唐山市曹妃甸工业区跨那潮河特大桥工程 自锚式悬索桥方案计算报告 -- 1 目 录

4.2.4.1.结构总体静力计算分析 ............................. 1

（1）主要构件材料及性能 ......................................... 1

①混凝土 ................................................................. 1

②结构钢材 .............................................................. 1

③主缆用钢材 ............................................................ 1

④吊索用钢材 ............................................................ 1

（2）全桥成桥状态计算 ............................................ 2

①计算方法及模型 ...................................................... 2

②计算荷载及组合 ...................................................... 3

③刚度计算结果 ......................................................... 3

④强度计算结果 ......................................................... 4

4.2.4.2.结构稳定计算分析 .................................. 6

（1）计算模型及方法 .............................................. 6

（2）荷载及组合 ................................................... 6

（3）计算结果 ...................................................... 6

4.2.4.3.结构动力特性计算分析 ............................. 7

（1）计算模型及方法 .............................................. 7

（2）计算结果 ...................................................... 7

4.2.4.4.结构抗震计算分析 .................................. 8

（1）结构抗震设防标准 ............................................ 8

（2）计算参数选取 ................................................. 8

①下水平向地震动参数 ................................................. 8

②竖向地震动参数 ...................................................... 8

③结构阻尼比的取值 .................................................... 9

（3）地震组合 ...................................................... 9

（4）计算模型 ...................................................... 9

（5）计算结果 ...................................................... 9

4.2.4.5.结构抗风计算分析 .................................. 9

（1）设计风速确定 ................................................. 9

（2）颤振稳定性计算分析 ........................................ 10

①颤振临界风速确定 ................................................... 10

②颤振稳定性分析 ..................................................... 11

（3）静风稳定性计算分析 ........................................ 11

①二维静风扭转发散分析 ............................................. 11

②二维横向屈曲发散分析 ............................................. 12 唐山市曹妃甸工业区跨那潮河特大桥工程 自锚式悬索桥方案计算报告 -- 2 （4）静风荷载计算分析 ........................................... 13 唐山市曹妃甸工业区跨那潮河特大桥工程 自锚式悬索桥方案计算报告

-- 1 4.2.4 自锚式悬索桥结构计算分析

4.2.4.1.结构总体静力计算分析 （1）主要构件材料及性能 ①混凝土 索塔采用C50混凝土，边墩采用C40混凝土，承台及桩基采用C30混凝土，各种标号混凝土主要力学性能见下表。 表4.2.4.1 -1 混凝土材料性能表 混凝土标号 C50 C40 C30 应用结构 索塔及塔上横梁 过渡墩 承台

力 学性能

弹性模量E(MPa) 34500 32500 30000 剪切模量G(MPa) 13800 13000 12000 泊松比γ 0.2 0.2 0.2 轴心抗压设计强度(MPa) 22.4 18.4 13.8

抗拉设计强度(MPa) 1.83 1.65 1.39 热膨胀系数(℃) 0.000010 0.000010 0.000010 ②结构钢材

主梁及桥塔横梁采用Q345qD 钢材。其主要力学性能见下表。 表4.2.4.1-2 结构钢材性能表 钢种 Q345qD 应用结构 加劲梁

力 学 性 能

弹性模量E(MPa) 210000 剪切模量G(MPa) 81000 泊松比γ 0.3 轴向容许应力[σ] (MPa) 200 弯曲容许应力[σw] (MPa) 210 容许剪应力[τ] (MPa) 120 屈服应力[σs] (MPa) 345 热膨胀系数(℃) 0.000012 ③主缆用钢材

主缆材料采用φ5.2mm 高强平行钢丝，其主要力学性能见下表。 表4.2.4.1-3 主缆材料性能表 材料 高强钢丝 应用结构 主缆 力 学 性 能 弹性模量E(MPa) 200000

标准强度σy(MPa) 1670 热膨胀系数 0.000012 ④吊索用钢材

吊索材料采用φ7.0mm 高强平行钢丝，其主要力学性能见下表。 唐山市曹妃甸工业区跨那潮河特大桥工程 自锚式悬索桥方案计算报告 -- 2 表4.2.4.1-4 吊索材料性能表 材料 高强钢丝 应用结构 吊索 力 学 性 能 弹性模量E(MPa) 200000 标准强度σy(MPa) 1670

热膨胀系数 0.000012

（2）全桥成桥状态计算 ①计算方法及模型 自锚式悬索桥为多次超静定柔性结构体系，施工方法为先梁后缆，因此吊索的成桥索力有多组选择方案，而在不同的吊索成桥索力下将有不同主缆成桥线形。本方案的成桥状态计算内容包括：吊索成桥索力优化、主缆成桥线形计算和全桥结构成桥状态计算三部分内容。吊索索力优化采取刚性支撑连续梁方法；成桥线形采用悬链线悬索单元的有限元迭代法进行计算；成桥状态计算采用等效线性化方法（线形有限位移理论）。 计算采用大型有限元分析软件Midas，全桥结构的几何模型及有限元分析模型分别见下图。为了与后续的动力分析共用计算模型，计算中模拟了桥墩和桩基。桥面系采用空间梁格结构模拟。主缆和吊杆采用弹性悬索单元模拟，加劲梁、横梁、刚臂、索塔、桥墩和桩基采用梁单元模拟。主缆与索塔顶端、主缆锚固点与主梁末端、索塔及边墩与加劲梁之间均采用主从约束，桩基底部采用固结约束。

图4.2.4.1-1 全桥结构几何模型透视图 图4.2.4.1-2全桥结构有限元模型透视图