悬索桥猫道检算书

中铁二十局一公司李建军整理

 1、计算说明

2、编制依据

3、工程概况

4、猫道承重索检算

5、猫道承重索塔顶锚固构造检算

6、调节丝杆检算

7、猫道承重索下锚构造检算

计算说明

1、猫道主体计算方法依据**设计院原《**江大桥猫道计算书》。

2、钢丝绳的性能由供货方提供的产品质量保证书确定。

3、在猫道承重索的计算中，抗风绳的预拉力按30KN计；风力根据以前咨询的信息，按桥面处24m/s计。

4、在猫道承重索的荷载计算中，未计防护绳、扶手绳及其绳卡的重量，施工人员按4人/4m，每副猫道最多一次上40人计，可能偏于理想。其余荷载在计算书中均有详述，请复核。

5、承重索连接丝杆的焊缝偏小，已通知现场加强。

6、猫道地锚的稳定定性分析多于定量分析，分析的思路和方法还请审核。

7、作为柔性悬空体系，猫道整体的抗风性能不知如何分析，本计算书中未提及，敬请提供帮助。

1.编制依据

（1）**江大桥猫道设计图

（2）公路桥涵设计规范（JTJ025-86）

（3）钢丝绳产品质量证明书（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

    ***悬索桥施工猫道为120+380+120m三跨分离式结构，上下游分幅对称布置，全桥共2幅。两幅猫道之间以矩形型钢桁架结构的横通道联结，横通道在两个边跨中间各设1道，中跨设2道，全桥共4道。

    单幅猫道净宽2.4m（横梁宽2.6m），高1.3m，其面层距主缆中心下方1.5m。

    每幅猫道承重索采用4根φ36钢丝绳（6×19w+1WR-1670MPa），其两端分别锚固于两岸锚定前端的型钢横梁上，在两岸塔顶处断开，与塔顶顺桥向两侧的预埋钢板销接。

    每幅猫道面层由[10槽钢（间距2.0m）、100×50mm防滑方木条（间距0.5m）和φ1.6mm小孔（12.7×12.7mm）钢丝网、φ4mm大孔（76.2×76.2mm）钢丝网组成；两侧设1根φ20mm防护钢丝绳，1根φ20扶手钢丝绳，并每隔2.0m设一道∠63×4mm角钢栏杆立柱，侧面防护网采用φ4mm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（摘录于钢丝绳质量证明书）

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。

（1）承重索自重

      q1=4×5.62×10=224.8 N/m

（2）猫道面层及栏杆

猫道横梁[100×48×********，L=2.8m/根

G1=2.8×100=280N

防滑木条100×50mm，@50cm，L=0.58m/根，2m范围内有6根

G2=6×0.1×0.05×0.58×950×10=165.3N

栏杆立柱∠63×63×4，L=1.2m/根，2根/2m

G3=2×1.2×3.91×10=93.84N

猫道面层钢丝网，2m×2.4m=4.8m2，

大孔网φ4×76.2×76.2mm，小孔网φ1.6×12.7×12.7mm

G4=4.8×（2.76+2.5）×10=252.5N

栏杆防护网采用大孔网，g=2.76kg/m

G5=2×2m×1.2m×2.76×10=132.48N

则q2=∑Gi/2.0

=（280+165.3+93.84+252.5+132.48）/2.0=462.1N/m

（3）承重索夹

采用φ36压扳式绳卡，3.09kg/个，φ24六角螺母0.112kg/个，每个螺母配一个φ24粗制垫圈0.0323kg/个。

承重索在每根猫道横梁上安装绳卡，间距2.0m。

q3=[4×3.09+8×（0.112+0.0323）]×10/2=67.6N/m

(4)索股滚筒及支架，间距4.0m，12kg/只，

q4=120/4=30N/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4.0kg/m计

q5=40N/m

另由于防护绳及扶手绳两端分别锚固在塔顶型钢立柱上或锚室前型钢横梁上，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=∑qi=224.8+462.1+67.6+30+40=824.5N/m

（6）横通道及附属重：每个横通道重5.311t；对单幅猫道按集中荷载作用

G恒1=5.331×1.15/2×104=31KN

（7）抗风绳预张力：

暂取30KN，中跨两组抗风绳对称布置，风绳下端按图纸示意，捆绑于索塔中横梁底口（1039.361处，B=19.36m），

上端联结于承重绳外侧B=12.4+2×1.1=14.6m

α=artg=1.05°

则抗风绳顺桥向水平分力hx1=hx2=30×cos1.05°≈30KN

抗风绳上锚点位置承重索垂度

        fx=4f.X.（L-X）/L2=4×33.2×130×（380-130）/3802=29.m

对应标高：1049.729+33.2-29.=1053.039m

α=arctg=6.02°

      则抗风绳竖向分力G2=G3=30.sina=3.14KN

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91φ5.0mm钢丝

q1=91×牵×0.0052×7850×10=140.3N/m

（2）循环牵引绳采用φ28钢丝绳（6×37，纤维芯）

q2=27.7N/m

（3）施工人员：

考虑最不利一次最多上40人，人均重70kg，排列间距大于4.0m，

q3=40×70×10/（4×40）=175N/m

活载均布力：q活=∑qi=343N/m

3.1.3附加荷载

（1）风载

经咨询设计及风洞实验单位，本桥桥面处设计风速为V1=24m/s，桥位处地面粗糙度按IV类考虑。

桥面基准高度=桥面标高1045.211-常水位996.0=49.211m

猫道基准平均高度

=猫道平均标高1/2×（1082.929+1082.929-33.2）

-常水位996.0

=70.329m

猫道基准高度处风速

V=V1=×24=25.23m/s

猫道基准风压W0=V2/1.6=25.232/1.6=398 Pa

作用于猫道上的静力风载强度

W=K1K2K3K4W0=0.85×0.8×1.3×1.42×398=500Pa

猫道横向迎风面为承重绳、扶手绳、防护绳及栏杆，总高度1.3，取折减系数0.5，A=0.5×1.3=0.65m2/m

则猫道横向静力风载：q风=W×A=0.65×500=325 N/m

（2）温度：按温差±20℃

3.2猫道承重索张力计算

以猫道中跨承重索为分析对象。 

中跨跨度L=380m，工作垂度f=33.2m

（1）恒载引起的水平张力

由上述计算知：均布恒载:q恒=824.5N/m=0.8245KN/m

集中恒载：G1=31KN, G2=G3=3.14KN

hx1=hx2=30KN

H恒=+∑+∑hxi

=+

=654.2KN

（2）活载引起的水平张力

q活=343N/m=0.343KN/m

H活=

（3）温度变化引起的水平张力

假设温降20℃，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：℃，

钢丝绳线膨胀系数：

承重索无应力索力：

=1 =201.27+186.33=387.6m

索长收缩：

跨中垂度变化：

（矢跨比n=f/L=33.2/380=0.0874）

变化后的垂度f1=33.2-0.2072=32.993m

温度引起的水平张力H温=H（f1）-H（f）

=658.1-654.2=3.87KN

（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=

    H恒+风=

       =

      =687.6KN

3.3承重索强度分析

    水平张力组合：

    组合Ⅰ：HⅠ=H恒+H活=654.2+186.5=840.7KN

组合Ⅱ：HⅡ=H恒+H活+H温=654.2+186.5+3.87=844.57KN

组合Ⅲ：HⅢ=H恒+风+H活+H温=687.6+186.5+3.87=877.97KN

则承重索最大水平张力Hmax=HⅢ=877.97KN

承重索最大（支点处）：Tmax

承重索选用4根φ36钢丝绳，经实验、预拉后每根绳破断拉力总和不小于1000KN，则安全系数K＞[K]=3

满足规定要求。

4、猫道承重索塔顶锚固构造检算

猫道单根承重索最大张力Tmax=933.2/4=233.3KN。

承重索塔顶锚固系统采用□4800×300×20mm通长预埋钢板，端部以钢板双面加强，销孔ф102mm。

 A3钢材容许应力：

轴向应力[σ]=140MPa，剪应力[T]=85MPa

节点销子的弯应力[σxw]=240MPa，销孔承压应力[σka]=210MPa

（1）抗拉

A：钢板本身

预埋钢板最薄弱面为单层钢板，假设不计其周边砼的粘结力，钢板轴向受拉：

可！

B：钢板端部销孔处

C：钢板根部弯应力：根部因Tmax的竖向分力产生的弯矩：根部加强部位钢板惯性矩：

3=1/12×（3003＋2×2603）=1.04×108mm4

      加强部位上部拉应力

（2）拉剪

    最薄弱面为销孔位：

（3）抗撕裂性能

    按规范要求，垂直Tmax方向销空直径处净载面积应比计算所需面积大40%。

A=（300+2×260-3×102）×20/cos19.8=10926mm2

      满足要求。

（4）销孔承压

    销孔φ102mm，销子直径φ100mm

（5）销子抗剪：

    与上锚系统的连接部位按单剪计算：

5、调节丝杆检算

    调节丝杆主要由钢制双面耳板、φ32Ⅳ级钢筋连接丝杆组成，详见设计图。

（1）耳板检算

抗拉：

抗剪：

    抗撕裂：σs=σL/cos19.8=16.4Mpa

            K=[140]/16.4=8.5＞[1.4].可！

孔壁承压：

（2）K1钢板焊缝

焊缝允许拉力：

[F]=0.707×8×（300-20）×[85]=134.6KN

      F=1/2Tmaxcos19.8=1/2×233.3×cos19.8=109.8KN

        K=

    焊缝偏弱，若将K1钢板改为双面焊，或将K4（K4`）板与K1板侧面焊接，可满足要求。同时，现场应严格控制焊缝质量。

（3）φ32丝杆

    φ32冷拉IV级钢[σl]=750Mpa

    轴向拉应力： 

6、猫道承重索下锚构造检算

6.1地锚

A：抗拔性能

地锚为2×2.8×4m矩形钢筋混凝土结构。

地锚重 G=2×2.8×4×24=537.6KN

承重索张力的竖向分力：

Fx=4Tmaxsin19.8=4×233.3×sin19.8=316.1KN

K=537.6/316.1=1.7＞[K=1.5]可！

由于地锚砼与锚碇地板1.0m厚浇筑成整体，计算时锚定砼的影响未计，偏于安全。

B：地锚抗倾分析

    地锚为4.0×2.8×2.0m钢筋砼矩形结构，其底部约2.0m嵌入坚硬的微风化岩，顶部与锚碇地板（1.0m厚C25钢筋砼）连成整体，在猫道索张力作用下，仅依靠地锚自重来抵抗其倾覆力矩，明显不足。但顶部锚碇底版及侧墙的重力、锚碇底板的摩擦力及基坑的土体横向抗力等均对地锚的稳定产生有利影响。定性分析，如果地锚本身不破坏，整体是稳定的。

地锚为刚性基础，不考虑土的横向抗力和锚碇底板的摩擦力时：

M倾=4×（52.3-1.53+135×1.5-55×0.5+220×4.0）+2.872×3.2×24/2=4847.3 KNm

      =20353.6 KNm＞M倾，足够！

6.2下锚钢构件受力分析

按梁单元计，电算结果及图示如下

 单位KN、 m,构件为2[40a

6.3、P1处[40a槽钢抗拔性能

现场实际预埋件P1为[40a型槽钢，4组[40a底以2∠100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τ0=2.0Mpa，同时不计斜撑P2、P3的影响，设Tmax的竖向分力全部由P1承受。

    [400a×100×10.5外表面积Ab=1.14m2/m，埋深Lb=3.968m

抗拔力Fb=2×1.14×3.968×2×103

=18094.1KN＞4×FAX=4×135=540KN

满足要求。

6.4、[40a槽钢AC杆检算

A：2[40a本身抗拉

    2[40a截面积：A=2×75.04=150.08cm2

B：销孔位抗拉

Aj=2×75.04+2×30×2-2×10.2×2-2×10.2×1.05=207.86cm2＞A=150.08.可

 C：销孔位抗剪

    可

  D：销孔位抗撕裂

  K=[210]/=6.71＞[1.4]可

6.5、BC杆检算

杆件本身作为压杆，无须检算，关键在于焊缝

C端焊缝：按单面焊hf=8mm

焊缝长度L=2

BC杆B端竖向力Fcy=55KN

可

B端焊缝：

焊缝长度：

B端水平力合力FBX=76.3KN

可

B端预埋角钢与钢板的焊缝

一组[40a对应6根∠100

焊缝长度：

可！

      需要CAD猫道图的可加QQ：2163295

                      2011-08-06