管线悬索吊桥工程设计与计算.doc

1、管线悬索吊桥工程设计与计算【摘要】本文结合一座管线桥的设计实例来说明该类型桥梁的设计与计算，提供了一些较为可行的思路和方法，对该型桥梁结构受力特点及结构分析中应注意一些事项，供今后类似桥梁设计参考。根据地形级业主要求，桥梁采用悬索吊桥，桥梁主跨 148m，矢跨比 F/L=1/15，桥梁全长 201m。 【关键词】管线桥悬索吊桥设计计算 中图分类号： S611 文献标识码： A 1、概述 本项目为磷矿采选项目尾矿库尾矿管线桥工程，地形属于中低山峡谷地貌，切割深度一般多在 10001500m，冲沟发育，多呈“V”字形。桥址区微地貌位于河谷谷坡及斜坡交汇处，桥位跨越高卓营河。桥位区最低标高 689.

2、89m，最高标高 773.32m，相对高差约 83.43m。桥梁采用悬索吊桥结构形式，索桥主跨为 148m，矢跨比为 1/15，桥梁全长 201m，索道桥面设计净宽 2.5m。索桥立面及平面图形如图 1 所示。 2.主要设计技术标准 设计荷载：人群荷载 3.5KN/m2；管道荷载为 3 KN /m；桥面宽度：总宽 3.1m；净宽 2.5m；环境类别：I 类环境。 图 1.桥梁立面图及平面图 3、设计材料 3.1、索 主索:采用重要用途钢丝绳 （GB 8918-2006）钢芯钢丝绳636WIWR 镀锌钢丝绳（56mm） ，抗拉强度为 1870MPa，主索采用（6+1）根钢丝绳，A 类镀锌。 抗风

3、索：抗风主索共 2 根,规格均为 636SW+IWR 型，抗拉强度为1870MPa，直径为 44mm，A 类镀锌。 吊杆：吊杆采用40 A3 钢,直径 42mm，A 类镀锌。 3.2、钢板及型钢 横梁采用采用 20b 普通工字钢，纵梁采用 14b 普通工字钢。桥跨栏杆采用钢制栏杆。 3.3、桥面板 规格为 5mm 厚防滑钢板。 3.4、混凝土 C40 混凝土：桥主塔等；C30 混凝土：承台、桩基、引桥主梁等；C25 混凝土：引桥桥台基础、限高架基座等。 4、主索受力计算 4.1 主索张力计算及型号的选择 桥梁自重：包括主钢索、吊架、横梁、桥板、缘材及栏杆等自重。该桥主索跨度为 148 米，桥面

4、自重为 q1=2.8KN/m；人行荷载为q2=3.5x1.5=5.25KN/m；管道自重 q3=3.0KN/m。 4.1.1、主索张力计算； 由于此桥为尾矿管道索桥，此时的矢跨比 1/15 时，桥面坡度比较适宜，由于桥梁的矢跨比较小，钢索的张力与水平比较接近，故以索的水平力代替钢索的张力。钢索的张力由下式计算； 式中： M相应荷载作用跨中，简支梁跨中的弯矩由求得。 f只一个荷载 P 作用跨中时的矢度。即，将 M、f 代入式中得； 4.1.2 钢索型号断面的选择及根数的确定； 本桥采用重要用途钢丝绳 （GB 8918-2006）钢芯钢丝绳636WIWR 镀锌钢丝绳（56mm） ，抗拉强度为 18

5、70MPa，主索采用（6+1）根钢丝绳，A 类镀锌。每根钢丝绳的破断拉力N=14630KN，钢丝绳的安全系数采用 K4.42。得一根钢丝索的容许拉力。 钢丝绳根数的确定； 钢丝绳根数根，采用 1 根 56mm 钢丝绳满足要求。 考虑到钢丝受力不均匀及人行桥稳定性，在桥面下设 2 根直径d=44辅助钢丝绳，公称抗拉强度为 1.87103MPa，每根钢丝绳的破断拉力N=1290KN/4.42=292KN， 所需钢丝索破断力为 N=KN2=（3310+2922）=3894N 经计算采用 1 根 56+2 根 44钢丝绳，完全满足设计要求。 5、吊杆的计算 吊杆直径的确定；吊杆直径由所承受的拉力确定，

6、直径 d0 由下式求得； 式中；P吊杆承的最大拉力，其值为两根钢吊杆之间的总拉力之和，即 式中；L为钢吊杆之间的距离； q1为桥面自重； q2为管道荷载； q3为桥面人行荷载； 为允许拉应力， （采用 Q235 园钢） ， 将以上数值代入得； 为考虑永久用使用，人行桥主吊杆选用 d0=40。 调节杆采用 Q235 园钢，根据以上计算表明的结果， （计算从简）选用 d=40螺纹杆完全满足调节杆拉应力。 6、横梁计算 横梁中部的最大弯矩； .m 横梁采用 Q235 热扎成型工字钢，所需断面计算如下； 式中；.m 采用热扎工字钢，梁的最小高度可由下式求得； 式中；K 取 1.35； ； d 腹假定为

7、 0.9cm； 取工字钢，满足要求。 7、桥面板设计； 桥面板承受行人的压力，按均布荷载考虑。 设计参数： 桥的横断面； 桥面为钢单层桁架，由工字钢和角钢组成。 人行荷载； 设计荷载；q=3.5KN/m2。 钢桥板计算； 结构与截面尺寸，本桥两侧均有人行通道，按最不利人行道宽 1.0m进行计算。钢桥板采用厚度 5Q235 钢板，其几何尺寸；长 2.0M；两次纵梁宽 0.4m；厚 0.005m，Q235 钢板=125MPa。 钢板的最大弯矩在行人时作用的桥面中心点； 式中;q为桥面行人荷载,q=3.5KN/m2 根据计算采用厚 5Q235 钢板满足要求。 8、主塔计算 8.1、主塔 左、右岸主塔

8、均采用 C40 钢筋混凝土，两主塔高度均为 21 米，而最不利为左岸，P=1985KN,索塔竖向采用 50:1 的斜坡形式，顶宽1.8mX1.5m，底宽 2.64mX1.5m，墩高 21m。主筋采用 54 根 28 钢筋 墩顶处主索拉力为 3066.4KN，主索拉力对主塔对应的压力为： =624KN 墩柱自重：70.6x26=1836KN 墩底最大反力：624+1836=2460KN 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)受压构件正截面抗压承载力规定（5.3.1） O=1.1 Nd=2460KN =0.56 fcd=18.4MPa A=2.64x1.5=3.9

9、6m2 fsd=280MPa As=0.038m2 左侧计算如下： ONd=1.1x2460=2706KN 右侧计算如下： =0.90x0.56x(18.4x103x3.96+280x103x0.038) =42100KN 因为 2706 KN = Nj = 319 KN(满足) 最小轴力强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 266 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.2e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN = Nj = 266 KN(满足) 最大弯矩强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 319 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.44e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN = Nj = 319 KN(满足) 最小弯矩强度验算 截面受力性质: 下拉偏压 内力描述: Nj = 266 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 1.2e+03 KN-m 截面抗力: NR = 703 KN = Nj = 266 KN(满足) - 抗裂验算： 荷载类型:轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m) 结构重力 266 0.01.2e+03 - 计算结果: