建筑土木]千岛湖大桥缆索吊装设计计算

建筑土木]千岛湖大桥缆索吊装设计计算内容摘要：

Iy  ； 杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖 1 号桥缆索吊装系统计算复核咨询报告 第 16 页 共 33 页 浙江大学 土木工程测试中心 塔架的横杆、正立面 斜杆 平面斜杆 ： 由 2 根∠ 75 8mm 的角钢组成， 面积 cmF 斜 ； x 方向的抗弯惯性矩 4120cmIx  ； y 方向的抗弯惯性矩4227cmIy  ； 塔架的侧立面斜杆：由 2根∠ 100 10mm 的角钢组成， 面积 238cmF 斜 ； x方向的抗弯惯性矩 4360cmIx  ； y 方向的抗弯惯性矩 4cm673yI ； 由于没有提供主塔 塔底铰支座的详细构造，因此本 次 验算 中所采用 铰 支座只是一个初步假设： 假定 铰支座 与基础的接触面积 mA ， 纵向抗弯 刚度为442 meIy  ，横向抗弯刚度为 441 meIz 。 在具体施工时 如有出入 需 根据实际情况对验算结果进行相应调整。 主塔的内力分析 由于场地条件的限制，建德岸和淳安岸两侧的塔架高度并不相同，而且同一侧的塔上、下游塔基高程也不一样，建德岸侧 塔的 最大高度为 60 米 ，而淳安岸侧塔的最大高度为 48 米，因此从两岸 主塔的受力情况可以看出，建德岸的 上游侧 的 主塔 最高， 受力 应 最不利 ， 因此 验算以此塔 来 控制 主塔设计。 由于万能杆件拼成的门式塔架之间除了顶端的强大的 门式横撑外，在塔中还设置了一个加强型的横向联系，因此 对主塔进行内力分析时 将整个塔看成一个整体。 由于主塔的塔底端为铰结，主塔是不能承受弯矩的，而且在钢管拱肋的吊装过程中，当塔顶端发生较大位移时，一定会通过塔顶端缆风索将主塔调正， 因此主塔所承受的水平力最终会通过风缆来平衡，主塔 所受到的力主要是竖向力。 另外 由于分析时采用空间有限元法，因此上、下游侧的缆索系统传递到塔顶的力分开作用： 建德岸单侧主塔所承受的主索传递 的最大竖向力为： kNHVV JJ 4 2 3 845t a n2 3 44 0 0 4t a nm a x   缆 不吊装拱肋的一侧主塔塔顶主要承受缆索吊装系统的自重，其最大的竖向力为： 杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖 1 号桥缆索吊装系统计算复核咨询报告 第 17 页 共 33 页 浙江大学 土木工程测试中心   kNHVV JJ187145t a os13842 i i n13842t a n000m a x 缆 图 5 为采用 ANSYS 软件所建立的 建德岸上游侧主塔的空间有限元模型 ，有限元 模型 中 采用梁单元 （ beam4） 模拟塔架中的弦杆、横 杆和斜杆，采用 索 单元（ link10）来 模拟塔顶的风缆 ，梁单元和杆单元的截面属性与实际一致。 至于塔身段的风缆则 偏安全不 考虑其对结构的影响。 整个模型包括 548 个节点， 2049个梁单元， 4 个索单元。 采用梁单元 模拟主塔的理由如下：对于采用螺栓相连的万能杆件来说，如果螺栓都能拧紧，万能杆件之间的联结刚度应该是是刚接的，各杆件中存在弯矩，因此需采用梁单元来模拟。 1 23 4XYZXYZXYZXYZ 图 5 主塔的有限元模型 主塔的边界条件的模拟：主塔的底端各节点只需约束 xu 、 yu 、 zu ，塔顶的风缆锚点约束也为 xu 、 yu 、 zu。 主塔的荷载施加：主塔的自重在有限元分析时通过体积密度惯性加速度自动计入，但考虑到主塔的联结销、加强杆件等构件的自重在建模时体积难以计算，因此分析时将自重的惯性加速度提高了 20％，即 2/12 smg ；至于塔顶 吊立体 图 正视 图 顶面 图 侧视 图 杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖 1 号桥缆索吊装系统计算复核咨询报告 第 18 页 共 33 页 浙江大学 土木工程测试中心 有拱肋 大缆的作用力则根据塔顶索鞍的布置情况，将集中 力 平均分配到 索鞍附近的 8 个节点上，即 塔顶 每个节点 所作用的集中力为 kNNi 53084238 ；空缆在塔顶作用的集中力也平均索鞍下的 8 个节点上，这些节点的集中力为kNN i 23481871 。 主塔的 强度验算 通过上述的有限元模型可以求得各个杆件的 内力，表 2列出了千岛湖 1号桥缆索吊装系统的主塔各杆件 在最大吊装重量下各 类 杆件所受到的最 不利的 内力及相应的最不利应力 状态。 为了使各类杆件的应力分布状况一目了然，图 6～图10 分别将主塔的竖弦杆、横杆、正立面斜杆、平面内斜杆及侧立面斜杆的最不利应力分布状况（第一主应力和第二主应力）采用应力云图的方式显示出来。 表中和 图中都以拉应力为“＋”，压应力为“－”，图中应力的单位为 kPa。 千岛湖 1号桥缆索吊装系统 的 主 塔各杆件的最不力受力状态 表 2 杆件部位 最大轴力 最大弯矩 最大 压应力（ Mpa） 最大 拉应力（ Mpa） 最大轴力 (kN) 相应横向弯矩() 相应纵向弯矩() 最大弯矩() 相应纵(横 )向弯矩() 相应轴力 (kN) 竖弦杆 868 738 134 25 横杆 172 29 70 159 正 立面斜杆 168 126 97 64 平 面 内斜杆 118 67 18 81 侧 立 面斜杆 84 36 34 从 表 2 和 图 6～图 10均 主塔内力和应力分布状况可以得到以下结论： （ 1） 在最不利吊装工况下，主塔 的所有斜杆（包括正立面、平面内及侧立面）的 最大压应力和最大拉应力均小 于 A3 钢的 规范容许应力值   Mpa145 ，杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖 1 号桥缆索吊装系统计算复核咨询报告 第 19 页 共 33 页 浙江大学 土木工程测试中心 斜杆的强度能满足施工 安全 要求 ； （ 2） 在最不利吊装工况下， 缆索塔架的 竖弦杆 所受到的最大压应 力为134Mpa， 最大拉应力为 25Mpa， 两者均没有超过 A3 钢的规范容许应力值  Mpa145 ，但需注意的是 主 塔竖向杆的最大压应力值 已 达到了 134Mpa 快接近 设计 容许值，因此从施工安全角度 考虑 ， 需对这些应力较大的竖弦杆进行局部加强， 建议 在 门式塔架塔底、塔顶 索鞍附近 及塔中间横撑上侧三个位置处各加强 两 层 桁架单元 所有弦杆。 （ 3） 最不利吊装工况下， 缆索塔架的横杆 所受到的最大压应力为 70Mpa，最大拉应力为 159Mpa，其中 最大拉应力值 已经超过 A3 钢的规范容许应力值  Mpa145 ， 其强度不能满足施工安全要求， 需进行加强。 由于 受力最不利的横 杆位于门式塔架 塔底 和塔顶 ， 建议 对 塔底 和塔顶 索鞍位置处 两 层 万能杆件桁架单元的 所有 横杆进行 加强。 另外由于缺乏主塔底部三角铰构造及容许承载力的资料，无法对塔底三角铰的强度进行验算 ，建议施工单位根据本文的所求的最不利力对三角铰进行自行验算。 1MNMX2MNMX3MNMXXYZXYZ XYZ 932338001866803535884037327157139421248825703932338001866803535884037327157139421248825703932338001866803535884037327157139421248825703MAR 13 202016:52:27MAR 13 202016:52:27MAR 13 202016:52:27ELEMENT SOLUTIONELEMENT SOLUTION ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1NMIS1 (NOAVG)DMX =.147963SMN =93233SMX =25703STEP=1SUB =1TIME=1NMIS1 (NOAVG)DMX =.147963SMN =93233SMX =25703STEP=1SUB =1TIME=1NMIS1 (NOAVG)DMX =.147963SMN =93233SMX =25703 图 61 主塔 各竖弦杆 的最大应力云图（单位： kPa） 杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖 1 号桥缆索吊装系统计算复核咨询报告 第 20 页 共 33 页 浙江大学 土木工程测试中心 1MNMX2MNMX3MNMXXYZXYZ XYZ 133633118699103765888317389758963440292909514161133633118699103765888317389758963440292909514161133633118699103765888317389758963440292909514161MAR 13 202016:52:57MAR 13 202016:52:57MAR 13 202016:52:57ELEMENT SOLUTIONELEMENT SOLUTION ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1NMIS2 (NOAVG)DMX =.147963SMN =133633SMX =STEP=1SUB =1TIME=1NMIS2 (NOAVG)DMX =.147963SMN =133633SMX =STEP=1SUB =1TIME=1NMIS2 (NOAVG)DMX =.147963SMN =133633SMX = 图 62 主塔各竖弦杆的最小应力云图（单位： kPa） 1MNMX2MNMX3MNMXXYZXYZ XYZ 270636390142833495755630763039697611765013832315899627063639014283349575563076303969761176501383231589962706363901428334957556307630396976117650138323158996MAR 13 202016:58:25MAR 13 202016:58:25MAR 13 202016:58:25ELEMENT SOLUTIONELEMENT SOLUTION ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1NMIS1 (NOAVG)DMX =.147969SMN =27063SMX =158996STEP=1SUB =1TIME=1NMIS1 (NOAVG)DMX =.147969SMN =27063SMX =158996STEP=1SUB =1TIME=1NMIS1 (NOAVG)DMX =.147969SMN =27063SMX =158996 图 71 主塔各横杆的最大应力云图（单位： kPa） 杭新景高速公路千岛湖支线千岛湖 1 号桥缆索吊装系统计算复核咨询报告 第 21 页 共 33 页 浙江大学 土木工程测试中心 1MNMX2MNMX。