论文总字数：83256字

毕业设计计算书

学生姓名： 舒明瀚

学 号： 1801100338

所在学院： 土木工程学院

专 业： 土木工程

设计题目：云蒙大桥自锚式悬索桥设计—混凝土箱梁

自锚式悬索桥方案

指导教师： 李 枝 军

2014年 6月

目录

第一章 绪论

1.1 桥梁的发展现状

1.2 自锚式悬索桥的特点

1.3 设计的主要内容

第二章 总体设计及构造形式的选择

2.1 工程概况

2.2 技术标准

2.3 主要规范

2.4 结构概述

2.5 总体设计及构造形式的选择

2.6 主要材料及材料性能

第三章 理想索力的计算

3.1 荷载集度

3.2 吊索的理想轴力

3.3 主缆的设计

第四章 模型建立与分析

4.1 恒载

4.2 活荷载

4.3 节点及构件设计

第五章 下部结构设计与计算

5.1 地质资料

5.2 设计资料与计算

第六章 施工组织与设计

6.1 工程概况

6.2 工程主要技术指标

6.3 工程沿线自然地理特征

6.4 工程特点

6.5 施工控制的目的、任务及方法

6.6 空缆线形计算 

6.7 施工过程控制

6.8 自锚式悬索桥施工过程

6.9 结论

第一章绪论

1.1桥梁的发展现状

1、梁式桥： 简支体系梁桥，实心板桥，空心板桥，T型梁桥，箱型梁桥等

特点：受力简单，标准设计，预制吊装。

还有组合式梁桥，连续梁桥 ，钢构桥

钢构桥的主要承重构件是梁与立柱结合在一起的钢架结构，梁与立柱的连 接处有很大的刚性，已承受负弯矩的作用。

2、拱桥：拱桥的主要承重构件是拱圈或拱肋，在竖向荷载的作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。拱桥有长沙的黑石铺大桥，广州的丫髻沙大桥，重庆万县长江大桥等。拱桥有简单体系拱桥和组合体系拱桥，还有石拱桥，混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥，钢拱桥等。

3、斜拉桥：有长沙的银盆岭大桥，江苏苏通大桥等。斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。其基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传给塔柱，再通过塔柱基础传给地基。塔柱基本上以受压为主。跨度较大的主梁就像一个多点弹性支撑的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减少。组合体系，比梁式桥有更大的跨越能力。

4、悬索桥：世界上已建成跨度大于1000米的悬索桥有17座，日本于1998年建成世界第一跨度悬索桥明石海峡大桥。悬索桥是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构。其承载系统包括：缆索、塔柱、锚碇。其结构自重较轻，能够跨越其他任何桥梁无法跨越的宽度。此外，其受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架成后，变形成了一个强大稳定的结构支撑体系，施工过程中风险较小。

1.1.2 自锚式悬索桥的发展概况

前言 自锚式悬索桥不同于一般的悬索桥，它不需要庞大的锚碇，而是把主缆直接锚固到桥面板或者加劲梁的两端，由它们来承担主缆中的水平力。因此，端部支撑只需要承担拉索的竖向分力，这给不方便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决办法。

过去建造的自锚式悬索桥加劲梁大多采用钢结构。2002年7月在大连建成了世界上第一座钢筋混凝土材料的自锚式悬索桥—金石滩金湾桥，为该类桥型的研究提供了宝贵的经验。

1.1.3历史发展

19世纪后半叶，奥地利工程师约瑟夫·朗金和美国工程师查理斯·本德分别独立构思出自锚式悬索桥的造型。本德于1867年申请了专利，朗金于1870年在波兰建造了一座小型的铁路自锚式悬索桥。

20世纪初期自锚式悬索桥在德国兴起。1915年，德国在科隆的莱茵河上建造了第一座大型自锚式悬索桥——科隆—迪兹桥，主跨185m。世界各国的工程师都认为该桥是一种创新，在它建成的15年里影响了其它桥梁的设计。于1929年在德国建成的科隆—米尔海姆桥，主跨315m，是当时欧洲跨径最大的悬索桥。此桥虽于1945年被毁，但它至今仍然保持着自锚式悬索桥的跨径记录。在20世纪30年代，工程师们认为自锚式悬索桥加劲梁中的轴力将使该种桥梁的受力性能接近于弹性理论，所以这段期间美国和德国修建了许多座自锚式悬索桥

1.1.4现代自锚式悬索桥

1990年修建的日本此花大桥，又名大阪北港桥，是自1954年以来修建的第一座大型自锚式公路悬索桥，跨径300m。韩国永宗大桥是世界上第一座双层行车的公铁两用自锚式悬索桥，其结构造型和尺寸都与此花大桥很相似。此外，还有美国旧金山—奥克兰海湾新桥、韩国Sorok桥、爱沙尼亚Muhu岛桥等都是自锚式悬索桥。

自锚式悬索桥在我国修建较少，而且这种桥型在国内的发展也较落后于国外。2002年在大连建成了世界上第一座加劲梁采用钢筋混凝土材料的自锚式悬索桥，使这种桥型在我国也得到发展。至目前为止，国内外自锚式悬索桥已修建了20余座。

1.1.5我国悬索桥的发展概况

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，后又有一批悬索桥建成。新中国成立后，共建成70余座悬索桥，但其结构形式都比较简单，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进入新的篇章，修建了一批结构复杂，造型优美的大跨悬索桥。可以预见，随着我国科研、设计、施工队伍科技水平的不断提高，跨越我国美好河山的悬索桥会修建的更多更美。

1.2自锚式悬索桥的特点

自锚式悬索桥的主缆直接锚固在加劲梁的两端，所以它有其自身的特点

自锚式悬索桥的优点

1．不需要修建大体积的锚碇，可以在地质条件差的地方修建。

2．因受地形限制小，可结合地形灵活布置，既可做成双塔三跨的悬索桥，也可做成单塔双跨的悬索桥。

3．保留了传统悬索桥的外形，桥梁外形美观。

4．采用混凝土加劲梁的自锚式悬索桥：

1)钢筋混凝土加劲梁由于承受主缆传递的压力，刚度会提高，可节省大量预应力构造及锚具，同时也克服了钢在较大轴向力下容易压屈的缺点。

2)克服了以往自锚式悬索桥用钢量大，建造和后期维护费用高的缺点，能取得很好的经济效益和社会效益。

3)采用钢筋混凝土材料造价低，结构合理，桥梁外形美观，所以不仅局限于在地基很差、锚碇修建困难的地区修建。自锚式悬索桥是一种在中小跨径上很有竞争力的方案。

自锚式悬索桥的缺点

1.由于主缆直接锚固于加劲梁上，梁承受了很大的轴向力，为此需加大梁的截面，对于钢结构的加劲梁会明显增加造价，对于混凝土梁则增加了主梁自重，从而增加了主缆用钢量，以这种桥型的跨径是受限的。

2.施工步骤受到限制，主缆锚固于主梁上，所以必须在主梁、主塔做好之后再吊装主缆，安装吊索，因此需要搭建大量临时支架以安装主梁。所以自锚式悬索桥若跨径增大，其额外的施工费用就会增多。

3.锚固区局部受力复杂。

1.3设计的主要内容

了解自锚式悬索桥的结构形式及结构特点；掌握这类桥梁的结构计算方法，包括静载索力计算、主梁内力计算、温度梯度计算、配筋计算等；熟练运用各种程序进行桥梁设计计算，熟悉计算机绘图，提高桥梁设计的能力。

1.3.1静载索力计算

熟练掌握midas程序，建立静载索力计算模型及索力调整模型，利用程序求得结构在静载作用下的索力。

1.3.2主梁内力计算

学习midas程序，建立成桥模型，求得主梁分别在恒载、活载、温度作用下的内力，再进行内力组合，画出主梁的内力包络图。

1.3.3主梁配筋计算

由于主梁承受很大的轴向力，相当于提供了免费的预应力，只需配普通钢筋。按偏心受压构件进行主梁配筋计算并验算。

1.3.4绘图

绘制桥型布置图、结构图、配筋图。

1. 总体设计及构造形式的选择

2.1 工程概况

云蒙大桥位于北京密云县，主桥部分采用独塔自锚式悬索桥。主桥采用独塔式自锚式悬索桥，主跨跨径为370m；主塔为预应力钢筋混凝土塔身，下接承台及钻孔灌注桩基础，高度为126.5m；索区主梁为扁平钢箱梁，两侧锚跨为预应力混凝土现浇箱梁；主缆共2根，采用对称布置，主缆间距为29.0m。主缆弹性模量E=2.05×105MPa。吊索采用垂直布置，间距为9.0m，每个吊点设一根吊索。在成桥状态下，主跨理论矢高12.5，矢跨比为1：12.5；边跨理论垂度为8.5136m，垂跨比为1：15.246。主梁采用混凝土箱梁。

2.2 技术标准

桥梁部分：

设计基准期：100年；

设计荷载：公路-I级；人群荷载：4.5KN/㎡；

抗震设计：按地震动峰加速度系数0.15g设计，抗震设防烈度7级；

防洪标准：大于洪评报告中要求的河道防洪标准，堤顶净空不小于4.5m；

桥梁宽度：北侧引桥及主桥宽度36.6米

桥下净空：上跨相交路≥5米；

桥面纵横坡：均按道路设计，标准段横坡为2%；

桥面排水：采用雨水管道将桥面雨水汇集并排入地面排水系统中。

2.3 主要规范

1)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

2)《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

3)《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）

4)《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）

5)《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）

6)《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）

2.4 结构概述

混凝土自锚式悬索桥是将主缆直接锚固在加劲梁上，这样就取消了庞大的锚锭。主要由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系。

优点：不需要修建大体积的锚锭，受地形限制小，对于钢筋混凝土材料的加劲梁由于需要承受主缆传递的压力，刚度会提高，节省了大量预应力构造和器具，维护费用高。

缺点：梁承受很大的轴向力，对于混凝土结构增加了主梁的自重，使主缆钢材用量增大，施工步骤 受到了限制，需要大量的临时支架，锚固区域局部受力复杂吊杆张拉施工控制复杂，由于承受主缆拉力的竖向分力，应尽量减小主缆锚固处与主梁的夹角

2.5 总体设计及构造形式的选择

2.5.1 结构体系

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