悬索桥猫道设计计算书.docx
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悬索桥猫道设计计算书
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+42。
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u22.5钢丝绳(6W(19)-公称抗拉强度2000MP),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)/50x50mm防滑方木
条(间距0.5m)和u1.6mm/小孔(16x16mr)钢丝网、u5mn大孔(50
x100mm钢丝网组成;两侧设1根u16扶手钢丝绳,并每隔2.0m
设一道/63x4mmt钢栏杆立柱,侧面防护网采用u5m(80x100mm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)
绳径mm
u22.5
u16
承重索要求在工厂内预拉,以确定其实际实验参数
丝径mm
1.7
1.2
单位质量kg/m
1.97
1.00
抗拉强度MP
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:
qi=4X1.97x10=78.8N/m
(2)猫道面层及栏杆
1猫道横梁采用[100x48x5.3@2.0mL=3.0m/根,每米重10kg,则猫道横梁重:
G1=3.0x10x10=300N
2防滑木条50x50mm@50cmL=0.80m/根,2m范围内有6根。
防滑木条重:
G2=6x0.05x0.05x0.80x750x10=90.0N
3栏杆立柱/63x63x4,L=1.0m/根,2根/2m.
G3=2x1.0x3.91x10=78.2N
4猫道面层钢丝网
大孔网u5x50x100mm小孔网u1.6x16x16mm
G4=(27.73+8.91)x10=366.4N
5栏杆防护网采用大孔网,大孔网u5x50x100mm
G5=2x6.93x10=138.6N
贝Uq2=EGi/2.0
=(300+90+78.2+366.4+18.6)/2.0=486.6N/m
(3)承重索夹
采用u22.5压板式绳卡,1.0kg/个,u18六角螺母0.07kg/个,每个螺母配一个u18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=[4x1.0+8x(0.07+0.020)]x10/2=23.6m
(4)索股滚筒及支架,间距8.0m,12kg/只,
q4=12X10/8=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恒二刀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恒仁34/2X104=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Vi=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=35.521^则猫道计算分力的基准
、kI、<
咼度:
H=15.89635.521=25.708m
2猫道设计基准风速计算
采用公式:
…VG)2(公路桥梁抗风设计规范)
vi、V,2V.1、v/咼度下的风速(m/s);a:
地表粗糙系数,这里区.22.
3猫道横桥向设计风力计算
用公式:
m二^mupgca(公路悬索桥设计规范报批稿)
P:
空气密度1.225Kg/m3
U:
设计基准风速;
Cn:
构件空气绕流阻力系数取0.7;
An:
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
12
Pn=丄X1.225X16.34X1.29>0.7>0.18>2=53.16N/m
2
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91$4.8mm钢丝,据设计图可知主缆重量
478.27kg/m。
qi=478.28/37X10=129.26N/m
(2)循环牵引绳采用$24钢丝绳(6X37,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>65X10/(5>20)=130N/m
活载均布力:
q活=刀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:
按温差士15C
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:
G=17KN,G=9.02KN
恒2・
H恒=口Gl-L(建筑施工计算手册)
814f
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
G:
集中荷载。
恒I2
GiL
H=ql
H恒=—
8〕
0.62497.42217.09.0297.42
814.13414.13
=97.24KN
(2)活载引起的水平张力
q活=279.08N/m=0.2791KN/m
恒22
H活=LL=.27997.42=23.43KN
8(8X4.13
(3)温度变化引起的水平张力
假设降温15C,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:
A=-15C,
钢丝绳线膨胀系数:
a=1.2x10-s
承重索无应力索力:
①索长计算:
2
公式:
S=L[1+8(匚)]
3L
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+(・)2]=97.42x[1+8(1413)2]=102.884m。
3L397.42
②索弹性伸长量:
注二HL1—2W2423.45/4103竺)2
EA]3L」78900X106X211.79X10!
397.42
=0.1956m
3无应力索长:
Sn=S-AS=102.884-0.1956=102.688m
4温度变化索长伸缩量
索长收缩:
.-.S=a^2tS—1.210^15102.688=0.0185m
5跨中垂度变化:
丄f=匹s(矢跨比Fz/Iz=14.13/97.42=0.1450)
16fs
二3O.°185=0.0239m
160.1450
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)
2
_0.62497.42(17.07.02)97.42
=97.24
814.106414.106
=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。
q恒风恒2q风2=0.62420.053162=0.626KN/m
H恒+风=q恒风L2(179.°2)97.42=97.41KN
8f4汉14.13
3.3中跨承重索强度计算
331水平张力组合
组合I:
Hi=H恒+H承=97.24+23.43=120.67KN
组合
HH=日恒+H承=97.24+23.43+0.17=120.84KN
组合皿:
Hm=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=ffitt=121.01KN
承重索最大(支点处):
Tmax=H^ax(由设计图可知a=34.8014)cosa
Hmax121.01
Tmax==147.37KN
cos34.8014cos34.8014
3.3.2承重索验算
2
承重索选用4根u22.5钢丝绳,Fg=0.5d=0.5X22.5=253.13KN
承重索的容许拉力:
aFs
[叩弋
Fg:
钢丝绳的破断拉力总和,Fg=253.13KM
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口4900X300X20mm!
长预埋钢板,端
部以520钢板双面加强,销孔u102mm
A3钢材容许应力:
轴向应力[(T]=140MPa剪应力[T]=85MPa
节点销子的弯应力[(Txx]=240MPa,销孔承压应力[(Tk』=210MPa4.1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s20钢板,假设不计其周边砼的粘结力,钢板轴向受拉:
3
HmaxTmaxcos34.801436.8400cos34.8014
6103
~ac=
A300x20
=5.04MPa[(T]=140MPa
满足要求!
(2)钢板端部销孔处
=2.58MPa([140]可!
36.84勺03xcos34.8014
--m_
300疋20+2疋260疋20—3^102疋20
(3)钢板根部弯应力:
根部因Tmax的竖向分力产生的弯矩:
Mc=Tmaxsin34.08014x0.250=36.84x103xsin34.8014x0.25x103=4.61x106(N.m)
根部加强部位钢板惯性矩:
1
Ix=Ebh3=1/12x20x(30032x2603)=1.37x107m4
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:
3
Tmaxsin34.801436.84S0=30020226020-310220(622.62-31.022)103
=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%
2
A=(300+2X260-3x102)x20/cos34.8014=12519mm
K=_A1251964.3[1.4]
[A]263.14
4.2.4销孔u102mm销子直径u100mm
4.2.5销子抗剪:
与上锚系统的连接部位按单剪计算:
=4.1Mpa[85].可
Tmax36.84103
"一A销—d2兀/4
4.2.6调节丝杆检算
调节丝杆主要由(T20钢制双面耳板、u32W级钢筋连接丝杆组
成,详见设计图。
(1)耳板检算
抗拉:
13
Tmaxcos34.801410
2
抗剪:
13
Tmaxcos34.8014103
2=1.94Mpa<[85].可!
20(300260-2102)
孔壁承压:
(2)u32丝杆
u32冷拉W级钢[(T1]=750Mpa
11313Tmax36.8410336.84103
轴向拉应力:
二二2=22=22
1x322HX32/4HX32/4
4
=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=4X1.97x10=78.8N/m
(2)猫道面层及栏杆
1猫道横梁采用[100x48X5.3@2.0m,L=3.0M/根,每米重10kg]则猫道横梁重:
G1=3.0x10x10=300N
2防滑木条50X50mm@50cmL=0.08m/根,2m范围内有6根。
防滑木条重:
G2=6x0.05x0.05x0.80x750x10=90.0N
3栏杆立柱/63x63X4,L=1.0m/根,2根/2m.
G3=2x1.0x3.91x10=78.2N
4猫道面层钢丝网
大孔网u5X50X100mm小孔网u1.6x16X16mm
G4=(27.73+8.9)x10=366.4N
5栏杆防护网采用大孔网,大孔网u5X50x100mm
G5=2x6.93x10=138.6N
贝Sq2二刀Gi/2.0=(300+90+78.2+366.4+18.6)/2.0=486.6N/m
(3)承重索夹
采用u22.5压板式绳卡,1.0kg/个,u18六角螺母0.07kg/个,每个螺母配一个u18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=[4x1.0+8x(0.07+0.020)]x10/2=23.6N/m
(4)索股滚筒及支架,间距8.0m,12kg/只,
q4=12x10/8=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恒二刀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91u4.8mm钢丝,据设计图可知主要缆重量478.27kg/m.qi=478.28/37X10=129.26N/m
(2)循环牵引绳采用u24钢丝绳(6X37,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=10X6510/(5X10)=130N/m
活载均布力:
q活二刀qi=129.26+19.82+130=279.08N/m5.1.3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:
按温差士15C
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
恒]2
h恒二qL.
8fcosP
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
(3:
水平倾角
B二arctg(C/L),C:
两支点高差。
C=16.74m.
二arctg(16.74/35.21)=25.42796
恒.22
H恒=q恒L_==53.26KN
8fcosP8汉2.0仆COS25.42796
(2)活载引起的水平张力
q活=279.08N/m=0.2791KN/m
H活二q=二0.279135.21=23.83KN
8fcosB8x2.01xcos25.42796
(3)温度变化引起的水平张力
假设温降15C,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:
At=15C,
钢丝绳线膨胀系数:
a=1.2x10-s
承重索无应力索力:
1索长计算
公式:
s=L[18(f)2」(C)2]
3L2L
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
s=L[1+計)2+城)2]=35.21x[自需)2勺需)2]=39.495.
2
索弹性伸长量:
=(53.26+23.83)沢103沢35.21[1+16(2.01)2+(16.74)2]=o.2O2m
78900106211.7910°335.2135.21
3无应力索长
Sn=S-As=39.495-0.202=39.293m
4温度变化索长伸缩量
索长收缩:
As=axAxSn=1.2x10-sx15x39.293=0.0071m
5跨中垂度变化:
廿二3^(矢跨比fz/Lz=2.01/35.2仁0.05708)
变化后的垂度fi=2.01-0.0233=1.9867m
6温度引起的水平张力
H温二H(f1)-H(f)
81.9867COS35.42796
(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。
q恒风二..q恒2q风2=0.62420.053162>0.626KN/m
2
0.62635.21
82.01COS25.42796
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
HH=日恒+H活+H温=53.26+23.83+0.635=77.73KN
组合皿:
Hm=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=lffi=77.91KN
承重索最大(支点处):
Tmax二Hmax(由设计图可知a=34.8014)cosa
5.3.2承重索验算
(1)边跨塔顶承重索计算
/4x20116742
Tq=77.911()2=95.27KN
q35.2135.21
由以上计算可知:
Tq-95.27KNTmaxT65.03KN(中跨),所以承重索选用4根u22.5
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
)2=80.25KN
35.2135.21
T丄TqTmax承重索选用u22.5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
25.428
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t0=2.0Mpa。
设Tmpx的竖向分力全部由槽钢承受。
2
[25aX78X7外表面积A=0.778m/m,埋深Lb=0.8m
抗拔力:
Fb=2X0.778X0.8X2X103=2489.6KN
预埋件竖向分力:
Tay二Tbsin25.428°=80.25*sin25.4280=34.46KN
旦=24896=72>4满足要求。
Tay34.46
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:
Tax=Tbcos25.428°=80.25*COS35.4280=72.475KN
6.1.2.2截面特性
预埋件采用[25aX78X7和2块200*200*20钢板组焊而成。
W=2*270*10+2*10*2002/6=673.33*10行帛
6.1.2.3受力分析
M=Tax*H=72.475*0.1=7.25KNm
3
-—=7.25101000=10.76Mpa[;「]=l40Mpa合格!
W673.3310
6.1.3预埋件销孔处抗拉性能分析
=9.23Mpa[140]可!
80.25灯03
(234.9102220010)/cos25.428-2102(710)
7.1地锚抗拔性能验算
地锚重G=2X1X1x24=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稳二DXa=48X1=48KN•m
M倾二FxXb=5.18x0.5=2.59KN•m
KfM稳/M倾=48/2.59=18.53>