打造史上最强帖—关于斜拉桥设计计算流程的总结

目前论坛已先后有混凝土桥梁、钢桁架桥、钢-混组合梁等结构形式的设计计算流程的总结，为配合网站计划出版的《桥头堡论坛精华集》，现公开征稿关于斜拉桥设计计算流程以及思路的总结，请有过类似经验的同行们结合工程实践踊跃发帖，只要您是关于技术总结方面的发帖，您即可获得至少10个堡币的奖励，优秀者更有50个堡币赏金等您来领。
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我来开个头吧
* b# d7 s; }* F  u  S( I8 ?5 j我在有个帖子里说了矮塔斜拉桥的设计方法，感谢redflag给我那个回帖给5个堡币啊，在这先谢谢了。
1 ]3 c; j0 C$ G. h现就一般斜拉桥谈点看法。
" h/ t3 _% e; D1、首先确定好跨径后，选择塔型，选择主梁用的材料，混凝土，钢混，钢，一般看法三者是以400m为分界跨径，但现在分界跨径有向小趋近之势，根据一些做过的图纸拟定相关尺寸，尤其是大跨径的扁平钢箱梁，那尺寸很多都基本一样。
2、确定以上东东，根据跨径还得定好辅助墩的数量，和跨径，当然这个要在配合计算调整。建立一次成桥模型，主梁用脊骨梁，塔用梁单元，索现在可以用桁架单元，先可以不加活荷载，只加上恒荷载。斜拉桥最难的部分就来了，如何使得调整出来的索力又均匀，梁平塔直，应力又满足要求，这个就不好怎么讲了，多看看资料，多联系，多对比几个软件，多交流。我认为350m以下的斜拉桥，不论是预应力还是钢箱的，用手动方法，即最笨最原始的办法，多花时间，肯定能调出个比较可行的索力，反正混凝土可以加预应力，钢箱有200MPa的容许应力，问题不大。再大跨径的就不是一两句说的清了。
! H% s6 u/ }* ^  c- b- G3、再就是其他关键点计算了，塔的计算，塔横梁的计算，塔顶锚固选择（环向预应力，钢锚箱，钢塔），辅助墩抗拉支座，压重等等等等。
先就谈这么多，欢迎大家踊跃响应

我觉得讨论斜拉桥的设计方法是否可以分两种情况：
# k- S1 t1 \) I' t# |一种是客观条件限制，建斜拉桥比较有优势，较为经济；
另外一种情况是主观上想建座斜拉桥，或者方案设计时业主选择了斜拉桥，（不管它的主跨有多小，不管其他桥型是否更具优势）。
; O0 r" q- ^+ P( A, P2 p6 {; |前者可能塔型、梁型、跨径比例布置都需要进行较为仔细的分析必选；
* n6 F2 \* Q' A. }而后者可能是在塔造型或者梁墩造型确定的情况下，去进行分析。
两者的设计流程可能截然不同

    斜拉桥设计时，总体布置、结构尺寸的拟定可参考同类桥梁。
8 _7 S  ]& H  c  _4 l. }5 e6 r: |! b    结构计算时，关键在于调索。我一般都用近似的弯曲能量最小法，就是通常所谓的“刚性吊杆法”或者“柔性塔梁法”。
7 ^: n  \5 i3 g: F  D4 @1 v    1、建立全桥模型
    2、将斜拉索弹模提升100（或1000倍），不设初拉力。
7 u1 a; J' [1 V& E0 F% d. z  J    3、一次落架计算成桥状态
    4、上步得到的拉索力，作为初张力输入，并且恢复拉索弹模
2 D( h# u/ p6 B5 c' ~) {    5、重新计算成桥，根据结果微调索力。
- Z- s! L, d+ X9 m0 o8 ^    上述方法即为近似的“弯曲能量最小法”，也就是说此时得到的塔、梁弯矩满足弯曲能量最小原则。这一点是被理论证实过的，详见附件文献。同样，也可以不更改拉索弹模，而将塔、梁刚度减小1000倍，但此时若打开非线性，可能会造成奇异。如果只考虑主梁弯曲能量最小，则可以只减小主梁刚度。
    此外，我认为对于跨径小于500m的斜拉桥，总体受力计算时可以不考虑拉索垂度效应，也可以不考虑几何非线性。
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非常赞同4楼说法。我之前做过一个单塔斜拉，就是用这种方法，注意计算初始索力时不计入活载的。
& O' `1 L5 r0 S( ~对于结构尺寸，我的经验是跨径较小的斜拉桥，要么干脆做实心塔，要么空心塔直径取大一些，否则人孔就很难设了，锚索区的环向预应力筋损失也大了。

1、初拟全桥构造尺寸，建立空间模型；
2、成桥状态上部结构静力计算：采用弯曲能量最小法（4楼已有介绍），获得一个较优的成桥状态（梁平塔直，主梁应力平顺复核规范，中间有所反复可能需要调整构造尺寸）；成桥状态下部结构静力计算：根据上部计算得到的反力计算下部结构塔、承台、桩等的强度裂缝；
8 {5 O* A, P  e' y3、成桥状态动力计算：考虑桥梁所在位置的地质和环境进行抗风、抗震计算，一般跨径不大的斜拉桥主要考虑抗震即可，抗震计算主要验算上下部连接构造（如支座等）和下部基础验算，可能牵涉到体系的更改；
/ B" S4 i4 @: P0 o( E以上为初步设计深度设计计算流程。施工图深度还需要补充以下几点：
* E8 o% N7 _& W* Q4、考虑施工过程上部验算：以确定的最优成桥状态为目标，建立施工阶段模型，进行施工索力优化（影响矩阵法等），使施工结束后得到想要的成桥状态；
5、考虑施工过程上部验算：重复2步骤；
* G2 Z- n- V! r4 u6、如有构造修改，根据最新的构造重复3步骤；
2 o4 H0 x3 s6 k7、构件计算：桥面板、主梁横梁、主塔横梁等的计算；
) g' }0 `8 x( ?5 K* E' d' H8、局部构件实体计算：比如梁塔锚固区等。

bamboo389 发表于 2011-12-14 16:31

& B4 C0 _( q- {" g# o* W                               
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1、初拟全桥构造尺寸，建立空间模型；
2、成桥状态上部结构静力计算：采用弯曲能量最小法（4楼已有介绍）， ...

有个问题我想在此请教一下：
成桥合理索力的确定和桥梁的施工方法有何关系？
看了很多帖子，都说计算成桥索力的时候不考虑施工阶段，
% y  C1 \" A" V  x) A, S但按一次落架计算得到的索力加到按实际施工阶段建立的主梁上的时候，
主梁的内力状态和你确定成桥索力的时候是完全不一样的。
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zwj19850918 发表于 2011-12-15 16:29

& ~5 V6 ]; q9 V  l                               
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4 x7 k' P6 Z# V+ R  G6 x有个问题我想在此请教一下：
成桥合理索力的确定和桥梁的施工方法有何关系？
看了很多帖子，都说计算成 ...

. N% H- u" O" P8 [8 J/ e斜拉桥首先需要确定一个合理的成桥状态，这个状态下的索力我们称为成桥索力，施工阶段的的张拉索力是以成桥索力为目标进行优化得到的。
/ }+ G. ^" t: f8 _, I2 f; V# T施工阶段可能一次张拉也可能多次张拉，每次张拉，这个张拉力和目标索力有关，也跟原有索力有关，一般用影响矩阵法通过试算得到。

根据已有的相关经验，初步拟定梁体构造和塔基础等得构造，初步选定斜拉索，按拉索张拉后竖向力平衡相邻节段重量加安全系数 加活载，考虑索安全系数不小于2.5，初定拉索面积。然后建立全桥模型。 注意施工阶段索力和成桥索力的不同，一般需要调索一次。

9楼说的那个初步定索面积的方法比较可行，没做过斜拉桥，做过系杆拱，成桥索力确定方法好多种，刚性吊杆法和影响矩阵法是比较常见的，记得刚性吊杆法好像是适用于主梁刚度比较大的吧（高手请赐教）， 希望那些高手可以细细讲述下这几种方法适合的桥梁类型或推荐一下相关比较好的书籍。

有没有做过斜塔斜拉桥的，尤其是塔形不规则的时候？求经验

马上要做一个拱形斜塔，从没接触过，求经验

hc870922 发表于 2012-1-4 13:51
" E: ~4 F  }! k& c1 T% i- m3 T9楼说的那个初步定索面积的方法比较可行，没做过斜拉桥，做过系杆拱，成桥索力确定方法好多种，刚性吊杆法 ...

" J+ ^5 A" i8 N9 }% C4 K! S我之前看过别人论文用影响矩阵法得到成桥吊杆力的，但是，我计算的影响矩阵总是跟别人论文对不起来。看到您这里提到说您用过，我想请问下，您一般用什么方法得到影响矩阵的？有些什么注意事项？
9 f3 a8 l# J8 p9 ]- V* S

目前我调索都是通过matlab实现，先得到索的影响矩阵，之后给定位移或者弯矩的上下界，根据自己定义的目标函数（可以是索力增量的最小二乘，也可以位移与目标位移差的最小二乘，最终索力的线性分布等，根据自己的需要编写），使用matlab的fmincon优化函数优化求得索力的最优解。效果比较好，比midas的调索强多了。