連續(xù)梁橋—內力計算.ppt

橋梁工程 主編趙青 普通高等學校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材 連續(xù)梁橋內力計算 連續(xù)梁橋內力計算 3 本節(jié)內容 一 橋梁設計步驟二 結構重力計算 橋梁設計一般分總體設計 初步設計 結構設計 施工圖設計 兩步 前者工作 選定橋位 橋型方案 確定橋長 跨徑 橋寬 主梁截面形式 梁高等關鍵要素 后者工作 細化構造 明確作用 汽車荷載 人群 溫度 基礎變位等 確定材料 施工方法 完成內力計算 配筋設計 驗算 最終形成施工圖 一 橋梁設計步驟 主要步驟如下 1 細化結構尺寸 確定材料類型 2 模擬實際施工階段 計算相關作用內力3 將各作用內力進行持久狀況承載能力和正常使用極限狀態(tài)效應組合即第一次效應組合4 據(jù)第一次效應組合值 按持久狀況承載能力和正常使用極限狀態(tài)估算預應力筋 對PC連續(xù)梁橋 估算預應力筋時 一般將第一次組合最大控制彎矩值的20 30 作為次內力計入 5 根據(jù)規(guī)范構造 施工要求 將估算的預應力筋進行橫 立 平面布置 6 根據(jù)鋼筋布置結果 考慮鋼筋對主梁截面幾何特性的影響 重新模擬施工過程 進行主梁真實作用效應計算 再次進行相應作用效應組合即第二次效應組合 7 據(jù)第二次效應組合值 進行規(guī)定狀況下極限狀態(tài)的截面強度 應力 裂縫 變形等驗算 8 若各項難處均滿足橋規(guī)要求 則設計通過 若有些截面不滿足 則調整鋼筋 甚至修改截面尺寸重新計算 直至各項驗算滿足橋規(guī)為止 二 結構重力計算 結構重力作用包括一期恒載 主梁自重 和二期恒載 結構附加重力 橋面鋪裝 人行道 拉桿 燈柱等 一期恒載內力與施工方法密切相關 二期恒載模擬為均布荷載 連續(xù)梁橋常用五種施工方法如下 一 計算特點 1 適用 橋墩不高 橋下地面適宜搭設支架中小跨徑連續(xù)梁橋 2 該施工法無體系轉換 一期 期恒載都按一次落架方式作用在連續(xù)梁上 疊加兩個施工階段的內力即為結構重力作用的內力 3 結構自重內力可用力法 位移法 影響線法 有限單元法計算 4 采用有限單元法時 將各單元自重簡化為均布荷載 橫隔板簡化為集中力作用在橫隔板中心線處 二 滿堂支架施工 5 例有一聯(lián)30 45 30m的預應力砼變截面連續(xù)梁橋 按一次落架施工法 單元離散圖如下 先架設預制主梁形成簡支梁 再主梁在墩頂連成整體形成連續(xù)梁體系 以4跨連續(xù)梁橋為例 施工過程如下 1 階段1 架設主梁 三 簡支轉連續(xù)施工 2 階段2 邊跨合龍 3 階段3 中跨合龍 4 階段4 體系轉換 5 階段5 橋面系施工 1 階段1 懸臂梁體系在支架上澆筑邊跨砼 形成單懸臂梁狀態(tài) 四 移動模架逐孔澆筑施工 2 階段2 帶懸臂連續(xù)梁體系在支架上澆筑第2跨砼 形成一次超靜定連續(xù)梁狀態(tài) 以此類推 澆筑后面跨 3 階段3 連續(xù)梁體系在支架上澆筑最后一跨砼 形成連續(xù)梁體系 1 在橋梁一端搭設的臺座上逐段預制 逐段向橋另一端推進 結構體系經(jīng)歷懸臂梁 簡支梁 雙跨連續(xù)梁 多跨連續(xù)梁直到成橋連續(xù)梁體系 2 在頂推過程中 結構體系 梁體內力不斷發(fā)生變化 施工過程中的主梁各截面自重內力比使用狀態(tài)下自重內力更不利 五 頂推施工 3 主梁配筋由施工過程內力包絡圖和使用階段內力包絡圖共同決定 4 每頂出一段長度 一般取5m 進行一次自重內力分析 頂推施工時彎矩包絡圖如下 5 與鼻梁相接的第1孔梁截面受力最不利 其他孔截面內力約為固端梁在自重作用下的彎矩 6 施工過程中 主梁最大自重彎矩發(fā)生在鼻梁剛過前方支點 7 主梁最小自重負彎矩發(fā)生在鼻梁剛過前方支點或鼻梁剛接近前方支點時 1 懸臂施工的連續(xù)梁橋最終結構自重內力與合龍次序 預應力 砼收縮徐變有關 2 例 一3跨預應力砼連續(xù)梁橋 上部結構采用掛籃對稱平衡懸臂法施工 分為5個施工階段 合龍次序為先邊跨后中跨 六 懸臂施工 1 階段1 在主墩上懸臂澆筑砼在1號 2號墩頂澆筑0號塊梁段 后用掛籃橋墩兩側分節(jié)段對稱平衡懸臂施工 邊跨不對稱梁段用支架施工 如上圖b 2 階段2 邊跨合龍此時形成單懸臂體系 主梁自重內力如c 3 階段3 拆除臨時錨固邊跨合龍連成整體后 拆除臨時錨固 即對主梁施加一對方向相反的力R 以釋放邊跨合龍時在臨時錨固中產(chǎn)生的力 R在懸臂體系引起的內力如圖d 4 階段4 中跨合龍現(xiàn)澆合龍段自重與掛籃施工機具重力之和R0施加單懸臂的懸臂端 R0產(chǎn)生的內力如e 5 階段5 拆除合龍段掛籃跨中合龍段砼凝固與兩邊單懸臂梁形成連續(xù)梁后 拆除施工機具 相當于對連續(xù)梁施加 5 階段5 拆除合龍段掛籃跨中合龍段砼凝固與兩邊單懸臂梁形成連續(xù)梁后 拆除施工機具 相當于對連續(xù)梁施加一對反向力R0 跨中合龍段自重則作用與連續(xù)梁上 內力如f以上為每個階段的內力分析 某個階段的累計內力為該階段內力與前幾個階段內力疊加值 三 可變作用內力計算 一 計算公式 1 二 荷載橫向分布系數(shù)的算法 影響橫向分布系數(shù)因素 橋梁寬跨比 主梁抗彎 搞扭剛度 超靜定連續(xù)板 梁橋橫向分布系數(shù) 可用等跨徑等撓曲剛度即 等效剛度簡支板 梁法 代替連續(xù)板 梁求其橫向分布系數(shù) 可將連續(xù)板 梁換算為不同跨徑等撓度即 等撓度跨徑換算法 求其橫向分布系數(shù) 可用連續(xù)板 梁彎矩圖反彎點之間的跨徑作為簡支板梁跨徑求其橫向分布系數(shù) 四 次內力計算 一 次內力 連續(xù)梁結構受強迫變形時會在多余約束處產(chǎn)生約束反力 從而產(chǎn)生附加內力 又稱結構次內力 或稱二次力 二 預加力引起的次內力 預應力砼簡支梁在預加力作用下只產(chǎn)生自由撓曲和預應力偏心矩 不產(chǎn)生次力矩 連續(xù)梁由于多余約束產(chǎn)生限制梁體自由變形 在多余約束處產(chǎn)生垂直次內力 在梁體內產(chǎn)生次力矩 如下圖 三 徐變引起的次內力 砼在荷載作用下的變形分為 彈性變形 與荷載有關 收縮變形 與時間有關 徐變變形 與荷載和時間有關 連續(xù)梁砼徐變變形 結構受多余約束而產(chǎn)生次內力 稱為徐變次內力 四 收縮引起的次內力 結構砼收縮不是因外力 而因結構材料本身特性引起的 是與時間有關的變形 收縮是三維的 結構分析中主要考慮順橋向收縮變形量 連續(xù)梁橋只計算結構收縮位移量 墩梁固結的剛構橋 需考慮因收縮引起的結構次內力 五 基礎變位引起的次內力 基礎變位包括墩臺沉降和支座強迫位移 二者引起的結構內力稱為基礎變位次內力 收縮是三維的 結構分析中主要考慮順橋向收縮變形量 連續(xù)梁橋只計算結構收縮位移量 墩梁固結的剛構橋 需考慮因收縮引起的結構次內力 六 溫度次內力 溫度影響包括年溫差影響和局部溫差影響 日照溫差 前者指氣溫隨季節(jié)周期性變化對結構物的作用 假定溫度在結構內均值變化 連續(xù)梁無水平約束 年溫差強引起結構均勻伸縮 并不產(chǎn)生溫度次內力 日照溫差會溫度在結構表面和內部不均勻分布產(chǎn)生次內力 五 內力包絡圖 內力包絡圖 軸力 剪力 彎矩包絡圖 六 截面鋼筋估算及布置 根據(jù)第一次最不利作用組合下的軸力 剪力 彎矩包絡圖 不含預應力及相關內力 預估配筋量并進行合理布筋 考慮預配筋預應力損失及彈性次內力后 根據(jù)全橋最不利第2次作用效應組合值 含預應力及相關內力 進行調筋和驗算 a 頂推連續(xù)梁 b 先簡支后連續(xù)梁 c d 正 負彎矩預應力筋分別布置 在彎矩0點附近分散交叉 d 整體澆筑連續(xù)梁的連續(xù)配筋 一 預應力筋布置