JTGT D65-05-2015 公路悬索桥设计规范

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  • 本规范是在吸收国内外悬索桥建设经验的基础上编制的。1998年建成的日本明石海 峡陕大桥为主跨1991m的钢桁架悬索桥;2009年建成的我国舟山连岛工程西埃门大桥为主 跨1650m的钢箱梁悬索桥;规划建设的意大利墨西拿海峡大桥主跨3300m,目前已完成 初步设计。浙江省地方标准《特大跨径钢箱梁悬索桥设计指南》(DB33/T856一2012) 适用于跨径1500~2000m的双塔钢箱梁悬索桥。综合考虑各方面的技术成熟性,确定本 规范适用范围为跨径在2000m以下的地锚式公路悬索桥

    3本规范采用以分项系数表达的极限状

    城市道路标准规范范本1.0.4公路悬索桥设计使用年限应为100

    条文说明 《公路工程技术标准》(JTGB012014)规定,特大桥、大桥、高速公路 路上的中桥的设计使用年限为100年。根据桥涵结构分类及公路悬索桥建设 况,公路悬索桥均为特大桥,其设计使用年限为100年。

    1.0.5公路悬索桥应采用全寿命设计理念。

    1.0.5公路悬索桥应采用全寿命设计理

    条文说明 桥梁全寿命设计是针对规划、设计、施工、运营、管养、拆除或回收再利用的全过 程实现桥梁总体性能最优的设计,包括结构设计、满足“可达、可检、可修”要求的 附属设施设计,也包括环境保护设计、耐久性设计、景观设计、风险评估等专项设计, 另外还包括设计中需考虑的节能减排,设计对施工及监控、运营期安全监测等的要求。

    .0.6公路悬索桥设计应积极稳妥地应用新技术、新材料和新工艺。 .0.7公路悬索桥设计除应符合本规范的规定外,尚应符合国家和行业现行有关标 的规定。

    1.0.6公路悬索桥设计应积极稳妥地应用新技术、新材料和新工艺。 1.0.7公路悬索桥设计除应符合本规范的规定外,尚应符合国家和行业现行有关标 准的规定。

    2.1.1悬索桥suspensionbridge

    以通过索塔悬挂并锚固于大地或其他结构的缆索或钢链作为桥跨上部结构主要承重 构件的桥梁。

    2.1.3索塔cable tower

    锚固主缆索股,承受主缆拉力,支承于地基上或嵌固于岩体中的结构。

    2. 1.5 锚固系统

    将主缆的索股与锚或岩体连接的结构

    将主缆的索股与锚锭或岩体连接的结构。

    散索鞍(散索套)和锚固系统之间的主

    2.1.7 加劲梁stiffening girder

    2.1.8主缆main cable

    悬挂于索塔顶,两端锚固于锚锭的由平行钢丝或钢丝绳组成的悬索桥主要承重 构件。

    1.9索股cable str

    由多根高强度钢丝或钢丝绳组成的丝股,是主缆的主要组成部分。

    2.1.10吊索hanger

    连接主缆与加劲梁的构件。

    2.1.11锚头socket

    用于索股两端与锚固系统连接的构件或用于吊索两端与加劲梁及主缆索夹 构件。

    2.1.12 索夹 cable clamp

    紧箍主缆并连接主缆与吊索的构件

    紧箍主缆并连接主缆与吊索的构件。

    2. 1. 13索鞍 saddle

    支承主缆并使主缆平顺地改变方向的构件。安装在索塔顶部的称为主索鞍,安装在 边跨和锚跨之间的称为散索鞍。

    2.1.14散索套cablesplaycollars

    当主缆由边跨进入锚跨,其中心线不产生转角时,用来控制预制索股扩散方向的钅 (锻钢)构件。

    2.1.15锚塞体anchorstopper 锚固主缆索股,承受主缆拉力,嵌固于岩体中的混凝土塞形结构,为隧道式锚锭的 西平士均

    2.1.15锚塞体anchor stopper

    2.1.15锚塞体anchor stopper

    由主缆、索夹、吊索、主索鞍、散索鞍及防护系统等构件组成,为悬索桥桥面提 接支撑的结构。

    2.1.17预制平行索股法prefabricatedparallelwirestrandsmethod(PPWS法)

    1.18空中纺线法airspinningmethod(A

    2.1.19错靴strand shoe

    空中纺线法施工的悬索桥中用以连接主缆索股与锚固系统的松

    2.1.20猫道catwa

    供悬索桥缆索系统施工作业的通道。

    2.2.1几何参数有关符号

    sa 散索鞍处计算缆力对应的主缆锚跨切线角; 散索鞍处计算缆力对应的主缆边跨切线角; m—设计恒载的中跨缆力对应的主缆中跨切线角; s 设计恒载的边跨缆力对应的主缆边跨切线角; 索夹在主缆上的安装倾角; 索股锚头的错杯内铸体上压力线与锚杯内锥面母线的夹角

    2.2.2材料性能有关符号

    Oyeb 螺杆材料的屈服强度; jd 材料接触应力设计值; [1 岩体容许抗剪强度。

    2.2.3作用有关符号

    2.2.5数量有关符号

    3.1混凝土、钢筋及预应力筋

    3.1.1用于悬索桥各构件的混凝土,其强度等级、标准值、设计值,弹性模量,剪 切模量应按现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62)的规定 取用。 3.1.2索塔塔身的混凝土强度等级不宜低于C40。 3.1.3锚啶混凝土强度等级的确定应考虑大体积混凝土施工温控的需求,不应低于 C25,且宜在C25~C40之间。重力式锚旋中为增加质量的填充材料,可选用低等级的 混凝土或其他替代材料。散索鞍基座、预应力锚下混凝土等局部应力较高的区域混凝土 强度等级不宜低C40

    3.1.1用于悬索桥各构件的混凝土,其强度等级、标准值、设计值,弹性模量, 刃模量应按现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62)的 取用。 3.1.2索塔塔身的混凝土强度等级不宜低于C40

    3.,3混土强度等级的确定应考虑大体积混凝土施工温控的需求,不应 C25,且宜在C25~C40之间。重力式锚中为增加质量的填充材料,可选用低等 昆凝土或其他替代材料。散索鞍基座、预应力锚下混凝土等局部应力较高的区域混 强度等级不宜低于C40

    根据《大体积混凝土施工规范》(GB50496一2009)的有关规定,大体积混凝土 强度等级宜在C25~C40之间。

    根据《大体积混凝土施工规范》(GB50496一2009)的有关规定,大体积混 强度等级宜在C25~C40之间。

    3.1.4钢筋混凝土及预应力混凝土构件所采用的普通钢筋与预应力钢筋类别、标准 强度、设计强度和弹性模量,应按现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范》(JTGD62)的规定取用。

    3.2高强度钢丝及钢丝绳

    3.2.1主缆索股、吊索所用高强度钢丝 条文说明 主缆、吊索用的高强度钢丝及钢丝绳在大气中极易锈蚀,对线材进行热镀锌,作为 主缆、吊索的第一道防护是保证其耐久性的关键。随着材料科学的不断进步,新的防腐 措施和新材料也将不断涌现,本条推荐采用热镀锌,也不排斥选用其他可靠的防腐方式。

    3.3.1钢索塔、钢加劲梁宜采用牌号Q345、Q390的钢材或其他适用于桥梁结构的 碳素结构钢和低合金结构钢。其技术条件不应低于现行《碳素结构钢》(GB/T700) 《低合金高强度结构钢》(GB/T1591)的规定。

    ..S 高独度性性按 》(GB/T1228)、《钢结构用高强度大六角头螺母》(GB/T1229)、《钢结构用高 垫圈》(GB/T1230)、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术 》(GB/T1231)的规定

    3.3.6普通螺栓技术条件不应低于现行《六角头螺栓C级》 (GB/T 5780)和 六角头螺栓》(GB/T5782)的规定。

    钢板和钢带》 (GB/T711)、《碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢带》 ( GB/T 3274)的规定

    3.3.8钢材的强度设计值应根据钢材的不同厚度按表3.3.8的规定采用。

    3.3.9铸钢和锻钢的强度设计值应按表3.3.9的规定采用。

    表3.3.8钢材的强度设计值(MPa)

    注:表中厚度指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件指截面中较厚板件的厚度。

    表3.3.9铸钢和锻钢的强度设计值(MPa)

    注:1.铰轴紧密接触系指接触面为圆弧,中心角为2×45°的接触;辊轴或摇轴自由接触系指轴与板平面 接触。 2.计算紧密接触或自由接触受压强度时,其承压面积采用轴径截面。轴与板采用不同钢种时,径向受压 计值取用其较低者,

    2.计算紧密接触或自由接触受压强度时,其承压面积采用轴径截面。轴与板采用不同钢种时,径向受压 计值取用其较低者,

    3.3.10钢材和铸钢的物理性能指标应按表3.3.10的规定采用。

    .10钢材和铸钢的物理

    11普通螺栓和错栓连按的强度设计值应按表3.3.11的规定采用

    表3.3.11普通螺栓和锚栓连接的强度设计值(MPa)

    C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度,均应符合现行《钢结 构工程施工质量验收规范》(GB50205)的要求

    表3.3.12高强度螺栓的预拉力设计值(kN)

    3.4.1焊接材料应与主体钢材相匹配,并应符合下列规定: 1手工焊接采用的焊条的技术条件不应低于现行《碳钢焊条》(GB/T5117)或 低合金钢焊条》(GB/T5118)的规定。对于需要进行疲劳验算的构件宜采用低氢型 威性煌条。

    1风障内桥面风速达到25m/s时,实际作用到桥梁结构上的风速大于25m/s,.需 按此时实际的桥面高度风速计算。同时,风障对桥梁的气动性能有影响,带来了非常大 的气动阻力荷载,需加以考虑。

    4.0.4温度作用应符合下列规定: 1应同时考虑均匀温度作用和梯度温度作用引起的结构效应。 2计算均匀温度作用时,应自结构合龙时的温度起算。钢结构可按当地极端最高 和最低气温确定;混凝土结构可按当地日平均最高和最低气温确定。无实测数据资料 时,可按现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60)的规定执行。 3加劲梁梯度温度作用应按现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60)的规定

    执行。无实测数据资料时,混凝土索塔两侧的梯度温差可取±5℃。 4四车道以上宽幅无悬臂加劲梁,宜考虑横桥向梯度温度作用的影响

    ■横桥向梯度温度计算模式

    4.0.5悬索桥应采用E1和E2两水准地震作用进行抗震设防,E1地震作用宜采用 100年超越概率10%的地震动,E2地震作用宜采用100年超越概率4%的地震动。E1 和E2地震作用采用设计加速度反应谱和设计地震动加速度时程表征,应根据专门的工 程场地地震安全性评价确定桥址E1和E2地震作用。工程场地地震安全性评价应符合 下列规定: 1E1和E2地震作用应考虑长周期效应,给出的设计加速度反应谱和设计地震加 速度时程的周期范围应包含悬索桥结构的基本周期。 2桥址存在地质不连续或地形特征可能造成各桥墩的地震动参数显著不同,以及 锚间距离超过1500m时,应考虑地震动参数的空间变化。 3桥址距有发生6.5级以上地震潜在危险的地震活断层30km以内时,近断裂效 应应包括上盘效应、破裂的方向性效应,以保证设计加速度反应谱长周期段的可靠性。

    悬索桥一般造价较高,一巨发生破坏,修复困难,因此悬索桥的设防水准重现期 校高。过去我国在大跨度桥梁抗震设计时,E1地震作用一般取为100年超越概 %,E2地震作用取100年超越概率4%。

    结构的动力反应与结构的自振周期和地震时程输入的频谱成分关系非常密切,悬索 桥大多是柔性结构,第一阶振型的周期往往较长。因此悬索桥的地震反应中,第一阶振 型的贡献非常重要,提供的地震加速度时程或反应谱曲线的频谱含量需包括第一阶自振 周期在内的长周期成分。

    1永久作用,包括结构重力(恒载)、预应力、土压力等。 2 地震作用,包括地震动的作用和地震土压力、水压力等。 3均匀降温作用。在进行支座和索塔、加劲梁间连接构件抗震验算时,应计 0%均降温作用。

    1永久作用,包括结构重力(恒载)、预应力、土压力等。 2地震作用,包括地震动的作用和地震土压力、水压力等。 3均匀降温作用。在进行支座和索塔、加劲梁间连接构件抗震验算时,应计入 50%均匀降温作用。

    3本款参考了日本和欧洲桥梁抗震规范。考虑到同时发生最大均匀温度作用交 和地震位移的概率较小,因此只考虑50%均匀降温作用效应。

    4.0.8进行施工期计算时,应计入施工中可能出现的施工荷载,包括架设机具利 料、施工人员、桥面堆载、临时配重以及施工期间风荷载等。

    5.1.1总体设计时,应根据使用功能、建设条件、景观等要求,对桥位、桥跨、结 构体系、索塔、锚锭、主缆、吊索、加劲梁及桥面系等进行综合设计。 条文说明 建设条件一般包括地形、地质、地震、气象、水文、通航、防洪等。总体设计是指 在充分考虑建设条件的基础上,使悬索桥综合性能最优。 5.1.2桥位宜选择在风况条件较好的区域,并宜避开抗震不利区域,不应选在抗震 危险区域。

    5.1.2桥位宜选择在风况条件较好的区域,并宜避开抗震不利区域,不应选 危险区域。

    风况条件较好的区域指设计基准风速低、风向单一、风攻角小、地表粗糙度小等 地段。 抗震不利区域指软弱黏性土层、液化土层和地层严重不均匀的地段;地形陡峭、孤 突,岩土松散、破碎的地段。 抗震危险区域指地震时可能发生滑坡、崩塌地段,溶洞、采空矿穴等地段。

    风况条件较好的区域指设计基准风速低、风向单一、风攻角小、地表粗糙度小等 抗震不利区域指软弱黏性土层、液化土层和地层严重不均匀的地段;地形陡峭、孤 岩土松散、破碎的地段。 抗震危险区域指地震时可能发生滑坡、崩塌地段,溶洞、采空矿穴等地段。

    5.1.4悬索桥宜采用对称的结构形式,

    对称的结构形式有利于结构受力和提高抗风性能,使地震响应均匀分配,减小地震 向应。

    5.1.6跨越通航水域的悬索桥,总体设计应考防、抗船撞的要求。索塔位置的选 满足避免大型船舶撞击的要求,难以避免时,应进行结构抗撞设计和防撞设施设计。

    5.1.7除上述要求外,悬索桥总体设计尚应满足下列要求:

    方案比选应考虑全寿命周期成本。 2 应考虑满足设计使用年限的耐久性要求。 应考虑环境保护与节能减排的要求。 4应满足协调、美观的要求。 5 应考虑施工与运营期养护的要求。 6应考虑施工与运营期内可能出现的风险因素。

    5.2结构体系与基本结构形式

    5.2.1悬索桥可由锚旋、索塔、缆索系统、加劲梁及附属结构五大部分组成,缆索 系统应包括主缆、索夹、吊索、主索鞍、散索鞍及防护系统等。

    5.2.1悬索桥可由锚锭、索塔、缆索系统、加劲梁及附属结构五大部分组成,缆 统应包括主缆、索夹、吊索、主索鞍、散索鞍及防护系统等。 5.2.2悬索桥可采用单跨、双跨、多跨等布置形式,结构形式可采用简支、连续 1图5.2.2所示。

    5.2.2悬索桥可采用单跨、双跨、多跨等布置形式,结构形式可采用简支、连续 图5.2.2所示。

    图5.2.2悬索桥结构体系示意图

    结构体系主要根据悬索桥加劲梁的竖向和横向约束体系以及加劲梁是否为多 多跨连续等来划分。

    5.2.3悬索桥边中跨比宜为0.25~0.45。当锚旋布置受地形、地质条件等限 他要求时,根据需要采取一定措施后可突破此范围

    5.2.4主缆垂跨比应考虑经济性和全桥结构刚度的需要,宜在1/9~1/11的范围内

    5.2.4主缆垂跨比应考虑经济性和全桥结构刚度的需要,宜在1/9~1/11的范围P 定。

    主缆垂跨比是总体设计中一项重要指标,减小垂跨比将增加全桥刚度、主缆拉力 啶规模,减小索塔高度和吊索长度。总体设计时应通过分析比较合理选定悬索桥主终 跨比。经统计,国内外30余座已建悬索桥混凝土标准规范范本,主缆垂跨比均在1/9~1/11之间。

    主缆横向布置应综合抗风、加劲梁宽度等要求确定,并应满足施工机具对主 梁之间的空间要求。主缆中心距与主跨跨径比值宜大于1/60。

    5.2.5主缆横向布置应综合抗风、

    加劲梁与主缆之间的空间主要考虑加劲梁吊装吊具以及主缆缠丝机等要求。 主缆中心距与主跨跨径比值是悬索桥横向刚度重要指标,直接影响悬索桥的抗风性 能。经统计,国内外30余座已建悬索桥,加劲梁梁宽(或主缆中心线距)与主跨跨径 比值,除英国亨伯尔桥为1/64外,其他均大于1/60。

    施工组织设计标准规范范本5.2.6索塔、锚与加劲梁之间的空间应满足加劲梁安装、加劲梁变形、约束构造 以及运营期养护的要求。

    5.2.7吊索间距应综合考虑材料用量、加劲梁运输架设条件以及加劲梁、吊索、 的受力情况等确定。

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