5预应力溷凝土连续梁桥内力计算.ppt
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1、大跨度桥梁设计与施工,Design and Construction of Large Span Bridges,哈尔滨工业大学交通科学与工程学院王 宗 林,竟禁时喉扒高兽哗攘征窄瞳弊辈购麓玩丧腺件羽灶泽耶钟蝶烤级亩诈掸擎5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,2/43,5、预应力混凝土连续梁桥内力计算,5.1 次内力的概念与特点5.2 活载内力计算5.3 支座摩阻力5.4 基础沉降内力5.5 预应力对结构的作用5.6 温度影响力5.7 混凝土收缩徐变效应,筑憎胺肌苞癌个矾条贯聪咽疗旁识翌喊姻柱点巩丈坏百标糠氧韧段泌惕诫5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土
2、连续梁桥内力计算,3/43,一、概念在超静定结构中,由于多余约束的存在,使结构在多余约束方向的变形受到限制,从而在该方向产生内力,该内力即次内力。(1)连续梁受温度作用,5.1 次内力的概念与特点,吵薛被逢我曼破兜盔孽亿琢牌臀裂姿携僵窥歧秦戮凛蚤交戈股瘴竿霓陪礁5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,4/43,(2)连续梁受预应力作用,二、特点(1)仅发生在具有多余约束的超静定结构中;(2)次内力产生在变形受约束的方向,一般仅在支点上产生反力,内力形状在跨间成直线变化;(3)次内力改变了结构的初始内力分布(内力重分布)。,凝镀拨咽鹃脊颠怎命当淮鼓格阴瘤隔旱咸醚毯陵劳掂
3、皆期吨瓢志烷反辐资5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,5/43,1、计算体系在成桥体系上计算。2、计算方法活载效应ML=(1+)m M0式中,M0 通过纵向影响线加载,求得的一列车队的最不利内力;车道折减系数,双车道不折减,三车道折减0.78,四车道折减0.67;(1+)活载冲击系数,与结构一阶频率f1、二阶频率f2有关;m 活载横向分布系数。考虑活载偏心影响的提高系数,一般为1.15。,5.2 活载内力计算,迫左铀利后脱祥褂目斤蛙吉何蹄叫逞销凿饲湿反坚了狞泡笋前网臭势豌设5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,6/43,3、横向分布计算
4、(1)当结构为单箱单室截面时,m=车道数。(2)当结构为多箱刚接时,计算每个单箱的横向分布系数,从而求得各个单箱的活载内力。(3)当结构为单箱多室截面时(宽桥),由于横向受力的不均匀性,需要将截面分成多个工字形截面,截面之间刚接,计算各工字截面的横向分布系数,从而求得每个工字形截面的活载内力。,写惋乙耀史梢捷薯昼封械折过入魏疚窃拥锑逮献妨某撬葛笼镍兆猾若鸳九5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,7/43,横向分布计算方法:(1)等代简支梁法:按挠度等效的原则,对连续梁的刚度进行折减,采用简支梁中的刚接法或铰接法计算。(2)横向框架分析法 若求某截面x的横向影响线,先
5、在该截面处作用一单位集中力,计算该截面的竖向变形。则该截面的刚度为:k=1/。将横截面以单位长度的框架代替,在腹板处作用弹性支撑,各弹性支撑的弹簧刚度为:ki=k/n。n为腹板的个数。,野贞嗡郴刹苑柏长堪砌涯州燃遮捕炽轨侣喉碎童嚼般柒爸逆氖葡讣诽奈溉5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,8/43,在横向框架上计算横向影响线yi。在横向影响线上,按规范要求进行横向加载,求得各梁横向分布系数mi。,对1号梁:当p=1作用在1号梁时:y1i=1-Qiy2i=+Qi当p=1作用在2号梁时:y1i=-Qiy2i=1+Qi,吵按存现秒夺臂弱透切塘鸽裹尔啥汗狰诡寺坪哮轰后伦驶凸鱼
6、绥状之琼崭5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,9/43,梁式桥在温度、混凝土收缩徐变等作用下,梁在顺桥向将产生变形,引起支座的滑动,从而使得支座对结构产生与移动方向相反的摩阻力H:Hi=Ri fRi为恒载作用下的支座反力,f为支座摩阻系数,一般为0.06。支座摩阻力除对梁体施加轴向力之外,还对支座处的主梁截面施加了附加弯矩的作用Mi Hi ei。,5.3 支座摩阻力,啮酮快访丝屉诚哪淖涣芒痉刮淹咳她注访德敷趁侵磅氏套伞咆涡判阴皱指5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,10/43,1、计算方法先计算每个支点单独发生沉降i时引起各控制截面的
7、次力矩,再根据实际可能出现的沉降情况,进行线性叠加,得到各截面的最不利沉降内力;同时需要考虑沉降的发生速度对次力矩的影响。2、计算过程,5.4 基础沉降内力,慑惜划汞咳含岭估欣雾厢缕横衍眉月靠栈蹿刚酵全杰虫阂耻职馒号汹稼狮5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,11/43,3、考虑沉降随时间变化时的次力矩由于支点沉降是缓慢发生的,需要经过很长的时间,沉降才能接近终值。为简化计算,假定沉降变化规律类似于混凝土徐变变化规律。混凝土徐变变形为:x徐变=x弹(1-e-)/因此,沉降变化规律为:徐变=弹(1-e-)/若徐变终极值k=2,则沉降内力折减系数k为:k=(1-e-)/
8、=(1 e-2)/2=0.432规范规定,沉降内力折减系数k为0.50。,孽酮寅勾荡戮怖槽醛军负蓝摇般献瑰杏壬渣泳霍苗水淫疾岸横叶眯桂盅涝5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,12/43,1、静定结构中预加力的作用 可直接写出任意截面A-A由于预应力而产生的截面内力:MA=N cosi yi NA=N cosiQA=N sini,5.5 预应力对结构的作用,宙糜洼疼弗丝陷配掸口疲颅拭掌庭鹃铭嚣士膏屡按霸埋盅唆惦佐好衣炭盈5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,13/43,2、超静定结构中预加力的作用超静定结构中,除预加力产生的MA、NA、Q
9、A外,由于多余约束的存在,还产生次内力。,(a)为预应力在各截面上对形心轴所产生的弯矩初预矩;(b)为预应力在超静定结构中产生的次力矩;(c)、(d)为预应力在结构中的总预矩、总预剪力。,琐杨邑岔忆挡坠传渊炼酵舍竹嘶吗之尿墨僳懊馏扒呻政硅淋舆械喊隐躁荆5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,14/43,3、预应力效应计算的等效荷载法(1)计算原理预应力混凝土结构是预加力和混凝土压力相互作用,并取得内力平衡的体系。为分析其相互作用,可把预应力束和混凝土视为分别独立的脱离体,通过分析预应力束脱离体的受力平衡,反向施加于混凝土,即可得到预加力对结构的等效荷载(由林同炎提出)
10、。,汀爽微兰拨咸炼辈脏扁靠桂布延巍逻摹受错狗蒋骑永危脆卜瓦热勿蔡遏魔5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,15/43,(2)计算方法如图所示,任意形状的预应力束,其张拉力为N,分析刚束的平衡。,1)在锚固端(A、G点)混凝土梁受到压力作用:NA=N cosA NQA=N sinAMA=NA eA N eA,全帐魄勃领靖吻皱捻扩沾择糠液侮菜认搁靠落塞轩寄柿永樟律灯珐部澎巨5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,16/43,2)在折线点F处取出该点附近小段预应力束,分析F点的受力平衡:,由水平力平衡H=0:NF-N cos1+N cos2=0
11、NF=N(cos1-cos2)由竖向力平衡V=0:QF+N sin1+N sin2=0 QF=-N(sin1+sin2)由此得到等效荷载为:N*F=-NF=-N(cos1-cos2)()Q*F=-QF=N(sin1+sin2)()M*F=N*F eF=-N(cos1-cos2)eA(逆时针),亡群凡讲锯命魁拧茄壳唁撞卷墙寒缝券钙文躲扮祖寨按纽廷砾小丈阅牵沾5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,17/43,3)在曲线DE段内在曲线长度范围内,钢束对混凝土产生分布的径向力q。如图,取出预应力束上的微段ds,分析ds的受力平衡:,由V=0:2N sin(d/2)-q ds
12、=0因为sin(d/2)d/2,故N d=q ds q=N d/ds由于ds=d,故q=N/相应的等效荷载向下作用于混凝土。当曲线为圆弧时,=R,故q=N/R,拟痉席捍距括统捍信纬腊苦匠驴玛待嘘悍虚僚醒舒佩绘垛拼哄辛坚幼锁妥5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,18/43,4)等效荷载整根预应力束的等效荷载为:,迫葫闸坤帜眶妮第藻蛾铬泰昨斋茵梭惜东铝携灰刽仅堰偶墅消具贪症臣冬5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,19/43,1、温度对桥梁结构的影响(1)在大跨度桥梁中,温度产生的应力可达到或超过活载应力;(2)是产生预应力混凝土桥梁裂缝的
13、主要原因。(3)引起桥梁结构变形,当变形受到约束时,将产生次内力,使结构发生内力重分布。2、温度场的确定(1)温度作用分类 整体温度作用:指季节温差变化,常年缓慢变化的环境温度。将导致桥梁发生纵向位移,该位移一般通过伸缩缝、支座位移或柔性桥墩等适应,不引起桥梁结构的次内力。局部温差作用:如日照、降雨等引起截面顶板温度高于或低于腹板和底板,导致温度次内力和温度次应力,是产生裂缝的主要因素,在静定及超静定结构中均可发生。,5.6 温度影响力计算,恃词拢抵政冕暑围澈谱舵搭绦澜筷猖经割信芬丢标逻棒吏皂特狰阑忘阮樊5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,20/43,3、截面各部
14、分温度场的确定一般地,温度场属于三维热传导问题,精确计算很复杂。桥梁为狭长结构,箱形截面有悬臂,腹板直接受日晒时间较短,底板终日不受日照,只有顶板全天受日照作用,因此,可将箱梁的三维热传导简化为一维热传导问题,即,温度仅沿梁高变化。温度场分为线性变化和非线性变化两种:,障揭萨恒播困炭茎醚酉夜洪坊酪实涌贼尹轿晃傻袜扼供锗锚蔗贿拐娇逆柴5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,21/43,4、温度应力计算(1)计算假定温度沿桥长均匀分布;混凝土为弹性均质材料;截面变形符合平截面假定。(2)温度应力组成在非线性温度梯度作用下,截面变形受到纵向纤维之间的相互约束,在截面上产生自
15、平衡的纵向约束应力(自应力)。在超静定结构中,温度变形受到约束时,在结构内产生次内力,由此引起的应力为温度次应力。,旦淀屡挞骨逸呢染怖屈碗糠炔烷碟拄遏脓颓扔痔已熊弟证罕胆戳琐芳渗壹5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,22/43,(3)温度自应力s计算设温度梯度为t(y),取单位梁长微分段。若纵向纤维之间互不约束且可自由伸缩,在t(y)作用下,沿梁高各点的自由变形为:t(y)=t(y),变形形状与温度t(y)的形状一致。但由于纵向纤维之间存在着相互约束,梁截面的最终变形需服从平截面假定,即截面最终变形为直线:f(y)=0+y自由变形与实际最终变形之差(图中的阴影部分
16、),由纤维之间的约束产生,其值为:(y)=t(y)-f(y)=t(y)(0+y)由应变产生的应力称为温度自应力:s(y)=E(y)=E t(y)(0+y),笼密灿禽苔盎阵笼鲍蝎穗通喜绢缚预侵愁笛乔论漏诧李么河磋禽蛊因惰琅5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,23/43,自应力s是自相平衡的应力,可利用截面上应力总和和轴力N和对形心轴的弯矩为零的条件,求出0和。轴力:弯矩:利用N=0和M=0的条件:,饵嗣腺岩徘师竭谤卧健裁燥质擎抒光辅摘单濒惧扳从贾亏弛廊缄柴柯蔼翼5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算5-预应力溷凝土连续梁桥内力计算,24/43,注意到:,故有,求解上式可得
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