《混凝土簡(jiǎn)支梁橋》PPT課件.ppt

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第五章混凝土簡(jiǎn)支梁橋 第五章混凝土簡(jiǎn)支梁橋 第一節(jié)混凝土簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)與構(gòu)造特點(diǎn)第二節(jié)混凝土簡(jiǎn)支梁橋的預(yù)制和施工方法第三節(jié)混凝土簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 第三節(jié)混凝土簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 一 概述 計(jì)算過(guò)程 荷載計(jì)算 裂縫撓度驗(yàn)算 第三節(jié)混凝土簡(jiǎn)支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 一 概述 簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)計(jì)算的項(xiàng)目一般有 主梁 主要承重構(gòu)件橋面板 直接承受車(chē)輛荷載 又是主梁的受壓翼緣橫隔梁 主要增強(qiáng)梁橋的橫向剛性 起分布荷載作用支座 將主梁支點(diǎn)反力傳遞至墩臺(tái) 二 行車(chē)道板的計(jì)算1 車(chē)輛活載在板上的分布 1 公路汽車(chē)荷載輪壓一般作為分布荷載處理車(chē)輪著地面積 a1 b1橋面板荷載壓力面 a2 b2荷載在鋪裝層內(nèi)按45 擴(kuò)散沿縱向 a2 a1 2h沿橫向 b2 b1 2h橋面板的輪壓局部分布荷載 二 行車(chē)道板的計(jì)算1 車(chē)輛活載在板上的分布 2 鐵路列車(chē)荷載 二 行車(chē)道板的計(jì)算1 車(chē)輛活載在板上的分布 2 鐵路列車(chē)荷載 人行道恒載 支架欄桿 步板 人行道活載 距橋中心2 45m以內(nèi) 考慮維修道床時(shí)堆放道碴 按10kN m2計(jì)算 距橋中心2 45m以外 按4kN m2計(jì)算 明橋面 按4kN m2計(jì)算 橋面板荷載示意圖 二 行車(chē)道板的計(jì)算2 行車(chē)道板分類(lèi)按行車(chē)道板支承情況 可分為 單邊支承 兩邊支承 三邊支承和四邊支承等四種情況 二 行車(chē)道板的計(jì)算2 行車(chē)道板分類(lèi)按受力情況分 單向板 長(zhǎng)邊 短邊 2荷載絕大部分沿短跨方向傳遞可視為單由短跨承載的單向板 雙向板 長(zhǎng)邊 短邊 2懸臂板 如翼板端邊自由 即三邊支承板 可作為沿短跨一端嵌固 而另一端自由的懸臂板來(lái)分析鉸接懸臂板 相鄰翼緣板在端部做成鉸接接縫的情況 按一端嵌固 一端鉸接的懸臂板計(jì)算 3 板的有效工作寬度板有效工作寬度 或荷載有效分布寬度 除輪壓局部分布荷載直接作用板帶外 其鄰近板也參與共同分擔(dān)荷載 板有效工作寬度影響因素 板支承條件 荷載性質(zhì) 荷載位置 二 行車(chē)道板的計(jì)算 3 板的有效工作寬度 1 單向板 二 行車(chē)道板的計(jì)算 3 板的有效工作寬度 1 單向板 二 行車(chē)道板的計(jì)算 板的有效工作寬度或荷載有效分布寬度 3 板的有效工作寬度 1 單向板 荷載在跨中單個(gè)荷載多個(gè)荷載 荷載在板支承處 荷載靠近板支承處 二 行車(chē)道板的計(jì)算 二 行車(chē)道板的計(jì)算 3 板的有效工作寬度 2 懸臂板荷載靠近板邊的情況 對(duì)履帶荷載 因其著地面較長(zhǎng) 不考慮壓力面以外板參加工作 二 行車(chē)道板的計(jì)算 3 板的有效工作寬度 4 行車(chē)道板的內(nèi)力計(jì)算行車(chē)道板通常由彎矩控制設(shè)計(jì) 常取沿橋長(zhǎng)方向1m寬板條 按梁式板計(jì)算 根據(jù)板的有效寬度可得梁式板計(jì)算荷載 即荷載除以相應(yīng)的板有效工作寬度得到每米板寬荷載 二 行車(chē)道板的計(jì)算 4行車(chē)道板的內(nèi)力計(jì)算 1 連續(xù)單向板 先計(jì)算同跨簡(jiǎn)支板跨中彎矩M0 再修正 二 行車(chē)道板的計(jì)算 1m寬簡(jiǎn)支板的跨中活載彎矩1m寬簡(jiǎn)支板的跨中恒載彎矩 4行車(chē)道板的內(nèi)力計(jì)算 二 行車(chē)道板的計(jì)算 1 連續(xù)單向板 4行車(chē)道板的內(nèi)力計(jì)算 二 行車(chē)道板的計(jì)算 2 懸臂板內(nèi)力 2 懸臂板內(nèi)力 時(shí) 或 時(shí) 恒載彎矩1m寬板條的最大設(shè)計(jì)彎矩 三 荷載橫向分布的計(jì)算1 荷載橫向分布系數(shù)的概念荷載橫向分布是指作用在橋上的車(chē)輛荷載如何在各主梁間進(jìn)行分配 或者說(shuō)各主梁如何共同分擔(dān)車(chē)輛活載鐵路簡(jiǎn)支梁通常由兩片主梁組成 可將恒載和列車(chē)活載均分給兩片主梁 計(jì)算主梁內(nèi)力時(shí) 只需考慮活載沿跨度方向的最不利位置 主梁內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題 三 荷載橫向分布的計(jì)算1 荷載橫向分布系數(shù)的概念公路橋梁橋面較寬 主梁片數(shù)往往較多并與橋面板和橫隔梁聯(lián)結(jié)在一起 當(dāng)橋上車(chē)輛處于橫向不同位置時(shí) 各主梁參與受力的程度不同 屬空間問(wèn)題 求解難度大 應(yīng)將空間問(wèn)題簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題 三 荷載橫向分布的計(jì)算1 荷載橫向分布系數(shù)的概念 三 荷載橫向分布的計(jì)算1 荷載橫向分布系數(shù)的概念荷載橫向分布系數(shù)表示某根主梁所承擔(dān)的最大荷載與軸重的比值 三 荷載橫向分布的計(jì)算1 荷載橫向分布系數(shù)的概念荷載橫向分布系數(shù)與各主梁之間的橫向聯(lián)系有直接關(guān)系 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法常用的計(jì)算方法 杠桿原理法 剛性橫梁法 修正的剛性橫梁法 鉸接板 梁 法 剛結(jié)板 梁 法 比擬正交異性板法 G M法 從分析荷載在橋上的橫向分布出發(fā) 求得各梁的荷載橫向分布影響線 再通過(guò)橫向最不利加載來(lái)計(jì)算荷載橫向分布系數(shù) 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法荷載橫向分布影響線 P 1在梁上橫向移動(dòng)時(shí) 某主梁所相應(yīng)分配到的不同的荷載作用力 對(duì)荷載橫向分布影響線進(jìn)行最不利加載Pi 可求得某主梁可行最大荷載力荷載橫向分布系數(shù) 將Pi除以車(chē)輛軸重 1 杠桿分配法基本假定 忽略主梁之間橫向結(jié)構(gòu)的聯(lián)系 假設(shè)橋面板在主梁上斷開(kāi)并與主梁鉸接 把橋面板視作橫向支承在主梁上的簡(jiǎn)支板或帶懸臂的簡(jiǎn)支板荷載橫向分布影響線為三角形適用情況 只有鄰近兩根主梁參與受力 雖為多主梁 但計(jì)算梁端支承處荷載 無(wú)中間橫隔梁 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 1 杠桿分配法 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 1 杠桿分配法荷載橫向分布影響線 如下圖 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 1 杠桿分配法荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算 根據(jù)最不利位置布載 求得相應(yīng)影響線高度根據(jù)得到 例題 1 2 3 4 畫(huà)出1 2號(hào)梁的荷載橫向分布影響線 及單線車(chē)輛荷載作用下1 2號(hào)梁荷載橫向分布系數(shù) 1 0 1 0 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 1 杠桿分配法 0 51 8 1 8 2 剛性橫梁法 偏心受壓法 假定 橫梁是剛性的 寬跨比B l 0 5 忽略主梁抗扭剛度 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 偏心荷載P作用下各主梁所分擔(dān)的荷載從圖中可以看出 在上述前提假定下 橋面在偏心荷載作用下的變形為一直線 且靠近活載一側(cè)的邊梁受載最大 2 剛性橫梁法 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 將偏心力P分解為通過(guò)扭轉(zhuǎn)中心的P及M Pe只要求出兩種荷載作用下對(duì)于各主梁的作用力 并將其疊加 便可得到偏心荷載P 1對(duì)各根主梁的荷載橫向分布 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 2 剛性橫梁法 i 中心荷載P 1的作用通過(guò)扭轉(zhuǎn)中心的P作用下 各片主梁撓度相等 可求得中心荷載P在各片主梁間的荷載分布為 有 推導(dǎo)過(guò)程 或 ii 偏心力矩M 1 e的作用在偏心力矩M Pe作用下 桁梁繞扭轉(zhuǎn)中心O有一個(gè)微小的轉(zhuǎn)動(dòng)角 因此各片主梁所分配的荷載為 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 2 剛性橫梁法 推導(dǎo)過(guò)程 有 由 則偏心力P作用下 每片主梁分配的荷載為 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 2 剛性橫梁法 當(dāng)各主梁截面相同時(shí) 利用荷載橫向分布影響線求主梁的m 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 2 剛性橫梁法 令P 1依次變化e 則可求出第i根主梁荷載橫向分布影響線縱標(biāo) 例題 翼板長(zhǎng)2m 1 畫(huà)出1 2號(hào)梁的荷載橫向分布影響線 2 在車(chē)輛荷載作用下各梁的荷載橫向分布系數(shù) 1 2 3 4 0 7 0 2 P 2 P 2 P 2 P 2 三 荷載橫向分布的計(jì)算2 荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算方法 3 荷載橫向分布計(jì)算的其他方法簡(jiǎn)介 修正的剛性橫梁法 鉸結(jié)板 梁 法 剛結(jié)板 梁 法 比擬正交異性板法 修正的剛性橫梁法 剛性橫梁法具有概念清楚 公式簡(jiǎn)明和計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn) 然而其在推演過(guò)程中由于作了橫隔板近似絕對(duì)剛性和忽略主梁抗扭剛度的假定 導(dǎo)致了邊梁的計(jì)算結(jié)果偏大 若考慮主梁抗扭剛度 可進(jìn)行修正 這一方法即不失剛性橫梁法之優(yōu)點(diǎn) 又避免了結(jié)果偏大的缺陷 因此修正的剛性橫梁法是一個(gè)具有較高應(yīng)用價(jià)值的近似法 荷載橫向分布系數(shù) 修正系數(shù) 鉸結(jié)板 梁 法適用范圍 現(xiàn)澆混凝土縱向企口縫連接的裝配式板橋 以及僅在翼板間用焊接鋼板或伸出交叉鋼筋連接的無(wú)中間橫隔梁的裝配式T形梁橋計(jì)算假設(shè) 鉸式鍵只傳遞豎向剪力 橋上荷載近似作為一個(gè)沿橋連續(xù)分布的正弦荷載 且作用于梁軸上 求出各鉸處 即可求出橫向分布影響線 關(guān)鍵在于求出鉸結(jié)力g1 g2 g3 變形協(xié)調(diào)方程扭轉(zhuǎn)位移與主梁撓度之比懸臂板撓度與主梁撓度之比 變形協(xié)調(diào)方程改寫(xiě)為在實(shí)際的鉸結(jié)橋梁中 系數(shù) 一般可以略去不計(jì) 計(jì)算出 值后 再根據(jù)梁數(shù)和所計(jì)算的梁號(hào) 便可以從現(xiàn)成計(jì)算用表中查出各梁軸線處荷載橫向分布影響線的縱坐標(biāo) 剛結(jié)板 梁 法在鉸結(jié)板 梁 計(jì)算理論的基礎(chǔ)上 在結(jié)合縫處補(bǔ)充引入冗余彎矩m 得到考慮板的橫向剛性連接特點(diǎn)的變形協(xié)調(diào)方程 從而求解各梁荷載橫向分布的方法 該方法視梁系為超靜定結(jié)構(gòu) 用力法求解 適用于翼緣板之間是剛性連接的肋梁橋 比擬正交異性板法 G M法 適用情況 對(duì)于由主梁 連續(xù)橋面板及多根橫隔板組成的鋼筋混凝土橋中 當(dāng)其寬跨比 1 2 每根主梁的截面抗彎慣矩和抗扭慣矩分別為Ix ITx 橫隔梁的截面抗彎慣矩和抗扭慣矩分別為Iy ITy 比擬正交異性板法就是把Ix和ITx均勻分?jǐn)傆赽寬度上 Iy和ITy均勻分?jǐn)傆赼上 得到了在x y方向截面單寬抗彎剛度EJx EJy和抗扭剛度GJTx GJTy的正交異性板 求解在單位荷載下的板撓度曲線 據(jù)荷載與撓度關(guān)系求各根主梁處荷載橫向分布影響線 比擬正交異性板法的優(yōu)點(diǎn) 能利用編制好的計(jì)算圖表得出比較精確的結(jié)果 它概念明確 計(jì)算方便快捷 對(duì)于各種橋面凈空和多種荷載組合情況 可以很快求出各片主梁的相應(yīng)內(nèi)力值 三 荷載橫向分布的計(jì)算5 荷載在順橋跨不同位置時(shí)主梁荷載橫向分布系數(shù)的取值荷載在橋跨縱向作用位置不同 對(duì)某一主梁產(chǎn)生的橫向分布系數(shù)也不同 處理方法 通常用杠桿原理法確定支點(diǎn)處的橫向分布系數(shù)m0 用其他各方法計(jì)算荷載位于跨中的橫向分布系數(shù)mc 三 荷載橫向分布的計(jì)算5 荷載在順橋跨不同位置時(shí)主梁荷載橫向分布系數(shù)的取值梁內(nèi)其他截面橫向分布系數(shù)取值規(guī)定如下圖 三 荷載橫向分布的計(jì)算5 荷載在順橋跨不同位置時(shí)主梁荷載橫向分布系數(shù)的取值在具體設(shè)計(jì)中 當(dāng)計(jì)算簡(jiǎn)支梁最大彎矩時(shí) 由于跨度內(nèi)橫向分布系數(shù)變化不大 一般可取全梁不變的mc進(jìn)行計(jì)算 對(duì)其他截面彎矩計(jì)算 通常也可取不變的mc 在計(jì)算主梁的最大剪力 梁端截面 由于主要荷載位于m的變化區(qū)段內(nèi) 而且相對(duì)應(yīng)的剪力影響線均接近最大值 故應(yīng)考慮該區(qū)段內(nèi)橫向分布系數(shù)變化的影響 對(duì)靠近梁遠(yuǎn)端的荷載 可近似取mc來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算 四 主梁的計(jì)算主梁計(jì)算程序 確定荷載 計(jì)算截面內(nèi)力 配筋設(shè)計(jì) 其他驗(yàn)算 恒載 活載計(jì)算橫向分布系數(shù)計(jì)算 荷載組合跨中 彎矩支點(diǎn) 剪力1 4 1 8 3 8截面 變截面 彎矩 剪力 正截面抗彎斜截面抗剪斜截面抗彎 開(kāi)裂撓度等 四 主梁的計(jì)算1 恒載內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)化方法 將恒載 主梁自重 橫隔梁 橋面鋪裝 人行道 欄桿等重量 均勻分?jǐn)偨o各主梁為精確計(jì)算 可根據(jù)施工安裝情況 將人行道 欄桿等重量按照荷載橫向分配規(guī)律分配 根據(jù)具體情況 恒載可能分成多個(gè)階段考慮 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)輛荷載車(chē)輛荷載是指由若干車(chē)輪軸重組成的荷載 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)輛荷載主梁截面由汽車(chē)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算一般公式為 S 所求截面的彎矩或剪力1 沖擊系數(shù) 多車(chē)道橫向折減系數(shù)mi 沿橋縱向與車(chē)輪荷載位置對(duì)應(yīng)的橫向分布系數(shù)Pi 車(chē)輪荷載的各軸重yi 沿橋縱向與車(chē)輪荷載位置對(duì)應(yīng)的內(nèi)力影響線縱坐標(biāo)值 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)道荷載 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)道荷載由車(chē)道荷載中均布荷載qk產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算一般公式為 S 所求截面的彎矩或剪力1 沖擊系數(shù) 多車(chē)道橫向折減系數(shù)mc 跨中橫向分布系數(shù)qk 車(chē)道荷載中的均布荷載 同符號(hào)彎矩或剪力影響線的面積 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)道荷載鐵路簡(jiǎn)支梁采用等代荷載加載時(shí) 計(jì)算人行道荷載時(shí) 用縱向每延米人群荷載集度代替qk 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)道荷載對(duì)車(chē)道荷載中的集中力Pk 其作用位置需根據(jù)具體情況而定 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)道荷載計(jì)算支點(diǎn)剪力時(shí) 由于跨中與支點(diǎn)處橫向分布系數(shù)不同 差異較大時(shí) 應(yīng)根據(jù)試算確定最不利荷載位置 四 主梁的計(jì)算2 活載內(nèi)力計(jì)算 1 車(chē)道荷載對(duì)均布荷載qk 或人群荷載 其在橫向分布系數(shù)變化區(qū)段所產(chǎn)生的三角形荷載對(duì)剪力的影響 可由下式計(jì)算 ya 對(duì)應(yīng)于附加三角形荷載重心位置剪力影響線縱坐標(biāo)值 四 主梁的計(jì)算3 內(nèi)力組合和內(nèi)力包絡(luò)圖 1 鐵路簡(jiǎn)支梁橋的荷載組合 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 TB10002 3 99 以容許應(yīng)力法為基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)集中反映在材料的容許應(yīng)力取值上 對(duì)不同荷載組合 材料容許應(yīng)力有所不同 而用于荷載的名義上的安全系數(shù)為1 因此 在進(jìn)行鐵路橋梁的內(nèi)力組合時(shí) 將各截面恒載內(nèi)力與活載產(chǎn)生的最大內(nèi)力進(jìn)行直接相加 即為計(jì)算內(nèi)力 四 主梁的計(jì)算3 內(nèi)力組合和內(nèi)力包絡(luò)圖 2 公路簡(jiǎn)支梁橋的荷載組合 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 JTGD62 2004 以極限狀態(tài)法為基礎(chǔ) 根據(jù)不同的極限狀態(tài)采用不同的荷載安全系數(shù)進(jìn)行荷載組合 四 主梁的計(jì)算3 內(nèi)力組合和內(nèi)力包絡(luò)圖 2 公路簡(jiǎn)支梁橋的荷載組合僅考慮結(jié)構(gòu)重力效應(yīng)SG 汽車(chē)荷載效應(yīng)SQ和人群荷載效應(yīng)SR的簡(jiǎn)單情況 各種組合如下 承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)重力對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力不利 結(jié)構(gòu)重力對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力有利 四 主梁的計(jì)算3 內(nèi)力組合和內(nèi)力包絡(luò)圖 2 公路簡(jiǎn)支梁橋的荷載組合正常使用極限狀態(tài) 汽車(chē)荷載不計(jì)沖擊力 組合結(jié)果用于結(jié)構(gòu)變形 抗裂及預(yù)應(yīng)力混凝土梁的應(yīng)力計(jì)算 作用短期效應(yīng)組合 作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合 四 主梁的計(jì)算3 內(nèi)力組合和內(nèi)力包絡(luò)圖 3 內(nèi)力包絡(luò)圖的繪制沿梁軸各個(gè)截面 將控制設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)力值按適當(dāng)比例繪成縱坐標(biāo) 連接這些坐標(biāo)點(diǎn)而繪成的曲線 即為內(nèi)力包絡(luò)圖 envelope 四 主梁的計(jì)算4 結(jié)構(gòu)的配筋和驗(yàn)算已知主梁的各種荷載組合下各截面的計(jì)算內(nèi)力和內(nèi)力包絡(luò)圖 就可以應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和方法進(jìn)行主梁內(nèi)縱向主筋 腹筋和箍筋的設(shè)計(jì) 并按照規(guī)范要求配置構(gòu)造鋼筋 然后按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行祝亮的強(qiáng)度 應(yīng)力 剛度 變形 穩(wěn)定性和抗裂性 裂縫寬度 的驗(yàn)算 具體驗(yàn)算方法和內(nèi)容按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行