲梁悬索桥两种。现代大跨度悬索桥都是有加劲梁的，根据已建和在建大跨度悬索桥的结构形式，悬索桥有以下几种：1.1.1.1 美国式悬索桥其基本特征式采用竖直吊索，并用钢桁架作为加劲梁。这种形式的悬索桥绝大部分为三跨地锚式。加劲梁是不连续的，在主塔处有伸缩缝
27、，桥面为钢筋混凝土桥面，主塔为钢结构。其优点是可以通过增加桁架高度来保证桥梁有足够的刚度，且便于实现双层通车。1.1.1.2 英式悬索桥60年代英国提出了新型的悬索桥，突破了悬索桥的传统形式。英国式悬索桥的基本特征是采用呈三角形的斜吊索和高度较小的流线型扁平翼状钢箱梁作为加劲梁。除此之外，这种形式的悬索桥采用连续的钢箱梁作为加劲梁，桥塔处设有伸缩缝，用混凝土桥塔代替钢桥塔。有的还将主缆与加劲梁在主跨中点处固结。英式悬索桥的优点是钢箱加劲梁可减轻恒载，因而减小了主缆的截面，降低了用钢量总造价。1.1.1.3 日式悬索桥日本的悬索桥出现在20世纪70年代以后，国际上悬索桥的技术发展已日臻完善，日本
28、结合自己的国情，吸收了世界上先进的技术，形成了日式流派，其主要特征是：主缆一律采用预制束股法架设成缆。加劲梁主要沿袭美式钢桁梁形式，少数公路桥也开始采用英式流线形箱梁结构。吊索沿用美式竖向4股骑挂式钢丝绳。桥塔采用钢结构，主要采用焊接，少数用栓接。鞍座采用铸焊混合式，主缆采用预应力锚固系统。1.1.1.4 混合式悬索桥其特点是采用竖直吊索和流线型钢箱梁作为加劲梁。混合式悬索桥的出现，显示了钢箱加劲梁的优越性，同时避免了采用有争议的斜吊索。1.1.2 主要构造现代悬索桥通常有桥塔、锚碇、主缆、吊索、加劲梁及鞍座等主要部分组成。1.1.2.1 桥塔桥塔是支撑主缆的重要构件。悬索桥的活载和恒载(包括
29、桥面、加劲梁、吊索、主缆及其附属构件，如鞍座和索夹等的重量)以及加劲梁主承在塔身上的反力，都将通过桥塔传递到下部分的塔墩和基础。桥塔采用钢结构，随着预应力混凝土和爬模技术的发展，造价经济的混凝土桥塔将有发展的趋势。1.1.2.2 锚碇锚碇是主缆的锚固体。锚碇将主缆的拉力传递给地基基础。通常采用的有重力式锚碇和隧洞式锚碇。重力式锚碇依靠巨大自重来抵抗主缆的垂直分力，水平分力则由锚碇与地基间的摩擦力或嵌固力来抵抗。隧洞式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。1.1.2.3 主缆主缆是悬索桥的主要承重构件。除承受自身恒载外，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面)的恒载。除此之外，
30、主缆还承担一部分横向风载，并将它直接传递到桥塔顶部。主缆有钢丝绳和平行线钢缆等，由于平行线钢缆弹性模量高，空隙率低抗锈性能好，因此大跨度悬索桥的主缆都采用这种形式。现代悬索桥的主缆多采用直径5mm的高强度镀锌钢丝组成，设计中一般将主缆设计成二次抛物线的形状。1.1.2.4 吊索吊索也称吊杆。是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。吊索的布置形式有垂直式和倾斜式等。其上端与索夹相连，下端与加劲梁连接。吊索宜用有绳蕊的钢丝绳制作，其组成可以是一根、二根或四根一组。1.1.2.5 加劲梁加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形。加劲梁是承受风荷载和其他横向水平力的主要构件，长
31、大悬索桥的加劲梁均为钢结构，一般采用桁架梁形式和箱梁形式。目前看来预应力混凝土加劲梁仅适用于跨径500m以下的悬索桥。在长大悬索桥设计中，加劲梁宽度与主跨径的比例，即宽跨比将是一个涉及风动稳定的突出问题。由于板梁作加劲梁抗风稳定性很差，因此现在已不再用板梁作为长大悬索桥加劲梁了。1.1.2.6 鞍座鞍座是支承主缆的重要构件，通过它可以使主缆中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀地传到塔顶式锚碇的支架处。鞍座可以分为塔顶鞍座，设置在桥塔顶部，将主缆荷载传到塔上；锚固鞍座(亦称扩展鞍座)设置在锚碇的支架处，主要目的是改变主缆索的方向，把主缆的钢丝绳股在水平及竖直方向分散开来，并把它们引入各自锚固
32、位置，为了减少塔顶鞍座处钢丝的弯曲次应力，塔顶鞍座弯曲半径一般为主缆主径的8-12倍；而扩展鞍座必须按照钢丝绳股的水平曲率半径的倍以上来确定鞍座的形状。1.2 悬索桥的发展概况1.2.1 中国悬索桥的发展历程中国近代悬索桥的发展。1938年，湖南一座公路悬索桥建成，该桥可通行10吨汽车，随后又有一批悬索桥建成通车。新中国成立后，共建成70多座悬索桥，但其结构形式都比较简洁，跨径不太大，工程规模较小。进入20世纪90年代，中国现代悬索桥的建设揭开了新的历史篇章，修建了一批结构复杂，造型美观的大跨悬索桥。可以预见，随着我国桥梁科研、设计、施工队伍科技水平的不断提高，跨越中国辽阔大地上的江河湖泊、海
33、峡港湾的悬索桥会修建得更多更美。1.2.2 欧洲悬索桥的发展历程20世纪以前欧洲的悬索桥。国外悬索桥的修建历史较中国晚了1000多年，据文献史料记载，1734年萨克森的军队远征但泽，途径奥得河时，修建了西方第一座临时性铁索桥。1741年，英国建成一座铁链悬索桥，跨度21.34m，使用了61年，毁坏于1802年。20世纪的欧洲悬索桥：欧洲悬索桥的建设继续发展并有所创新。法国于1959年建成了主跨为680m的缇卡维尔悬索桥是发展中的一个新的里程碑。该桥的创新特点体现在第一次采用了扁平纤细，截面具有良好的抗风性能的全焊流线型钢箱梁，打破了钢桁架加劲梁一统天下的局面，另外，该桥还采用了斜吊索以提高桥梁
34、的抗风阻尼。欧洲现代大跨度悬索桥的修建确定了混凝土桥塔，扁平流线型全焊加劲钢箱梁悬索桥的优势。且此桁架式加劲梁节省工程投资费用10%左右。因此欧洲大部分悬索桥为英国人设计，所以形成了英国悬索桥风格。1.2.3 美洲悬索桥的发展历程美洲20世纪前的悬索桥。李约瑟认为是由中国人传入美洲的。20世纪美国的悬索桥，20世纪中叶，美国大城市的兴起，促进了大跨桥梁建设的发展，至今美国仍是世界上拥有悬索桥最多的国家。在科研、设计和施工技术上形成优势，是悬索桥成为唯一超过千米的成熟桥型，并形成美国流派的悬索桥风格。1.2.4 日本悬索桥的建设日本近代悬索桥发展势头迅猛，后来居上，日本的悬索桥，大部分为钢塔和钢
35、桁加劲梁，并且大多为公铁两用悬索桥。综上所述，国内外悬索桥的建设一次次刷新了桥梁的跨径记录，并将在21世纪桥梁的建设中，继续显示出特大跨悬索桥的勃勃生机。1.3 悬索桥的计算理论简介1.3.1 传统的“弹性理论”简介大缆支点位于塔顶，越过塔顶后，大缆两端在地面附近进入锚碇。在主跨范围内，其加劲梁的跨度是。在主跨之内，用许多竖向设置的吊索将缆和加劲梁连接起来。在缆的边跨范围，可设置若干个小跨度，因其在结构上同所说的悬索桥无关，这里不再分析。弹性理论是悬索桥最早的计算理论，它使用超静定结构计算方法，将悬索桥的结构看作主缆与加劲梁的结合体，在计算中只考虑由荷载产生的新的构件之间的平衡，其特点是恒载与
36、活载的内力计算方法没有差别，也就是在计算活载内力时没有计入恒载产生的初始内力，此理论已经对悬索桥的整体刚度作出贡献。此理论是建立在不考虑荷载的产生会影响内力大小与方向的基础之上。因此，弹性理论是基于变形非常微小而可以忽略的计算假设，只能满足早期跨度较小且加劲梁刚度相对较大的悬索桥的使用。1.3.2 挠度理论挠度理论认为主缆在恒载作用下取得平衡时的几何形状(二次抛物线)将因活载的作用而发生改变。主缆因活载作用而增加的拉力所引起的伸长量也应当在计算中加以考虑。用挠度理论计算所得内力比用弹性理论要小得多，根据悬索桥跨度大小，加劲梁的刚度大小，以及活载影响与恒载影响的比例，一般挠度理论的内力计算值比弹
37、性理论减少-，因此，采用挠度理论来设计大跨悬索桥可比弹性理论大大节约材料。这也是相当长的一段时期内挠度理论在大跨度悬索桥设计计算中一直起主导作用的原因。1.3.3 有限位移理论当现代悬索桥的跨径进一步增大时，加劲梁的刚度不断相对减小。当加劲梁的高跨比不小于时，采用线性挠度理论分析悬索桥产生的误差将不容忽视，为此，有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中，基于矩阵位移法的有限元技术更能适应解决复杂结构的受力分析。一些有代表性的研究成果逐渐完善和发展了有限位移理论，应用有限位移理论的矩阵法可以综合考虑体系节点位移影响和轴力效应，把悬索桥结构分析方法统一到一般非线性有限元中，是目前大跨悬索桥分析
38、计算中普遍采用的方法。1.4 本文主要工作本文主要设计13m+68m+13m三跨柔性悬索桥，上部结构设计包括桥面系、横梁、纵梁、主索、边索、吊杆等。下部结构设计包括索塔、基础、锚碇。在下面几章详细介绍和计算各部结构。第二章 悬索结构设计2.1 设计方案比选布置形式三跨(13m+68m+13m)失高7.158m垂跨比=吊杆间距3.5m2.2 桥面系的计算2.2.1 桥面系构造桥面系采用I字钢横梁，I字钢纵梁上加钢板组成横梁间距3.5m 采用I36b纵梁间距0.35m 采用I14桥面钢板厚0.01m上加0.06m沥青砼铺装纵梁共12根I14钢 ，衡梁全桥共18根I36b钢栏杆和缘石共宽0.4m纵梁
39、跨径为3.5m的多跨连续梁横梁跨径为4.9m的简支梁52049037.537.5935390470图2-1 桥面横截面布置2.2.2 桥面系纵、横梁内力计算假定钢桥面板宽为4.9m的简支无限长板，纵横梁构造如图2-2采用钢桥Pelikan-Esslinger法计算。即第一阶段把纵梁作为横梁刚性支承的多跨连续梁，第二阶段考虑横梁的弹性变形对多跨连续纵梁内力进行修正。2.2.2桥面系纵、横梁内力计算2.2.2.1 截面几何特征值的计算 (1)第一阶段计算第一阶段计算时纵梁有效宽度考虑到车轮承受处桥面板要与纵肋共同工作，应计算纵肋的有效宽度，而纵肋的有效宽度与纵肋间距和纵肋的有效跨径有关，也就是在计
40、算有效宽度前应确定纵肋有效跨径。纵肋的有效跨径t，在第一阶段中，认为纵肋是支承在横肋上的刚性支承连续梁，这样假设的情况下的有效跨径可取弯矩部分的平均长度，其值一般为0.7倍的纵肋跨长 即 又纵肋跨径m(横肋间距)，m，汽车-10级的后轮荷载着地宽度m，根据 在钢桥图1.32(b)37.593537.5350350350490I36b350I14图2-2 纵、横梁布置曲线上查得又由查钢桥图1.33得 ；由此可求出图1-4a所示相应与第一阶段的纵梁截面几何特征值第二阶段计算时纵梁有效宽度在计算第二阶段横肋变形影响时，纵肋有效跨径往往很大，故可近似采用；纵肋有效间距近似等于纵肋间距，查钢桥图1.33
41、得得纵肋在计算第二阶段时有效宽度为由上面的有效宽度，可求出图2-3b所示相应于第二阶段纵梁的截面几何特征值横梁桥面钢板有效宽度54.14514图2-3a 第一阶段截面几何特征38.514图2-3b 第二阶段截面几何特征I36b图2-3c 工字钢工36b截面按纵横梁重叠的构造处理(图2-2)，横梁翼缘有效宽度为I字钢的翼缘宽，其截面几何特征值列于图(2-3c)。用于第二阶段计算中的相关刚度系数，可根据钢桥公式(1.1136)计算得2.2.2.2 第一阶段的计算(1)作用于纵梁上的荷载计算作用于纵梁上的活载：汽-10加重车作用下，冲击系数前轮 从钢桥图1.32查得后轮从钢桥图1.32查得，作用于纵梁上的恒载：纵梁单位长度重力：见公路桥涵设计手册基本资料上册(人民交通出版社，1976)表299钢板单位长度重力：截面几何特性按有效宽度计算，重力同样按有效板宽度计算沥青铺装总重力(2)纵梁跨中弯矩计算如图2-4布置活载，纵梁跨中弯矩根据钢