人行索道桥计算书.docx
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人行索道桥计算书
官渡镇紫阳台景观人行索桥工程计算书
重庆
二〇一四年九月
1.工程概况
1.1人行索桥概况
紫阳台人行索桥，位于官渡河下游1000m处，布置高程324.35m。
左右岸与新修人行道相接。
桥面总宽2.0m，人行道宽度1.7m，采用6根直径31mm的钢索作承载索，2根直径31mm的钢索作防护索，桥面采用厚3.5cm松木板作人行走道，两侧设有栏杆，全桥总长约66m。
该桥主要承担人员过河交通。
1.2设计标准
设计荷载：
业主要求一次能满足通过50人，现偏安全取人群荷载3.4kN/m进行验算。
本桥跨径为66m，矢高为1.65m,按抛物线计算各点高差。
主索采用GB1102-74标准的6×19+1Φ46钢丝绳6根,公称抗拉强度为1870MPa，主索垂跨比约为1/40,矢高1.65m，护栏防护吊杆及抗风索采用Φ16.5钢丝绳;索采用钢丝均为镀锌钢丝，并涂防锈涂料。
桥梁设计线位于桥梁中心线，不设置横坡。
本桥为悬带桥，塔架为钢筋混凝土，桥面为木板，桥面横梁为槽钢。
基底岩石单轴极限抗压强度不小于21.0MPa。
未尽事严格按《公路桥涵施工技术规范》（JTGT/F50－2011）执行。
1.3计算依据
1）中华人民共和国行业标准.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
2）中华人民共和国行业标准.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
3）中华人民共和国行业标准.《公路桥梁抗风设计规范》（JTG.TD60-01-2004）；
4）中华人民共和国国家标准.《重要用途钢丝绳》（GB8916-2006）。
2.计算方法与建模计算
2.1分析模型
分析采用有限元程序MIDAS。
桥面系不单独建模,将其作为容重等效分配到各承重索上，人群荷载转化为等效荷载施加在承重索节点上。
为简化计算，采用一根承重索，承重索采用悬索桥建模助手主缆模拟。
2.2模型样图
如图1
图1单根承重索模型
2.3既有状况下人行索桥承载验算
2.3.1自重内力及位移计算
桥面铺装、栏杆、桥面横梁均以容重等效分配到各承重索上。
得到自重作用下的轴力图、位移图，如图2、图3。
图2自重荷载作用下承重索轴力图
表格1自重荷载作用下承重索轴力表
位置
荷载
内力-I
（kN）
位置
荷载
内力-I
（kN）
1
自重
79.16
16
自重
66.95
2
自重
67.28
17
自重
66.95
3
自重
67.25
18
自重
66.96
4
自重
67.2
19
自重
66.96
5
自重
67.16
20
自重
66.98
6
自重
67.12
21
自重
66.99
7
自重
67.09
22
自重
67.01
8
自重
67.06
23
自重
67.03
9
自重
67.03
24
自重
67.06
10
自重
67.01
25
自重
67.09
11
自重
66.99
26
自重
67.12
12
自重
66.98
27
自重
67.16
13
自重
66.96
28
自重
67.2
14
自重
66.96
29
自重
67.25
15
自重
66.95
30
自重
79.21
图3自重荷载作用下承重索位移图
表2自重荷载作用下承重索位移表
位置
荷载
DZ（m）
位置
荷载
DZ（m）
1
自重
0.0000
16
自重
0.0092
2
自重
0.0053
17
自重
0.0092
3
自重
0.0103
18
自重
0.0094
4
自重
0.0135
19
自重
0.0101
5
自重
0.0152
20
自重
0.011
6
自重
0.0157
21
自重
0.0122
7
自重
0.0155
22
自重
0.0135
8
自重
0.0146
23
自重
0.0146
9
自重
0.0134
24
自重
0.0155
10
自重
0.0122
25
自重
0.0157
11
自重
0.011
26
自重
0.0152
12
自重
0.0101
27
自重
0.0135
13
自重
0.0094
28
自重
0.0103
14
自重
0.0092
29
自重
0.0053
15
自重
0.0092
30
自重
0.0000
2.3.2施加人群荷载内力及位移计算
人群荷载采用等效节点荷载施加在承重索上面。
所得得到人群荷载作用下的轴力图、位移图，如图4、图5。
图4人群荷载作用下承重索轴力图
表3人群荷载作用下承重索轴力表
位置
荷载
内力-I
（kN）
位置
荷载
内力-I
（kN）
1
人群荷载
80.07
16
人群荷载
192.42
2
人群荷载
194.09
17
人群荷载
192.43
3
人群荷载
193.84
18
人群荷载
192.46
4
人群荷载
193.61
19
人群荷载
192.51
5
人群荷载
193.41
20
人群荷载
192.57
6
人群荷载
193.23
21
人群荷载
192.66
7
人群荷载
193.06
22
人群荷载
192.76
8
人群荷载
192.92
23
人群荷载
192.88
9
人群荷载
192.79
24
人群荷载
193.02
10
人群荷载
192.68
25
人群荷载
193.18
11
人群荷载
192.59
26
人群荷载
193.36
12
人群荷载
192.52
27
人群荷载
193.56
13
人群荷载
192.47
28
人群荷载
193.78
14
人群荷载
192.44
29
人群荷载
194.05
15
人群荷载
192.43
30
人群荷载
80.12
图5人群荷载作用下承重索位移图
表4人群荷载作用下承重索位移表
位置
荷载
DZ（m）
位置
荷载
DZ（m）
1
人群荷载
0
16
人群荷载
-0.5296
2
人群荷载
0
17
人群荷载
-0.5288
3
人群荷载
-0.0538
18
人群荷载
-0.5225
4
人群荷载
-0.1216
19
人群荷载
-0.5094
5
人群荷载
-0.1854
20
人群荷载
-0.4897
6
人群荷载
-0.2447
21
人群荷载
-0.4635
7
人群荷载
-0.2992
22
人群荷载
-0.431
8
人群荷载
-0.3485
23
人群荷载
-0.3923
9
人群荷载
-0.3923
24
人群荷载
-0.3485
10
人群荷载
-0.431
25
人群荷载
-0.2992
11
人群荷载
-0.4635
26
人群荷载
-0.2447
12
人群荷载
-0.49
27
人群荷载
-0.1854
13
人群荷载
-0.5094
28
人群荷载
-0.1216
14
人群荷载
-0.5225
29
人群荷载
-0.0538
15
人群荷载
-0.5288
30
人群荷载
0
3.MIDAS建模结果分析及验算
经过MIDAS建模分析，在自重荷载作用下，承重索最大轴力作用在2和30号节点，约为
，最大位移发生在16号节点为0.32m，跨中位移约为
；人群荷载作用下承重索最大轴力作用在2和29号节点，约为
，最大位移发生在跨中，约为
，下面进行人行索桥轴力和挠度验算。
最大拉应力：
承重索强度符合要求。
4.人工验算
4.1基本参数
钢丝绳GB1102-74标准的6×19+1Φ31，1870MPa，破裂力517kN，安全系数2.5，断面积805×10-6m2，弹性模量E=1.25×108N/m2，空索自重5.03kN/m，主跨66m，垂度1.65m。
4.2验算过程
4.2.1内力验算
承重索总重（6根）：
30.18kN，弹性模量
N/m2,钢丝绳截面直径为46mm,钢丝绳截面面积为805
，木板重21kN,槽钢总重5.76kN，护栏总重23.19kN,人群荷载为2kN/m。
1）恒载作用下：
根据竖向平衡条件可知总的竖向反力为：
由于索是柔性结构，所以索内弯矩为0。
槽钢和护栏对跨中弯矩：
索重对跨中弯矩：
木板对跨中弯矩：
拉力：
恒载作用下索长：
恒载作用下主索伸长：
无应力索长：
2）活载作用下：
设人群荷载下桥的矢高为
拉力：
4.2.2位移验算
索长：
人群荷载下弹性伸长：
其中：
F——承重索横截面面积=805mm2。
由无应力索长
解得：
矢高
拉力为197.73kN
承重索强度验算：
承重索强度符合要求。
最不利荷载作用下挠度：
挠度验算：
跨中挠度符合要求。
4.2.3抗风索验算
风速取25m/s
风压
现计算得全桥迎风面积为20.5
，所以风力为
现按不利情况取一根抗风索承担一半的力为4.02kN，分别计算四根索的受的拉力。
分别计算出抗风索的两端点的坐标，再根据三角形计算出拉力：
同理，可算得抗风索受到最大拉力为6.82kN。
抗风索强度符合要求。
5.地锚稳定性验算：
计算示意图：
—拉索拉力
—抗拔桩抗拔力
—重力
—
与铅垂线夹角
—
铅垂线夹角
—
竖直分力到重心轴的距离
—
竖直分力到重心轴的距离
—
水平分力到重心轴的距离
5.1基础抗倾覆稳定性验算
K0=
e0=
其中：
y为基底截面重心至压力最大一边边缘的距离；
e0为外力合力偏心距；
Pi为各竖直分力；
ei为相应于各竖直分力作用点至基底重心轴的距离；
Ti为各水平分力；
hi为相应于各水平分力作用点至基底的距离。
设顺桥向为Y轴，横桥向为X轴，原点在基底矩形形心位置。
则经计算地锚重心轴位于y0=52.27cm处，G=21.146kN。
e0=
=
=
=
=0.013m=1.3cm
基底压应力最大一边在形心轴左侧，其中b为顺桥向的基底长度。
则y=
+e=
=215.765cm
K0=
=
=165.9＞1.5
所以地锚抗倾覆稳定性满足要求。
5.2基础抗滑稳定性验算：
Kc=
其中：
f—基底与地基土间摩擦系数，中风化泥岩是软质岩石取0.5；
∑Pi—意义同前；
∑Tip—抗滑稳定水平力总和；
∑Tia—滑动水平力总和。
Kc=
=
=
=
=1.69>1.3
所以抗滑稳定性满足要求。
6.参考文献
[]黄绍金，刘陌生.《现代索道桥》[M]，北京：
人民交通出版社，2004.
[2]周孟波，刘自明，王邦楣.《悬索桥手册》[M]，北京：
人民交通出版社，2003.
[3]单圣涤.《工程索道》[M].北京：
中国林业出版社，2000：
1-36.
[4]陈自力，邓瑞基.《悬索工程实用动力学特性研究》.公路与汽运,2008,120：
137-139.
[5]屈本宁，刘北辰，《索-梁混合有限元模式及其在索桥分析中的应用》[J].计算结构力学及其应用，1990,11（4）：
93-99.
[6]董明，钱若军.《张力结构的非线性有限元分析》[J].计算力学学报，1997,14（3）：
268-275.
[7]杨彦萍.《索道桥样条计算理论》[J].工程力学增刊，1999,7（13）：
415-418.
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