《混凝土桥教案》PPT课件.ppt
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1、混凝土桥,任课教师:夏 嵩教 材:混凝土桥,李乔教授主编,2023/6/2,混凝土桥B,1,第二章 简支梁桥的设计与计算,2.1 混凝土简支梁桥概述 2.2 立面布置与构造设计 2.3 主梁结构内力计算 2.4 荷载横向分布计算 2.5 横隔梁的计算要点 2.6 桥面板的计算要点 2.7 主梁挠度计算与预拱度设置,2023/6/2,混凝土桥B,2,2.1 混凝土简支梁桥概述,混凝土简支梁桥的特点混凝土简支梁桥设计关键基本设计计算流程,2023/6/2,混凝土桥B,3,2.1 混凝土简支梁桥概述,混凝土简支梁桥的特点受力明确静定结构,受力明确。构造简单易于设计易于设计成系列化和标准化的桥型。易于
2、施工有利于在工厂内或工地上广泛采用工业化施工,组织大规模预制生产,显著加快建桥速度。易于管养病害少,维修、更换容易。跨度受限在中小跨径桥梁中应用广泛。,2023/6/2,混凝土桥B,4,2.1 混凝土简支梁桥概述,混凝土简支梁桥的构成示例,2023/6/2,混凝土桥B,5,原始地形,简单的施工流程示例简支空心板的成桥过程,2023/6/2,混凝土桥B,6,设置桥台,2023/6/2,混凝土桥B,7,设置桥墩,2023/6/2,混凝土桥B,8,浇筑盖梁,2023/6/2,混凝土桥B,9,边梁架设,2023/6/2,混凝土桥B,10,铺设中部梁板,2023/6/2,混凝土桥B,11,桥面铺装,20
3、23/6/2,混凝土桥B,12,两岸施工,2023/6/2,混凝土桥B,13,附属设施安装,成桥,2023/6/2,混凝土桥B,14,简单的施工流程示例一些构造示例,简支空心板梁边梁,2023/6/2,混凝土桥B,15,简支空心板梁边梁配筋,2023/6/2,混凝土桥B,16,简支空心板梁边梁配筋,2023/6/2,混凝土桥B,17,简支空心板梁边梁配筋,2023/6/2,混凝土桥B,18,简支空心板梁边梁预应力,2023/6/2,混凝土桥B,19,2.1 混凝土简支梁桥概述,混凝土简支梁设计关键截面的拟定(预应力)钢筋截面积和位置设计以上二者相互关联,混凝土简支梁的设计关键:,截面尺寸设计拟
4、定,预应力设计/钢筋设计,力钢筋面积,力钢筋布置,受力计算是纽带,参照经验数据参照已有图纸,估算,布置设计,2023/6/2,混凝土桥B,20,2.1 混凝土简支梁桥概述,基本设计流程简支梁上部结构设计计算项目:主梁、横隔梁、桥面板、支座,2023/6/2,混凝土桥B,21,2.2 立面与构造设计,立面设计要点横断面设计要点关键细节设计要点,2023/6/2,混凝土桥B,22,2.2 立面与构造设计,立面设计要点跨径的选择混凝土简支梁桥优先考虑采用标准跨径进行设计布置。,铁路的标准跨径,公路的标准跨径,2023/6/2,混凝土桥B,23,2.2 立面与构造设计,立面设计要点跨径的选择混凝土简支
5、梁桥优先考虑采用标准跨径进行设计布置。跨径的大小需要与下部结构的规模配合确定。跨径的大小需要与施工能力和方便性配合确定。跨径大小的确定需要综合考虑截面类型的适用性。,2023/6/2,混凝土桥B,24,2.2 立面与构造设计,立面设计要点梁高的选择受弯构件中梁高是设计控制关键因素。梁高最终由计算确定,初步确定时也可参照标准图和经验公式。,2023/6/2,混凝土桥B,25,2.2 立面与构造设计,立面设计要点梁高的选择方法1:按合理高跨比确定公路预应力混凝土简支梁的高跨比宜取1/141/25。跨径较大时,高跨比宜取偏小值。,2023/6/2,混凝土桥B,26,2.2 立面与构造设计,立面设计要
6、点梁高的选择方法1:参照标准图的梁高与跨度关系内插计算(应注意荷载级别是否对应)。,公路装配式预应力混凝土T形简支梁标准图的高跨数据,2023/6/2,混凝土桥B,27,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点截面形式的选择断面形态的考虑,2023/6/2,混凝土桥B,28,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点截面形式的选择断面形成的考虑,整体式,装配式,运输/安装方便,板式,肋板式,箱式,2023/6/2,混凝土桥B,29,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点主梁间距的选择公路简支T梁主梁间距宜取1.82.5m。加大间距减小片数比较经济。间距较大时需注意翼缘板应力。40m标准图间距采用2.
7、2m,偏小;实际设计中多用到2.5m。,2023/6/2,混凝土桥B,30,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点腹板厚度的考虑腹板厚度控制抗剪能力和主拉应力大小。PC梁由于有预应力钢筋的作用,腹板厚度一般由构造要求决定。公路T梁中通常跨中腹板厚约1518cm(不得小于14cm);端部与马蹄同宽。为保证腹板稳定及灌注,上下翼缘承托间的腹板高度在无竖向预应力钢筋时不大于腹板厚度的15倍。,2023/6/2,混凝土桥B,31,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点顶板厚度的选择公路T梁翼缘板厚根部不小于梁高的1/12。公路T梁翼缘板厚端部不小于6cm。,2023/6
8、/2,混凝土桥B,32,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点下翼缘的选择公路T梁马蹄全宽为其腹板宽的24倍;平均厚度为梁高的0.150.2倍;马蹄斜坡宜陡于45。马蹄面积不宜过小,一般占截面总面积的1020%。马蹄不宜过高过大,避免降低形心、减小预应力偏小距。,2023/6/2,混凝土桥B,33,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点梁端的考虑端部腹板应加厚,以满足支座处主梁抗剪、支座应力扩散和预应力锚下应力扩散等受力需求。端块长度约1.51.8m。,2023/6/2,混凝土桥B,34,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点梁端的考虑梁端尺寸应
9、满足预应力布置时的锚具间距、千斤顶张拉需要。,锚固时钢束间的最小间距要求,锚固时钢束到混凝土边缘的最距离要求,2023/6/2,混凝土桥B,35,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点梁端的考虑下翼缘垂直高度加高区长度应视预应力钢束抬高位置确定。,下翼缘加高区应适应弯起的N4和N5钢束构造要求,2023/6/2,混凝土桥B,36,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点梁端的考虑下翼缘垂直高度加高区长度应视预应力钢束抬高位置确定。,2023/6/2,混凝土桥B,37,2.2 立面与构造设计,横断面设计要点关键细节设计要点横隔梁的考虑横隔板起到保证各片主梁相互连成整
10、体的作用。公路简支梁桥一般在跨中、四分点、支点处各设一道横隔板。横隔板板厚一般采用1220cm。端横隔板需传递和扩散支座反力,宜适当加大。,2023/6/2,混凝土桥B,38,2.3 主梁内力计算,概述:计算对象:一片主梁计算内容:弯矩、剪力、变形等计算截面:M中、Q中、Q支;跨径的1/4、1/8、3/8处内力;截面变化处内力验算内容:强度、刚度、稳定性和抗裂性,2023/6/2,混凝土桥B,39,2.3 主梁内力计算,恒载内力计算纵向上,横隔梁、桥面铺装、人行道及其栏杆等重量均匀分摊到整个主梁跨径范围内。横隔梁也可简化为集中荷载。横向上,以上荷载可以均匀分摊给同一跨中的各根主梁,前提是各主梁
11、截面相同。人行道及其栏杆荷载也可采用横向分布的方法进行计算。对于组合式桥、主梁截面分阶段形成的桥梁、后张法预应力混凝土桥等,应根据施工方法,分阶段计算恒载。,2023/6/2,混凝土桥B,40,2.3 主梁内力计算,活载内力计算车辆荷载S 所求截面的弯矩或剪力;(1+)汽车荷载的冲击系数,按桥规取值;多车道桥涵的横向折减系数,按桥规取值;mi沿桥跨纵向与荷载位置对应的横向分布系数;Pi车辆荷载的轴重;yi沿桥纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值。用于局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等。,公路车辆荷载,2023/6/2,混凝土桥B,41,2.3 主梁内力计算,活载内力计算车道荷载当计算简支梁各
12、截面的最大弯矩时,可以近似取用不变的跨中横向分布系数mc,因此可方便地利用车道荷载或车辆荷载的等代荷载K来计算活载内力。为影响线面积,公路车道荷载,2023/6/2,混凝土桥B,42,2.3 主梁内力计算,车道荷载计算图式,2023/6/2,混凝土桥B,43,2.3 主梁内力计算,活载内力计算内力组合和内力包络图铁路简支梁的荷载组合 铁路桥规 TB10002.1-99是以容许应力法为基础的。采用此规范设计铁路桥时,荷载安全系数反映在材料的容许应力上。将各截面恒载内力与活载产生的最大内力进行直接相加,即为计算内力。公路简支梁的荷载组合 公路桥规JTGD60-2004是以极限状态法为基础的,采用此
13、规范设计公路桥时,根据不同的极限状态采用不同的荷载安全系数进行荷载组合,2023/6/2,混凝土桥B,44,2.3 主梁内力计算,活载内力计算内力组合和内力包络图承载能力极限状态 基本组合:永久作用设计值效应+可变作用设计值效应偶然组合:永久作用标准值效应+可变作用某种代表值效应+一种偶然作用标准值效应,2023/6/2,混凝土桥B,45,2.3 主梁内力计算,活载内力计算内力组合和内力包络图正常使用极限状态短期组合:永久作用标准值效应+可变作用频遇值效应长期组合:永久作用标准值效应+可变作用准永久值效应,2023/6/2,混凝土桥B,46,2.3 主梁内力计算,活载内力计算结构的配筋和验算
14、已知主梁在各种荷载组合下各截面的计算内力和内力包络图,就可以应用混凝土结构的设计原理和方法进行主梁内纵向主筋、腹筋和箍筋的设计,并根据规范要求配置构造钢筋,然后按结构设计原理进行主梁的强度、应力、刚度(变形)、稳定性和抗裂性(裂缝宽度)的验算。具体验算方法和内容按照有关设计规范的规定办理。,2023/6/2,混凝土桥B,47,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念铁路桥的混凝土简支梁,通常由两片T梁构成;由于铁轨对称布置,列车不会偏载,两片梁受力完全相同(对称)。公路桥的混凝土简支梁,即便只有两片T梁构成,由于横向车辆可能出现偏载,两片两间的受力不会完全相同。,2023/6/2,混凝
15、土桥B,48,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念在公路桥跨结构中,由于桥面较宽,主梁片数往往较多并与桥面板和横隔梁连结为整体;当桥上车队处于横向不同位置时,各主梁参与工作的程度不同;这种结构的内力分析属空间计算问题。,2023/6/2,混凝土桥B,49,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念由于实际结构的复杂性,对这种空间问题进行精确求解是困难的且无必要。目前广泛采用的方法是将复杂的空间问题合理地简化成简单的平面问题来求解。(铁路桥:平摊,平面分析)在简化分析中,需要考虑将空间荷载转化成平面荷载;在公路桥梁设计中,通常用一个表征荷载横向分布程度的系数m与车辆轴重的乘积来
16、表示转化后的平面荷载,其中系数m就称为荷载横向分布系数。,2023/6/2,混凝土桥B,50,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念简单而言,所谓横向分布系数m代表一片梁将会分配到“m”个车道(车辆)荷载的作用。,空间问题,平面问题,横向多片梁,横向分布系数(m),加载多个车道(车辆),计算一片梁,加载m个车道(车辆),2023/6/2,混凝土桥B,51,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念多主梁桥的内力计算荷载效应荷载影响线(面)空间结构:S=P(x,y)简化:(x,y)1(x)2(y)平面结构:S=P(x,y)P 1(x)2(y)2(y)为单位荷载沿横向作用在不同位置
17、时对某梁所分配的荷载比值变化曲线。P=P 2(y)为P作用于a点时沿横向分布给某梁的荷载(图a)。,2023/6/2,混凝土桥B,52,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念荷载横向分布系数的解释拟求号梁k点的截面内力先求 号梁的荷载横向分布影响线(见后)按横向最不利荷载位置对横向分布影响线加载,得到m,以及mP1和mP2m表示某根主梁所承担的最大荷载(表示为轴重的倍数)。,2023/6/2,混凝土桥B,53,2.4 荷载横向分布计算,空间问题,平面问题,加载多个车道(车辆),加载m个车道(车辆),2023/6/2,混凝土桥B,54,2.4 荷载横向分布计算,荷载横向分布系数的概念不
18、同横向刚度下主梁的受力和变形系数m与结构横向刚度有密切联系,横向连结刚度愈大,荷载横向分布作用愈显著,各主梁的负担也愈趋均匀三种情况:主梁与主梁间没有任何联系,横向分布系数m=1 横隔梁的刚度接近无穷大,各梁的横向分布系数m=0.2 横向结构的刚度并非无穷大,横向分布系数m小于1而大于0.2,2023/6/2,混凝土桥B,55,2.4 荷载横向分布计算,主梁与主梁间没有任何联系,横向分布系数m=1,2023/6/2,混凝土桥B,56,2.4 荷载横向分布计算,横隔梁的刚度接近无穷大,各梁的横向分布系数m=1/3,2023/6/2,混凝土桥B,57,2.4 荷载横向分布计算,横向结构的刚度并非无
19、穷大,横向分布系数m小于1而大于1/3,2023/6/2,混凝土桥B,58,2.4 荷载横向分布计算,常用计算方法杠杆原理法刚性横梁法修正的刚性横梁法铰接板(梁)法刚接板(梁)法比拟正交异性板法(G-M法)共同特点:从分析荷载在桥上的横向分布出发,求得各梁的荷载横向分布影响线,再通过横向最不利加载来计算荷载横向分布系数m,2023/6/2,混凝土桥B,59,2.4 荷载横向分布计算,杠杆原理法基本假定:忽略主梁之间横向结构的联系,假设桥面板在主梁上断开并与主梁铰结,把桥面板视作横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁。步骤:求主梁荷载求简支板反力(按静力平衡条件,即杠杆原理),2023/6/2,混凝土
20、桥B,60,2.4 荷载横向分布计算,杠杆原理法按杠杆原理法计算荷载横向分布系数m m的横向影响线主梁反力影响线荷载横向最不利加载(如图)计算公式:适用对象:双主梁(如铁路梁桥或图b)的m多主梁桥,靠近主梁支点处的m,挂车取消,2023/6/2,混凝土桥B,61,2.4 荷载横向分布计算,按杠杆原理法计算示例,2m,2m,1.5m,1.5m,2#,3#,4#,5#,3#梁反力影响线,1,1#,P=1,假定桥面板简支,2#,3#,4#,5#,1#,P/2,1,P/2,P/2,P/2,1.8m,1.8m,1.3m,横向影响线加载,3=0.675,2=0.675,1=0,4=0,影响线坐标,2023
21、/6/2,混凝土桥B,62,2.4 荷载横向分布计算,2#,3#,4#,5#,1#,P/2,1,P/2,P/2,P/2,1.8m,1.8m,1.3m,横向影响线加载,3=0.675,2=0.675,1=0,4=0,影响线坐标i,计算最大反力:,P/2,P/2,P/2,P/2,3#梁最大受到0.675倍的轴重作用,即m=0.675,荷载大小Qi,按前面公式计算:,3#梁汽车荷载横向分布系数m=0.675,2023/6/2,混凝土桥B,63,2.4 荷载横向分布计算,刚性横梁法横隔梁设置与结构横向刚度对窄桥(B/l=0.5),荷载作用下中间横隔梁的弹性挠曲变形同主梁的相比微不足道假定:中间横隔梁为
22、刚度无穷大的刚性梁,保持直线形状各主梁的变形(分配荷载)规律类似于材料力学中杆件偏心受压时的截面应力分布情况,靠近活载的主梁承担的荷载大,横隔梁,2023/6/2,混凝土桥B,64,2.4 荷载横向分布计算,P=1,P=1,横隔板(横梁),T梁(纵梁),作用一个偏心荷载。,横梁刚度偏小时,横梁既要发生转动变形,也会产生挠曲变形。,横梁刚度无穷大时,横梁只发生转动变形,不发生挠曲。,2023/6/2,混凝土桥B,65,2.4 荷载横向分布计算,P,e,作用一个偏心荷载P,偏心距为e。,P,Mt=P*e,+,P,Mt=P*e,等效于中心荷载P和扭矩Pe共同作用,中心荷载P使得梁组均匀下沉,扭矩Mt
23、使得梁绕轴心旋转,2023/6/2,混凝土桥B,66,2.4 荷载横向分布计算,(1)偏心荷载P作用下各主梁所分担的荷载,跨中截面偏心荷载作用(图a)荷载P=1;偏心距为e。荷载分解为中心荷载P=1(图b)及扭矩Pe=e的作用(图d),假定各I不相等,偏心力矩M=1e的作用,两者叠加的结果,跨中断面,2023/6/2,混凝土桥B,67,2.4 荷载横向分布计算,(A)中心荷载的反力效应,由于横梁刚度很大,各T梁发生均匀下沉,各T梁处横梁分配给T梁的反力为Ri,由材料力学简支梁的挠度计算公式:,由外力平衡条件:全部反力之和等于外荷载P,各梁的反力按抗弯刚度分配,2023/6/2,混凝土桥B,68
24、,2.4 荷载横向分布计算,(B)扭矩的反力效应,由于横梁刚度很大,各T梁绕中心旋转,各梁处产生不同的位移。Wi”与转角和梁的位置有关。,由于转动各T梁处横梁分配给T梁的反力为Ri”,由材料力学简支梁的挠度计算公式:,由力距平衡条件:全部反力力矩之和等于外力矩Pe,各梁的由旋转产生的反力,当e 和ai位于同一侧时两者的乘积取正号,反之应取负号,2023/6/2,混凝土桥B,69,2.4 荷载横向分布计算,(A)中心荷载的反力效应,(B)扭矩的反力效应,Pe产生各梁的总反力效应,由反力互等定律,得,下标的涵义:i 所分析的梁号;kP1作用的梁号,2023/6/2,混凝土桥B,70,2.4 荷载横
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