猫道设计计算书.docx

XXXX工程大桥工程猫道设计计算书1 .计算基本资料1.1 结构概况悬索桥施工猫道是架设在主缆之卜.、平行于主缆线形布置、让施工人员进行施工作业的高空脚手架，是主缆系统乃至悬索桥整个上部结构的施工平台，担负者索股牵引、调索、整形入鞍、紧缆、索夹及吊索安装、箱梁卅装及工地连接、主缆缠丝、防护涂装等重要任务。其结构构成主要由猫道承重索、猫道面层、栏杆及扶手索、抗风系统、门架系统、横向天桥及各锚固连接等系统构成.XX工程大桥主桥桥里采用双塔单跨钢箱梁悬索桥方案(176mt600m+M0m),南北侧主塔高分别为112.667m、106.087m。矢跨比为11/100.主缆横向布置2根，主缆横桥向中心间距为26.7m,主缆茂工装道采用分段式猫道，边跨猫道面距主缆轴线约1.7m,中跨猫道面拒主缆轴线约1.6m,猫道宽度为4.0m,每条猫道承重结构由6根小18承重索、两根428门架支探索及两根e20扶手索组成，承重索与门架支掠索通过猫道门架连接形成空间结构，为减少猫道结构重量及方便施工，所设计的猫道无抗风索系统。猫道结构布置图见下图：1. 2猫道计算荷载猫道荷载包括恒我、活我及风力、温度等附加荷载。猫道计算恒我包括承重索、面层荷载、索股滚轮支架、门架及横向通道等。其中横向通道与门架以集中荷载计,其余为均布荷载。猫道活效包括主缆索股、牵引绳及施工人员重，最终简化为均布荷载计算。1.2.1恒载I：猫道承重索、门架索及扶手索自重查得:单根648钢丝绳自重为0091KNm截面积10.5210一'，1）,单根28钢丝绳自成为0032KNm（破面积3581（尸/）.单根20钢丝绳自觉为0.016KNm（截面枳1.831.（）7z弹性模fit均取为1.3x10'W/"/II：猫道面层荷战面层含猫道面钢丝网、横木、栏杆、导向轮支架、施工人员及电缆灯具等，其荷载分别计算如F（面层荷载按每米计，作用于承重索上）：承重网（4m宽）：208.94/Vw：走行网（2.2«1宽）：6I.25N/,”栏杆网（2.3m宽C87.71m:横木（55OJ疝）：48.2Nm栏杆及导向轮支架（间隔4m）：51093Vw上述荷栽共计:91.7NmI：猫道承重索、门架索及扶手索自重IV：猫道门架（含门架滑车）及横向道桥结构荷载堆个门架自重19.07KN,单个横向天桥结构自重为38.79KN。整向荷载均作用于承重索上面，模型中索单元长度均为1米左右，则索单元节点荷载（除索单元自建外）产=（=15283N,门架处节点荷载F=152.83+'9070=3331.17,横向天桥处节点荷我F=3331.17+=6563.67N62×61.2.2活载I：主缆丝股重量牵引系统按小循环进行设计，每条猫道按放置一根丝股来计算荷致，荷载集度按146Nm计。2 .猫道计算由于悬索的柔性大变形特征及对温度的敏感性,因此悬索结构的分析计算需要较高的精度，主耍时算索的无应力长度及空缆时的控制标而、加教后的标高变化进行计算。目前国内外应用普遍的悬索结构分析计算方法主要有#线性有限元和解析法两类。2.1非线性有限元求解猫道I：计算假定为简化建模，不考虑钢丝网的作用，模型中仅建立承重索、扶手索、门架支撑索、门架结构、横向大柝结构及扶手栏杆结构.，根据主缆施工组织设计，猫道结构采用分段式I模型中南侧边跨猫道跨度为176米，北侧边跨猫道跨度为140米，中跨猫道跨度600米,猫道索设计线形以空缆状态下的主缆线形为基准，取南侧边跨猫道跨中下挠5.50Im,中跨下挠60.822m,北恻猫道路下挠3.392m进行计算分析。模型采用ANSYS有限元程序进行建立，采用只受拉1.1.NKIO索雎元模拟承重索、扶手索及门架支撑索，采用BEAM4（三维梁单元）模拟承重索横木、栏杆、门架及横向天桥结构，猫道计算无应力长度时忽略温度及风载的作用。模型建立如下：南边跨猫道模里图：北边跨猫道模型图:中跨猫道模型图:横向天桥结构与猫道索连接处细部图如下:II：猫道结构计算包括以下内容：(D、猫道索的索力计修、承重索的线形、无应力长度(卜.科长度)及用性伸长量计算：(2)计算中跨猫道结构的抗风稳定性。(3)计算中跨猫道结构的动力特性，即结构自振频率及部分阵型图：IH:计算基本思路(D根据大桥主缆的空缆线形，采用ansys软件创建猫道模型，并设置很大的初始应变，根据主缆的空缆线形来谢整猫道的弹性模星，施加猫道的自重荷我得到猫道的初始线形.(2)找形分析后，恢发猫道实际用性模量与很小的初始应变，施加猫道全部的竖向有载,使得在自重作用下该初始线形平行位于主线空缆线形下方的1.5m处。进行猫道承或索线形及弹性伸长量进行计知。(3)进行猫道静力结构强度验算，风荷载组合结构强度验第。2.1.1南边跨(176m)猫道结构计算(1)、承重索线形计郛猫道索线形图如下:其中猫道承重索部分节点的坐标值提取结果如F：NODEXYZTHXVTHYZTHZX438.00115.4150.0000.000.00.丽9«88.00137.3120.00。.00140138.0061.0400.00000.000.000.00根据节点坐标值，承重:索线形示意如下:荷翱航意用参考阳逻长江大桥风洞试验数据.ton风攻用时的三分力伯进行计IrF11=0.43匕2,F1.=O.O6V2,Fh=0.091，；，竖向荷载包括索自至、猫道面层荷栽、门架自至及横向天桥结构自强。模型中横向群阵风风速按5“S逐步递增，直至风速加载为90ms为止，对猫道结构进行几何非线性计算分析及抗风稔定性分析，此处仅列出计算结果:当阵风风速匕=50ms时，猫道结构横桥向位移等值线如下图：猫道横桥向最大位移发生在跨中位置，横向位移为36.28m。从上图可以看出，猫道横截面扭转变形比较小，约为6度左右。当阵风风速V=90s时，猫道结构横桥向位移等值线图如下：从上图可以看出，猫道横截面扭转变形增加，最大约为13度左右。5.1.2荷载位移曲线为进一步反映出猫道结构的变形随风荷我的变化关系，此处选取上述A、B两处截面，并绘制其荷载位移曲线。八处技面（踏中敬面）横桥向位移值随风荷载的变化关系图:rcjcANna>9m图中横坐标“TIME”表示淮阵风风速大小，单位m/s：纵坐标“VA1.I”表示横桥向位移值,单位InA、B处截面扭传变形随风荷我的变化关系图:2.1.5中跨猫道结构动力特性计算对中跨猫道结构进行模态分析时考虑大变形及预应力的影响，即考虑索初始轴力对猫道结构应力刚度的贡献（应力刚化效应），钢丝网、扶手绳、防滑木条、索股滚筒等仅考虑其对猫道亚力刚度的影响，将其质量附加在承或绳上，用梁单元模拟门架及横向通道结构，在保证对猫道整体质量和刚度的贡献与实际结构一致的前提下进行计算。模态计算时，由于考虑几何非线性的影响，故先对结构进行热力分析，然后再进行模态分析。这里仅列出模态分析的结果：猫道结构前十阶自振频率计算结果如下：（单位HZ）XXXXXINDEXOFDATASETSONRESU1.TSFI1.EXXXXXSEITihezfreq1.OADSTEPSUBSTEPCumu1.atiue10.81782E-0111120.1569312230.1617613340.1636?14450.2300215560.2351816670.244221?80.3233118890.33219199100.336S511610I前5阶阵型图如前第1阶阵型图（1阶对称侧向振动）第2阶阵型图（1阶反对称竖向动）AN第3阶阵型图（1阶侧向扭转振动）第4阶阵型图（1阶竖向扭转振动）第5阶阵型图（2阶对称竖向振动）2.2解析法计算猫道2.2.1 基本假定为建立越索桥猫道的计算方法，通常作以下假定：（I）悬索桥的主缆版由钢丝集束而成，相对抗弯刚度很小，可作为完全斐性素来处理，既不能受弯也不能受欢.索曲线有弯折的地方只要转折的曲率半径足帔大,局部弯曲也可不计：（2）悬索桥主观横嵌面积在外荷栽作用下变化后十分微小，忽略这种变化的影响：（3）索的材料符合胡克定律。在正常适用范围内，应力与应变早.我性关系，1.2怂院线理论悬索桥在成桥状态，主缆和加劲梁构成组合体系，共加受力，主线所受荷载为沿班长均匀分布的主绩自重（包括缄理和防护及通过吊索传递的集中荷载加劲梁、索夹、吊索及梆头自查和二期恒载），因此.慈索桥的受力图示通常简化为承受沿孤氏均布荷致加吊索处作用竹佻中力的柔性索.»V图1悬链线性计算示意悬索在自重作用下实际是受沿索长度分布的均布荷或，见图一.据图有qds=qjix得将上式带入今=一巡，得dx'H枳分求解并根据边界条件可知此为悬钺线方程式中r%=吟=M+(制嗜+EA>'=pr-c(-x-r)j5叫0,1ShP2H笳道索氏为S=J>=W+啥)”空=Sh陛：r)dxIs-ch(zx-r)dx=4sh(2-r)+.vr主线自重下的弹性变形,-½r<Zv=f<Zr=*<1.x°JoJofiAhEAcoae=r<-J+(rfv=4/Ch评X-Mi<'2EA<1.x2EAi<'I令",/As”=-c1.rdt=-jr-sh(2-r)+sh2ri,4EAzj-4EA241.'j无应力索长SQ=S-ZiaSo=#MQ6r)+sh1.rV工八0+:M(28-r)+sh2r图二为索的受力图.宜接求解比较困难.可以吊点间的某一微段为研究对象.在每个集中力作用点（即横向天桥位置）处建立同部坐标系，住两个袈中力作用点间的索段满足悬链线方程，解析计算法的优点是由于采用了解析表达式，用数值迭代计算法解决给定间遨，除f对索的物理性质的一些初步假定.完全按照实际的力学平衡和素的变形相容条件确定各部分素力和线形.自动注入索曲税的所有非线性.与有限元相比，具有输入数据简单、收效快，计算精度高等特点.其缺点是不能综合考虑各部件对索受力和变形的影响，须单独计算。222承重索无应力索长计算根据上述公式，采用MaihCad软件进行编程计算，中跨无应力索长计算源程序见附录。现将计算结果列在下表.踏度有应力长度(m)弹性伸长贵<m)无应力长度(m)南边踏176193.7980.373193.425中跨600616.1381.176614.962北边跨140157.4920.3231