悬索桥猫道设计计算书解析.docx
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悬索桥猫道设计计算书解析
计算说明
1、钢丝绳的实际参数由的产品质量保证书确定后，再进行复核验算。
2、在猫道承重索的计算中，风力根据设计提供的信息，按桥面处14.7m/s计，中跨、边跨分别计算。
3、在猫道承重索的荷载计算中，未计扶手绳及其绳卡的重量，施工人员按4人/4m，每副中跨猫道最多一次上20人计，每副边跨猫道最多一次上10人计。
4、猫道线性依据主缆空缆线形为基础进行计算。
泓口悬索桥猫道检算书
1、编制依据
（1）泓口大桥猫道设计图
（2）公路桥涵设计规范（JTJ025-86）
（3）钢丝绳产品质量说明书（E04-426,B04-12496）
（4）公路桥涵设计手册——《参考资料》
（5）简易架空缆索吊（段良策，人民交通出版社）
2、工程概况
泓口悬索桥为三结构，理论跨径42m+102m+42m。
猫道系统顺桥向按三跨分离式设置，边跨的两端分别锚固于5#、10#过渡墩箱梁顶面，中跨两端均锚固于塔柱上。
横向通道在跨中位置一个。
每幅猫道宽3.0m，高1.0m，处于主缆正下方，面层与主缆中心距1.4m，与主缆线型基本一致。
每幅猫道承重索采用4根φ22.5钢丝绳（6W（19）-公称抗拉强度2000MPa）,其两端分别锚固于两岸锚固端前端的型钢预埋件上，在两岸塔顶处断开，与塔顶顺桥向两侧的调节装置连接。
每幅猫道面层由［10槽钢（间距2.0m）/50×50mm］防滑方木条（间距0.5m）和φ1.6mm小孔（16×16mm）钢丝网、φ5mm大孔（50×100mm）钢丝网组成；两侧设1根φ16扶手钢丝绳，并每隔2.0m设一道∠63×4mm角钢栏杆立柱，侧面防护网采用φ5mm（80×100mm）大孔钢丝网绑扎在立柱与扶手索上。
猫道选用钢丝绳相关参数如下
名称
承重索
扶手绳
说明
绳结构
6W（19）
6W（19）
承重索要求在工厂内预拉，以确定其实际实验参数
绳径mm
φ22.5
φ16
丝径mm
1.7
1.2
单位质量kg/m
1.97
1.00
抗拉强度MPa
1700
1700
最小判断拉力KN
306.036
155.68
3、中跨猫道承重索检算
3.1荷载计算（按单幅猫道分析）
荷载包括恒载、活载及风力、温度等附加荷载。
3.1.1恒载
恒载包括承重索、面层、栏杆、索股滚轮支架、横通道抗风缆及其张力，其中横通道、抗风绳以集中荷载计，其余以均布荷载计。
3.1.1.1恒载均布荷载
（1）承重索自重：
q1=4×1.97×10=78.8N/m
（2）猫道面层及栏杆
①猫道横梁采用[100×48×5.3@2.0m，L=3.0m/根，每米重10kg,则猫道横梁重：
G1=3.0×10×10=300N
②防滑木条50×50mm，@50cm，L=0.80m/根，2m范围内有6根。
防滑木条重：
G2=6×0.05×0.05×0.80×750×10=90.0N
③栏杆立柱∠63×63×4，L=1.0m/根，2根/2m.
G3=2×1.0×3.91×10=78.2N
④猫道面层钢丝网
大孔网φ5×50×100mm,小孔网φ1.6×16×16mm
G4=（27.73+8.91）×10=366.4N
⑤栏杆防护网采用大孔网，大孔网φ5×50×100mm
G5=2×6.93×10=138.6N
则q2=∑Gi/2.0
=（300+90+78.2+366.4+18.6）/2.0=486.6N/m
（3）承重索夹
采用φ22.5压板式绳卡，1.0kg/个，φ18六角螺母0.07kg/个，每个螺母配一个φ18粗制垫圈0.020kg/个。
重索在每根猫道横梁上安装绳卡，间距2.0m.
q3=[4×1.0+8×（0.07+0.020）]×10/2=23.6m
（4）索股滚筒及支架，间距8.0m,12kg/只，
q4=12×10/8=15N/m
（5）14#铁丝（绑扎防滑木条用）及其他不可预见物如照明电缆线等按2.0kg/m计
q5=20N/m
另由于扶手绳两端分别锚固在塔顶型钢立柱上或锚跨前型钢横梁上，安装后进行预紧，其自重及所附绳卡重可由其自身承受，不传递至承重索，在检算承重索时，考虑了栏杆立柱及防护钢丝网重，不计防护绳重。
Q恒=∑qi=78.8+48.6+23.6+15+20=624.0N/m
3.1.1.2恒载集中荷载
（1）横通道重：
横向通道重3.4t；对单幅猫道按集中荷载作用
G恒1=34/2×104=17KN
（2）抗风绳预张力：
中跨设一组抗风绳对称布置，风绳下端按图纸示意，锚固于地锚上，上端联结于横向天桥底部。
横桥向风荷载计算：
经咨询设计及单位，本桥桥面处设计风速为V1=14.7m/s.地表粗糙度类别B。
①猫道基准高度计算
桥面标高=15.896m，主塔高=35.521m。
则猫道计算分力的基准高度：
H=
=25.708m
②猫道设计基准风速计算
采用公式：
（公路桥梁抗风设计规范）
、
、
高度下的风速（m/s）；
a：
地表粗糙系数，这里区.22.
=14.7（
）0.22=16.34m/s
③猫道横桥向设计风力计算
用公式：
（公路悬索桥设计规范报批稿）
P：
空气密度1.225Kg/m3
Uη:
设计基准风速；
Cη：
构件空气绕流阻力系数取0.7；
Aη：
构件迎风侧投影面积，猫道高度1，按0.18m计算。
G阵风影响系数。
取1.29
pη=
×1.225×16.342×1.29×0.7×0.18×2=53.16N/m
猫道横桥向静力：
P=53.16×97.42=5.18KN
则作用集中荷载：
G恒2=5.18×9.58/5.5=.02KN
3.1.2活载
活载包括主缆索股、牵引绳及施工人员重，最终简化为均布荷载计算。
（1）主缆索股
每股为91φ4.8mm钢丝，据设计图可知主缆重量478.27kg/m。
q1=478.28/37×10=129.26N/m
（2）循环牵引绳采用φ24钢丝绳（6×37，纤维芯）
q2=19.82N/m
（3）施工人员：
考虑最不利一次最多上20人，人均重65kg，排列间距大于5.0m,
q3=20×65×10/（5×20）=130N/m
活载均布力：
q活=∑qi=129.26+19.82+130=279.08N/m
3.1.3附加荷载
（1）风载
由以上计算可知：
则猫道横向静力风载：
q风=53.16N/m
（2）温度：
按温差±15℃
3.2中跨猫道承重索张力计算
猫道中跨跨度L=97.42m，工作垂度f=14.13m
（1）恒载引起的水平张力
由上述计算知：
均布恒载：
q恒=624.0N/m=0.624KN/m
集中恒载：
G1=17KN,G2=9.02KN
H恒=
（建筑施工计算手册）
q恒：
均布荷载；
L：
猫道承重索跨度；取97.42m
F：
猫道承重索的跨中挠度；取14.13m
Gi:
集中荷载。
H恒=
=
=97.24KN
（2）活载引起的水平张力
q活=279.08N/m=0.2791KN/m
H活=
=
=23.43KN
（3）温度变化引起的水平张力
假设降温15℃，致使承重索收缩引起垂度变化，通过垂度与水平张力的关系求张力。
温差设定：
A1=-15℃，
钢丝绳线膨胀系数：
a=1.2×10-s
承重索无应力索力：
①索长计算：
公式：
S=L[1+
]
L:
猫道承重索跨度；取97.42m
F:
猫道承重索的跨中挠度；取14.13m
S=L[1+
]=97.42×[1+
]=102.884m。
②索弹性伸长量：
=0.1956m
③无应力索长：
Sη=S-AS=102.884-0.1956=102.688m
④温度变化索长伸缩量
索长收缩：
a×
⑤跨中垂度变化：
（矢跨比Fz/lz=14.13/97.42=0.1450）
=
=0.0239m
变化后的垂度f1=14.13-0.0239=14.106m
⑥温度引起的水平张力
H温=H（f1）-H（f）
=
=97.41-97.24=0.17KN
（4）风力引起的水平张力
风力横向作用于猫道，其对承重索张力的影响假设为风力与恒荷载的合力作用。
=
=0.626KN/m
H恒+风=
=97.41KN
3.3中跨承重索强度计算
3.3.1水平张力组合
组合Ⅰ：
HⅠ=H恒+H承=97.24+23.43=120.67KN
组合Ⅱ：
HⅡ=H恒+H承=97.24+23.43+0.17=120.84KN
组合Ⅲ：
HⅢ=H恒+H承+H温=97.41+23.43+0.17=121.01KN
则承重索最大水平张力Hmax=HⅢ=121.01KN
承重索最大（支点处）：
Tmax=
（由设计图可知a=34.8014）
Tmax=
=
3.3.2承重索验算
承重索选用4根φ22.5钢丝绳，Fg=0.5d2=0.5×22.5=253.13KN
承重索的容许拉力：
Fg:
钢丝绳的破断拉力总和，Fg=253.13KN。
A:
钢丝绳的不均匀系数，a=0.85
K：
钢丝绳使用安全系数，K=3.5
满足要求！
注意：
承重索在厂家预拉后，实测每根绳破断拉力要满足规定要求。
4、中跨猫道承重索塔顶锚固构造检算
承重索塔顶锚固系统采用□4900×300×20mm通长预埋钢板，端部以δ20钢板双面加强，销孔φ102mm。
A3钢材容许应力：
轴向应力[σ]=140MPa，剪应力[T]=85MPa
节点销子的弯应力[σxx]=240MPa,销孔承压应力[σka]=210MPa
4.1荷载计算
猫道单根承重索最大张力Tmax=147.37/4=36.84KN.
4.2机构验算
4.2.1抗拉计算
（1）K1钢板受拉计算：
预埋钢板最薄弱面为单层δ20钢板，假设不计其周边砼的粘结力，钢板轴向受拉：
=5.04MPa[σ]=140MPa
满足要求！
（2）钢板端部销孔处
（3）钢板根部弯应力：
根部因Tmax的竖向分力产生的弯矩：
Mc=Tmaxsin34.08014×0.250=36.84×103×sin34.8014×0.25×103=4.61×106（N.m）
根部加强部位钢板惯性矩：
Ix=∑
加强部位上部拉应力
4.2.2抗剪计算
钢板端部销孔处
最薄弱面为销孔位：
=1.79Mpa<[85]可！
4.2.3抗撕裂性能
按规范要求，垂直Tmax方向销孔直径处净载面积应比计算所需面积大40%。
[A]=
A=（300+2×260-3×102）×20/cos34.8014=12519mm2
K=
4.2.4销孔φ102mm，销子直径φ100mm
4.2.5销子抗剪：
与上锚系统的连接部位按单剪计算：
.可
4.2.6调节丝杆检算
调节丝杆主要由σ20钢制双面耳板、φ32Ⅳ级钢筋连接丝杆组成，详见设计图。
（1）耳板检算
抗拉：
！
抗剪：
！
孔壁承压：
（2）φ32丝杆
φ32冷拉Ⅳ级钢[σ1]=750Mpa
轴向拉应力：
=20.1Mpa<[750].可
5.边跨猫道承重索检算
5.1荷载计算（按单幅猫道分析）
荷载包括恒载、活载及风力、温度等附加荷载。
5.1.1恒载
恒载包括承重索、面层、栏杆、索股滚轮支架、横通道抗风缆及其张力，其中横通道、抗风绳以集中荷载计，其余以均布荷载计。
5.1.1.1恒载均布荷载
（1）承重索自重：
q1=4×1.97×10=78.8N/m
（2）猫道面层及栏杆
①猫道横梁采用[100×48×5.3@2.0m,L=3.0M/根，每米重10kg]
则猫道横梁重：
G1=3.0×10×10=300N
②防滑木条50×50mm，@50cm，L=0.08m/根，2m范围内有6根。
防滑木条重：
G2=6×0.05×0.05×0.80×750×10=90.0N
③栏杆立柱∠63×63×4，L=1.0m/根，2根/2m.
G3=2×1.0×3.91×10=78.2N
④猫道面层钢丝网
大孔网φ5×50×100mm，小孔网φ1.6×16×16mm
G4=（27.73+8.9）×10=366.4N
⑤栏杆防护网采用大孔网，大孔网φ5×50×100mm
G5=2×6.93×10=138.6N
则q2=∑Gi/2.0=（300+90+78.2+366.4+18.6）/2.0=486.6N/m
（3）承重索夹
采用φ22.5压板式绳卡，1.0kg/个，φ18六角螺母0.07kg/个，每个螺母配一个φ18粗制垫圈0.020kg/个。
重索在每根猫道横梁上安装绳卡，间距2.0m。
q3=[4×1.0+8×（0.07+0.020）]×10/2=23.6N/m
（4）索股滚筒及支架，间距8.0m,12kg/只，
q4=12×10/8=15N/m
（5）14#铁丝（绑扎防滑木条用）及其他不可预见物如照明电缆线等按2.0kg/m计。
q5=20N/m
另由于扶手绳两端分别锚固在塔顶型钢立柱上或锚跨前型钢横梁上，安装后进行预紧，其自重及所附绳卡重可由其自身承受，不传递至承重索，在检算承重索时，考虑了栏杆立柱及防护钢丝网重，不计防护绳重。
恒载荷布荷载：
q恒=∑qi=78.84+486.6+23.6+15.20=624.08N/m
5.1.1.2恒载集中荷载
无
5.1.2活载
活载包括主缆索股、牵引绳及施工人员重，最终简化为均布荷载计算。
（1）主缆索股
每股为91φ4.8mm钢丝，据设计图可知主要缆重量478.27kg/m.
q1=478.28/37×10=129.26N/m
（2）循环牵引绳采用φ24钢丝绳（6×37，纤维芯）
q2=19.82N/m
（3）施工人员：
考虑最不利一次最多上10人，人均重65kg，排列间距大于5.0m，
q3=10×6510/（5×10）=130N/m
活载均布力：
q活=∑qi=129.26+19.82+130=279.08N/m
5.1.3附加荷载
（1）风载
由中跨猫道计算可知：
则猫道横向静力风载：
q风=53.16N/m
（2）温度：
按温差±15℃
5.2边跨猫道承重索张力计算
边跨跨度L=35.21m，工作垂度f=2.01m
（1）恒载引起的水平张力
由上述计算如：
均布恒载：
q恒=624.0nN/m=0.624KN/m
H恒=
q恒：
均布荷载；
L：
猫道承重索跨度；取35.21m
f：
猫道承重索的跨中挠度；取2.01m
β：
水平倾角
β=arctg（C/L）,C:
两支点高差。
C=16.74m.
=arctg（16.74/35.21）=25.42796
H恒=
=
=53.26KN
（2）活载引起的水平张力
q活=279.08N/m=0.2791KN/m
H活=
=
=23.83KN
（3）温度变化引起的水平张力
假设温降15℃，致使承重索收缩引起垂度变化，通过垂度与水平张力的关系求张力。
温差设定：
Λt=15℃，
钢丝绳线膨胀系数：
a=1.2×10-s
承重索无应力索力：
①索长计算
公式：
L:
猫道承重索跨度；取97.42m
F:
猫道承重索的跨中挠度；取15.58m
=35.21×[
]=39.495.
②索弹性伸长量：
=
③无应力索长
Sη=S-As=39.495-0.202=39.293m
④温度变化索长伸缩量
索长收缩：
As=a×At×Sη=1.2×10-s×15×39.293=0.0071m
⑤跨中垂度变化：
（矢跨比fz/Lz=2.01/35.21=0.05708）
=
变化后的垂度f1=2.01-0.0233=1.9867m
⑥温度引起的水平张力
H温=H（f1）-H（f）=
（4）风力引起的水平张力
风力横向作用于猫道，其对承重索张力的影响假设为风力与恒荷载的合力作用。
5.3承重索强度计算
5.3.1水平张力组合
组合Ⅰ：
HⅠ=H恒+H活=53.26+23.83=77.09KN
组合Ⅱ：
HⅡ=H恒+H活+H温=53.26+23.83+0.635=77.73KN
组合Ⅲ：
HⅢ=H恒+风+H活+H温=53.44+23.83+.635=77.91KN
则承重索最大水平张力Hmax=HⅢ=77.91KN
承重索最大（支点处）：
5.3.2承重索验算
（1）边跨塔顶承重索计算
由以上计算可知：
（中跨），所以承重索选用4根φ22.5钢丝绳，满足要求。
（2）边跨塔顶预埋件计算
预埋件形式和跨中预埋件结构形式一样，满足要求。
（3）边跨塔顶承重索计算
承重索选用φ22.5钢丝绳，满足要求。
6、边跨猫道承重索锚固构造检算
锚固预埋件预埋位置位于距离理论散索点4.5m处，预埋在锚跨中横梁混凝土里，埋深80cm。
6.1预埋件受力分析
6.1.1预埋件槽钢抗拔性能分析
预埋件[25a槽钢2组0焊成整体，钢与砼的握裹力一般为2～3.5Mpa，此处偏安全不计∠100的作用，取τ0=2.0Mpa。
设Tmpx的竖向分力全部由槽钢承受。
[25a×78×7外表面积Ab=0.778m2/m,埋深Lb=0.8m
抗拔力：
Fb=2×0.778×0.8×2×103=2489.6KN
预埋件竖向分力：
6.1.2预埋件槽钢抗弯性能分析
6.1.2.1荷载分析
水平力：
6.1.2.2截面特性
预埋件采用[25a×78×7和2块200*200*20钢板组焊而成。
W=2*270*103+2*10*2002/6=673.33*103mm3
6.1.2.3受力分析
M=Tax*H=72.475*0.1=7.25KNm
6.1.3预埋件销孔处抗拉性能分析
7.1地锚抗拔性能验算
地锚重G=2×1×1×24=48KN
承重索张力的竖向分力：
由以上计算可知：
Fy=9.02KN
Kv=48/9.02=5.3＞[K=2]满足要求！
7.2地锚抗倾覆稳定性验算
M稳=D×a=48×1=48KN·m
M倾=Fx×b=5.18×0.5=2.59KN·m
KM=M稳/M倾=48/2.59=18.53＞[K=1.4]满足要求！
7.3地锚抗滑稳定性验算
Hf=（G-Fy）×ff:
摩擦系数，这里取0.40
Hf=（G-Fy）×f=（48-9.02）×0.40=15.59KN
Ht=Fx=5.18KN
Kn=Hf/Ht=15.59/5.18=3.0＞[K=1.4]满足要求！
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