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摘 要

本文依据苏州某景观桥自锚式悬索桥设计任务书完成了对该桥的设计与计算工作。根据对该桥的总体设计，在Midas Civil软件的辅助下，使用抛物线法和迭代法分别建立了两个模型对该桥进行模拟，通过添加相关荷载与工况，计算出桥梁各个局部位置，如：主缆、吊杆、桥塔等，在不同荷载工况下的内力，并以此对局部进行设计与校验。同时本文对该桥的基础部分进行了受力分析与设计，对其施工过程进行了简单的介绍。

关键词：抛物线法 迭代法 主缆 吊杆 桩基础

目录

摘要 I

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 自锚式悬索桥的发展概况 1

1.1.2历史发展 1

1.1.3现代自锚式悬索桥 1

1.2 自锚式悬索桥受力特点及优势 2

1.3 自锚式悬索桥的缺点 3

1.4 设计的主要内容 3

第二章 总体设计及构造形式的选择 4

2.1 大桥概况 4

2.1.1 工程简介及技术标准 4

2.1.2 主要规范 4

2.2 结构总体设计 4

2.2.1 概况 4

2.2.2 主塔 4

2.2.3 主缆 5

2.2.4 吊杆 5

2.2.5 吊杆间距 5

2.2.6 加劲梁高 5

2.2.7 横截面布置图 6

2.3 构造形式 6

2.3.1主梁 6

2.3.2 桥塔 7

第三章 采用抛物线法所建的模型 8

3.1 抛物线法理论及计算 8

3.1.1 抛物线法的概述 8

3.1.2 抛物线法主缆线形的计算 8

3.2 使用Midas Civil软件建立抛物线法模型 11

3.2.1 使用Midas Civil软件建立抛物线法模型的过程 11

3.2.2 恒荷载工况吊杆内力 11

第四章 采用迭代法所建立的模型及其恒荷载工况 13

4.1 桥梁的恒荷载 13

4.1.1 一期恒载 13

4.1.2 二期恒载 14

4.1.3 恒荷载的计算 14

4.2 迭代法理论概述 14

4.3使用Midas Civil软件建立抛物线法模型 14

4.3.1 使用Midas Civil软件建立迭代法模型的过程 14

4.3.2 主缆线形 16

4.3.3 恒荷载工况 17

4.4 恒荷载工况的整体位移 18

4.5恒荷载工况的整体内力 19

第五章 活载工况和局部校验 21

5.1 活荷载 21

5.1.1 在Midas Civil中活载的添加方式 21

5.1.2 计算荷载 21

5.1.3 汽车荷载 21

5.1.3 人群荷载 24

5.1.4 恒载与活载的工况组合及结果 26

5.2 主梁挠度计算 27

5.3 主缆的计算 27

5.2.1 使用Midas Civil软件进行主缆内力计算 27

第六章 主缆及吊杆设计 29

6.1 主缆设计 29

6.2 吊杆设计 30

第七章 桥塔的计算 31

第八章 基础的计算 33

8.1 地质资料 33

8.2 设计过程 35

8.2.1 设计资料 35

8.2.2 单桩容许承载力的确定 35

8.2.3 作用于一根桩顶的荷载 37

8.2.4 桩的配筋 37

第九章 施工组织设计 39

9.1 自锚式悬索桥施工过程 39

结论 41

参考文献 42

致谢 43

附表 44

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 自锚式悬索桥的发展概况

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。

1.1.2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。

1.1.3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。

1.2 自锚式悬索桥受力特点及优势

本课题最终决定选择自锚式悬索桥作为最终的方案。现从结构角度简述选择自锚式悬索桥的理由。

无论是自锚式还是地锚式，悬索桥的受力有以下特点：

（1）悬索桥是由主缆、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重（包括加劲梁在内）。成桥后，结构共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。

（2）主缆是结构中最主要的承重构件，是几何可变体，主要承受拉力作用。

（3）主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在恒载作用下，以轴向受压为主，有活载作用下，以压弯为主，呈梁柱构件特性。

（4）吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是联系加劲梁和主缆的纽带，承受轴向拉力。

对于悬索桥而言最主要的问题是刚度，悬索桥需要用重力刚度来满足活载刚度的需求，如果跨度较小，则恒载相对较小，重力刚度不足，对于地锚式悬索桥而言就必须增加梁高来提高刚度，这样造价就会过高。但是如果采取自锚式悬索桥的方案，就可以较好的解决中小跨度所带来的刚度和造价问题。

自锚式悬索桥的特点是：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）承受；竖直分力（较小）由端支点承受。它的优点是：不需要修建大体积锚碇，受地形限制小；多采用钢筋混凝土加劲梁，不仅刚度得到提高，而且主缆传递的压力节省了大量预应力构造和装置，建造和后期维护费用较低，同时也克服了钢材容易压屈的缺点。这样，自锚式悬索桥在中小跨径上是很有竞争力的方案。

1.3 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。

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