斜拉桥模型制作设计图
无背索斜拉桥课程设计
无背索斜拉桥课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解无背索斜拉桥的基本概念、结构特点及设计原理。
2. 学生能够掌握无背索斜拉桥的主要构成部分及其功能。
3. 学生能够了解无背索斜拉桥在我国桥梁工程中的应用和发展。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析无背索斜拉桥的受力特点，并进行简单的受力计算。
2. 学生能够通过团队合作，设计出具有创新性和实用性的无背索斜拉桥模型。
3. 学生能够运用信息技术手段，收集无背索斜拉桥的相关资料，进行资料的整理和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生能够增强对我国桥梁工程事业的热爱，培养民族自豪感。
2. 学生能够培养团队协作意识，提高沟通与交流能力。
3. 学生能够树立创新意识，勇于尝试，面对挑战。
课程性质：本课程为工程技术类课程，旨在通过学习无背索斜拉桥的设计原理和制作方法，培养学生的创新意识、动手能力和团队协作精神。
学生特点：学生为八年级学生，具有一定的物理知识基础和动手能力，对新技术和新事物充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的参与度和积极性。
通过分组合作、实践操作等方式，培养学生的创新精神和实践能力。
在教学过程中，注重引导学生自主学习，提高解决问题的能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使学生在学习过程中形成正确的价值观。
二、教学内容1. 引入无背索斜拉桥的基本概念，介绍其发展历程及在我国的应用案例。
相关教材章节：第一章 桥梁概述，第三节 桥梁的分类及发展。
2. 讲解无背索斜拉桥的结构特点、受力分析及设计原理。
相关教材章节：第二章 桥梁结构，第四节 拉索桥梁结构；第三章 桥梁力学，第一节 桥梁受力分析。
3. 分析无背索斜拉桥的主要构成部分，如主梁、索塔、拉索等，并介绍各自的功能。
相关教材章节：第二章 桥梁结构，第五节 桥梁主要构成部分。
4. 实践操作：分组进行无背索斜拉桥模型设计，包括模型制作、受力分析及优化。
相关教材章节：第四章 桥梁设计，第二节 桥梁模型设计与制作。
MIDAS／Civil技术培训-斜桥与弯桥
问题一
斜桥和弯桥在设计中有哪些 特殊考虑？
解答
问题二
斜桥和弯桥设计需考虑地形、 地质、水文等因素，进行结 构分析和优化，确保桥梁安 全性和稳定性。
在施工过程中如何保证斜桥 和弯桥的质量？
解答
施工过程中需严格控制材料 质量、加强现场监管、进行 质量检测和验收等环节，确 保施工质量符合要求。
经验分享和互动交流环节
边界条件设置
在弯桥模型中，需要根据实际情况设置边 界条件。例如，对于简支梁桥，可以在桥 墩处设置固结边界条件；对于连续梁桥， 可以在桥墩处设置弹性支撑边界条件。
荷载施加方法
在弯桥模型中，需要根据设计资料施加荷 载。例如，可以施加均布荷载、集中荷载 、移动荷载等。同时，需要考虑荷载的组 合和工况，以确保模型的准确性。
05
结构分析结果解读与评估
位移、内力、应力等结果展示
位移结果
通过有限元分析，可以得到桥梁结构在荷载作用下的位移分布情况，包括竖向位移、横向 位移和纵向位移等。这些位移结果可以帮助工程师判断结构刚度是否满足要求。
内力结果
内力分析是桥梁结构设计的核心环节之一，通过有限元分析可以得到桥梁结构在荷载作用 下的内力分布情况，包括弯矩、剪力、轴力等。这些内力结果可以为桥梁结构的安全性和 稳定性评估提供依据。
内力异常
可能原因包括荷载施加不准确、截面特性输入错误等，处理措施可 以包括重新校核荷载、修正截面特性等。
应力异常
可能原因包括材料特性不准确、网格划分不精细等，处理措施可以 包括重新校核材料特性、加密网格划分等。
结构优化建议提供
01
结构形式优化
针对不同类型的桥梁结构，可以采用不同的结构形式进行优化设计，例
应力结果
京包高速公路上地斜拉桥总体结构静力分析
行 车道数 ： 向六 车道 。 双
桥梁 宽度 ： 桥梁全 宽 ３ ． ５ ５ｍ。 桥梁 横断 面布置 ：
收 稿 日期 ：０ １— ４—０ ２１ ０ ６ 第 一 作 者 简 介 ： 建 辉 （ ９ ９ ） 毕 业 于 天 津 大 学 桥 梁 与 隧 道 工 程 专 钟 １７ 一 ， 业 ， 学硕士 ， 程师 。 工 工
段及 张拉 、 拆除相 应预 应力 筋一 依次 初 张所 有 斜拉 索
一拆 除临时支墩一 施工二 期恒载一 依次终张所有 斜拉
索一最终 成桥状 态 。
塔 底 与承 台固结 。 全桥 边界 条件见 表 １ 。
１４ ８ ． ７ ％的下 坡 以及 １ ０ ０ｍ的竖 曲线 半径 。以空 问 ０ １
平 纵 曲线 为基 准进行 结 构离 散 ， 梁 与主 塔 采用 空 间 主 梁 单元 ， 主塔采用 桁架 单元 。全 桥共 划分 为 １ ８ 个节 ０ ０
３２ 边 界 条件 ．
施工 阶段主梁 与 主塔 临 时 固结 ， 架现 浇 过程 主 支 梁与辅 助墩 、 主塔 临时 固结 。
侧 路肩 ） ０ ７ ３ 栏 杆 ） ５ ５Ｉ。 ＋ ． ５Ｉ（ １ ＝３ ． ｎ
设计 荷载 ： 路一Ｉ 。 公 级
２ 技 术标 准
道路 等级 ： 高速公 路 。
设计 速度 ：０ ｍ ｈ １０ｋ ／ 。
地震 基 本烈 度 ： Ⅷ度 ， Ⅸ 度设 防 ， 计基 本 地震 按 设
加 速度值 为 ０ ２ 。 ． ｇ
（ 中铁 工程 设 计 咨 询 集 团 有 限公 司 ， 京 北 １０ ５ ） ００ ５
Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｔｃ ｎ Ｇｅ ｅ ａ ｔ ｕｃ ｕ ｅ ｏ ｈａ ｇ ｉＣａ ｌ ａ ｙ ｉ ｎ Ｓ ａ ｉ ｓ ｉ ｎ ｒ ｌＳ ｒ ｔ ｒ ｆ Ｓ ｎ ｄ ｂ ｅ
MIDAS索单元应用悬索桥斜拉桥分析
v 运行建模助手后，程序将自动生成悬索桥模型，且提供所有 索单元的几何刚度初始荷载和初始单元内力；
v 将模型根据实际桥梁进行修改。如边界条件、横梁、加劲梁 等，或改为自锚式悬索桥。
v 将主缆上的所有节点定义为更新节点组，将跨中最低点（垂 点定义为垂点组；
初始平衡状态
悬索桥在成桥状态下处于平衡状态，又称为悬索桥的初始 平衡状态。
平衡状态下的相平衡荷载：
索单元的拉力以及各单元的内力 索、吊杆、加劲梁的自重 二期荷载等
悬索桥分析：悬索桥建模助手
原理：程序内部自动分两个步骤进行迭代分析
❖ 第一步骤：根据建模助手中输入几何控制点参数、材料与截面、桥 面系荷载进行第一次几何非线性迭代分析。此时仅考虑悬索桥建模助 手对话框 “桥面系”栏中输入的荷载作为恒载进行分析，求出第一平 衡状态。（未包含索构件自重）
斜拉桥分析：体内力与体外力
分析>施工阶段分析控制数据
体内力（类似于先张法预应力）
将索的初拉力视为内力。 首先将拉索张拉至输入的初拉力值，然后连接拉索两端构件。根据
两端构件的刚度，发生新的变形以及内力重分配，索力发生变化。 只有在拉索两端为固接状态下，张拉后的内力与输入初拉力相同。
体外力（类似于后张法预应力）
通过未必和配合力的分析方法，可以得到最终合拢后的阶段与成桥目标函数完全闭 合的结果。
未必和配合力方法，仅通过正装模型就可以计算拉索张拉控制力，没必要像前面所 诉的方法，还需要建立一个倒拆模型来求得。
未必和配合力计算原理：激活斜拉索之前，拉索两端节点因前一阶段的荷载，发生 的变形。激活拉索时，已输入的体内力还不能把发生变形的节点拉回原位，还需要 补一定量的张力，此张拉力即为未必和配合力。
斜拉桥组成部分的类型作用及连接[详细]
![斜拉桥组成部分的类型作用及连接[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/2ebe269e7375a417876f8f39.png)
连接筒
前盖 斜拉索
彩色PE 黑色PE
张拉端锚杯 预留管道
聚乙烯护套
平行钢丝拉索
缠绕细钢丝或 纤维增强聚脂带
高强钢丝
资讯
斜向双索面
单索面
竖向双索面
➢子任务３.1：试比较三者区别，试着说出各自形式上 的特点。（视觉、抗扭、跨径）
解析
单索面
优点： ➢视觉效果最佳， 墩尺寸最小； 缺点： ➢拉索不抗扭 适用： ➢城市桥、窄桥。
重点和 难点
思维导图
思考
见过下图中的吊桥吗？
• 斜拉桥源于 吊索桥。斜 拉桥的演变 历史表明， 很早以前， 人们就掌握 了从塔架上 悬吊斜拉索 来支承梁的 知识。
我国古代的吊桥
任务一引入：认识斜拉桥
１.斜拉桥与西潼改线沋河大桥有何区 别？（形式上） ２.斜拉桥的传力途径是什么？ ３.简述梁、索、塔主要受什么力？（ 压、拉、弯）？
1.辐射形
特点：
特点：
➢索倾角最大，垂直分力增大， 索用量最省(索力由垂直力定)； ➢索集中在塔顶布置，当跨径 大时，索较多，塔顶截面增大， 不美观； ➢索倾角不同，锚具、垫板的 制作和安装复杂。
➢索倾角相同—锚具、
垫板不复杂；
2.竖琴形
➢塔中压力逐段向下
加大，稳定性提高，
索塔连接易处理；
➢水平分力大，两侧
➢梁与塔墩连接方式
半漂浮 体系
构造特点：塔墩固结，塔墩上设置竖向支承（一般 全设活动支座） 优点：在减小纵向漂移和经济方面有一定好处（优 点不明显） 缺点：塔柱处主梁弯矩很大；温度、收缩、徐变次 内力仍较大； 措施：采用可调高度的支座或弹簧支承，并在成桥 时调整支座反力，以消除大部分收缩、徐变等的不 利影响。 使用：早期常用
可移动桥梁式塔桥模型制作
谢 谢！
改革开放以来，我国 与世界贸易交流日益 频繁，而水上交通在 其中也扮演着重要的 角色，但为节约成本 和缩短运输时间，在 同一地段需水陆交通 兼用。
目录：
(1)设计思路 (2)设计原理 (3)模型制作 (4)图片展示 (5)创新分析
可移动桥梁式 塔桥设计思路：
（1）现代贸易交流日益频繁，水陆交通显得尤为 重要；
可实现水陆双用，缩短了运输时间 和减少了运输资金
该桥梁中间部位桥梁采用活动结构，这种桥梁可供来往 的车辆和大型船只通往，可以在一定程度上缩短此地来往的 车辆和船只的路程，以达到节约运输时间和成本。
.
智能自动化控制桥面的升降
该桥梁的两侧装有红外感应装置，可以感 应一定距离以内的来往船只情况。当有超过安 全高度的船只出现时，桥面上的红灯会自动亮 起，以提醒来往车辆停车，然后感应桥面无车 后自动升起桥面，以保证船只能正常通过。过 后另一侧的感应装置感应船只远离后，自动放 下桥面，绿灯亮起以保证车辆的正常通行。
桥面悬吊式起升塔桥：
通过中间部位上下移动来使过往船只通过
可移动桥梁式塔桥 模型图片展示
模型视图：
模型整体图：
模型细节图示：
创新点
.
采用两端桥梁固定，中间桥面可升降式 结构
该桥桥型集梁、索两种结构于一体，这种桥梁在一 定程度上，使得塔桥和斜拉桥两种桥型的优点得到了相 互补充。斜拉索协助桥梁受力，可以起到改善结构刚度。
（2）为节约成本和缩短运输时间，在同一地方需 水陆交通兼用； （3）桥梁中间部位采用悬吊式结构，使桥梁上移， 实现大型货轮得以通Biblioteka 。可移动桥梁式 塔桥设计理念：
可移动式桥梁分为两种，分别为悬吊起升式桥 面和旋转式移动桥面。两种桥梁均由三部分组成,即 两端固定桥面部分和中间可移动式桥梁部分组成。 当有来往船只通过时，通过移动中间可移动部位来 实现船只的来往。
midas-civil-斜拉桥专题—斜拉桥设计专题教程文件
二、斜拉桥索力调整理论
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，其主要优点在于：恒载作用下，拉 索的索力是可以调整的。斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。
在力学性能方面，当在恒载作用时，斜拉索的作用并不仅仅是弹性支承，更重要的是它能通 过千斤顶主动地施加平衡外荷载的初张力，正是因为斜拉索的索力是可以调整的，斜拉索才可 以改变主梁的受力条件。活载作用下，斜拉索对主梁提供了弹性支承，使主梁相当于弹性支承 的连续梁。由此可见，对于斜拉桥而言，斜拉索的初张力分析是非常重要的。
第二步：利用算得的成桥状态的初拉力（不再是单位力）， 建立成桥模型并定义倒拆施工阶段，以求出在各施工阶段需 要张拉的索力。此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟，在施 工阶段分析控制对话框中选择“体内力”。
第三步：根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力，将 其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。此时 斜拉索仍可采用只受拉索单元来模拟，但在施工阶段分析控 制对话框中选择“体外力”。
三、 midas Civil中的斜拉桥功能
斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同。对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、 材料、二期恒载都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法进行较大的调整。但对于 斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重 要的。因此斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线形和内力状态，其中起主 要调整作用的就是斜拉索的张拉力。
活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料允许应 力之比。
6)影响矩阵法
以上简单介绍了斜拉桥索力调整的几种方法，实际施工中的索力调整是比较复杂的， 且实践性很强。结构分析工程师的经验非常重要，只有多次反复试算才可以得到比较满 的索力。例如：对于锚固在支座上方或附近部位的斜拉索的索力对主梁的弯矩和位移的 响非常小，如果取主梁上的位移或弯矩作为控制值，会导致病态方程。对于辅助墩附近 斜拉索建议人为假定索力进行试算，以得到理想的结构内力和线形。
斜拉桥设计要点
斜拉桥的设计要点(1)结构几何尺寸的确定斜拉桥作为由塔、梁、索组成的组合体系，进行设计时必须综合考虑塔、梁、索三者之间的相互关系。
在桥跨布置、主梁断面形式、索塔形式、索塔高度及支承体系确定后，就可拟定主梁高度以及索塔截面尺寸，并根据主梁高度、受力及构造要求初拟各部分尺寸，然后用平面杆系程序进行试算调整。
调整的原则：①边跨配重应使结构在恒载作用下边墩支座不产生拉力，且在运营期间边墩支座的拉力应控制在一个适当的数值内（便于边墩设计和支座生产）。
②斜拉索的应力、索塔混凝土的压应力、主梁恒载弯矩都应根据桥梁的实际情况控制在合适的幅度内。
③结构体系刚度必须满足要求，主梁在汽车荷载作用下的挠度小于规范规定，并有一定的富余。
④尽量减少梁段类型，方便施工。
几何尺寸的拟定过程中还应结合桥位考虑结构的抗风和抗震要求，必要时应进行节段或全桥的风洞模型试验。
(2)整体静力分析一般来讲，斜拉桥静力分析是先确定合理的成桥状态，再进行施工过程计算，通过控制施工中每根拉索的安装索力来确保实现预定的合理成桥状态。
①合理的成桥状态在确定成桥状态时，起控制作用的往往是主梁的应力。
因此，成桥状态的确定应以主梁受力合理为目标，以应力平衡法来设计主梁恒载内力为佳。
该方法是：以主梁各截面上下缘的最大最小应力作为控制条件来确定其预应力大小和恒载弯矩。
对于混凝土梁一般以拉压应力控制，以截面上下缘的最大应力满足拉压应力控制条件为最理想。
用这种方法确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为理想值，其成桥状态称之为理想状态。
但恒载弯矩在一些控制区域（如跨中）准确地为理想值实际很难实现，设计时一般允许恒载弯矩有一定的活动范围，并将由此确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为合理值，其成桥状态称之为“合理状态”。
②静力分析计算成果合理的成桥状态确定之后，就可以对结构进行详细的静力分析计算。
静力分析的主要内容有：结构设计的施工流程在各阶段的应力、变形、初始索力等，以及成桥运营状态下，各截面的应力和变形。
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斜拉桥模型制作设计图
一、模型概况
斜拉桥主桥结构形式为双塔双索面漂浮体系结构，主梁采用肋板式结构，拉索采用平行钢丝体系。
斜拉桥模型包括桥塔、主梁、斜拉索、桥墩以及基础。
模型全长18.2米，高3.46米，桥面宽0.55米，索96根。
斜拉桥模型三维图见图1、2。
图1 斜拉桥模型全桥三维图
图2 斜拉桥模型桥塔三维图
二、材料
全桥模型材料主要采用有机玻璃制作，主梁、主塔采用有机玻璃制作，斜拉索采用Ф4钢筋，桥墩以及基础为钢筋混凝土结构。
有机玻璃主要材料性能初步假设为：弹性模量E=3.6×103 N/mm2。
斜拉索采用Ф4钢筋(Q235)，强度标准值f yk=235N/mm2，弹性模量E=2.1×105N/mm2。
三、模型结构图
1、斜拉桥模型立面布置
斜拉桥模型包括桥塔、主梁、斜拉索以及桥墩。
该桥为对称结构，以主梁跨中点为中心左右对称。
6号桥塔
斜拉索
混凝土桥墩
边墩
主梁
边墩
3
7号桥塔
图3 斜拉桥模型布置图（单位：㎜）
注：以后图表中尺寸均采用毫米为单位。
2、主梁
主梁全长18.2米，横截面见图4。
主梁截面图(单位：mm)
图4 主梁横截面图
3、塔
塔高3. 16米，详细尺寸见图5～7。
塔与梁不直接连接，依靠拉索连接。
梁底距离塔横梁20毫米。
塔墩高0.65米，地面以上0.4米，地面以下开挖0.25米。
为了塔与墩连接牢固，墩上预留洞口，塔柱延伸至墩底部，然后浇注环氧砂浆填补洞
口。
塔与墩连接处还要加钢板锚固。
塔与墩连接的详细构造见图15～17。
索塔立面图
索塔侧面剖面图图5 塔立面、剖面图 图6 塔侧面剖面图
159515
150
100
157015
150
图7 塔结构详图
4、拉索
斜拉索为双索面，共96根，采用Ф4钢筋。
根据位置不同，斜拉索采用不同的标号。
比如，“S1”表示边跨的拉索，“M1”表示中跨的拉索，具体标号见图8。
S1S3S5S7S9S11
S13
S15S17S19S21S23M1
M3
M5
M7
M9
M11M13M15M17M19M21
M23M25M27M29M31M33M35M37M39M41M43M45M47S25S27S29S31S33S35S37S39S41S43S45S47
边跨
中跨边跨
图8 拉索位置标号
（1） 拉索锚固方式
拉索在塔内壁锚固，在梁肋底部设螺栓来调节索力。
该螺栓还可以调节梁的竖向线型。
（2） 拉索的数量及长度
表1中列出拉索数量及长度，其中索长度指拉索位于梁与塔上作用点之间的距离。
初步预定下料长度比索长度大约多40㎜。
梁底一端的索端的螺纹要至少40㎜。
表1 拉索数量及其长度
（3）位于梁上的索位置
梁上的索位置布置见图9。
图9 索位置(梁横截面)
主梁截面图(单位：mm)
说明：（a）斜拉索从主梁梁肋穿过，需要预先在梁肋上钻孔。
（b）索在梁肋底部的定位：横向：梁肋中点处；纵向：见图10、11。
（c）索在梁顶部的定位：见图12、13。
39
图10 梁侧索定位（纵向）<1>
39
图11 梁侧索定位（纵向）<2>
梁顶索定位图(沿梁纵向）1
图12 梁顶索定位图（沿梁纵向）<1>
梁横向中心线
梁顶索定位图(沿梁纵向）2
图13 梁顶索定位图（沿梁纵向） <2>
（3）位于塔上的索位置
塔上的索位置布置见图14。
（1）塔侧向索位置 图14 塔上索的位置图
说明：（1）塔侧向索位置图中，只画了塔侧向剖面的一半；（2）塔内壁索位置：索布置在塔柱的中心线上
5、铁块
为了满足模型质量换算的要求，在梁底部布置铁块。
铁块初步采用13㎜铁板加工而成（通过有机玻璃力学试验得知其弹性模量后，最后确定铁板厚度。
） （1）梁下铁块的布置
每块90mm*100mm 铁块间隔8mm
每块90mm*100mm
铁块间隔8mm
图15 梁底铁块分布图
.
（2）塔上铁块的布置
塔上铁块也采用13㎜铁板，初步加在没有索的塔外壁（为了美观加在塔内是最好）。