刚性横梁法及主梁计算(桥梁工程培训课件PPT).ppt

简支梁桥的计算二 一、刚性横梁法 二、主梁内力计算 （2）刚性横梁法（偏心受压法） 假定 横梁是刚性的：宽跨比B/l0.5 忽略主梁抗扭刚度 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 偏心荷载P作用下各主梁所分担的 荷载 从图中可以看出，在上述前提假定 下，桥面在偏心荷载作用下的变形 为一直线，且靠近活载一侧的边梁 受载最大 （2）刚性横梁法 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 将偏心力P分解为通过扭转中 心的P及M=Pe 只要求出两种荷载作用下对于 各主梁的作用力，并将其叠加， 便可得到偏心荷载P=1对各根主梁 的荷载横向分布 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 （2）刚性横梁法 i）中心荷载P=1的作用 通过扭转中心的P作用下，各片主梁挠度相等，可求 得中心荷载P在各片主梁间的荷载分布为： 有 推导过程： 或 ii）偏心力矩M=1e的作用 在偏心力矩M=Pe作用下，桁梁绕扭转中心O有一个 微小的转动角，因此各片主梁所分配的荷载为： 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 （2）刚性横梁法 推导过程： 由 则偏心力P作用下，每片主梁分配的荷载为： 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 （2）刚性横梁法 当各主梁截面相同时： 利用荷载横向分布影响线求主梁的m 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 （2）刚性横梁法 令P=1依次变化e，则可求出第i根主梁荷载横 向分布影响线纵标。 例题： 计算跨径L=19.50m 的桥梁横截面如图所示 ，试求荷载位于跨中时l号边梁的荷载横向 分布系数（车辆荷载）和（人群荷载）。 此桥在跨度内设有横隔梁，具有强大的 横向连结刚性，且承重结构的长宽比为: 各根主梁的横截面均相等，梁数n5，梁间 距为1.60m. l号梁横向影响线的竖标值为： 绘制1号梁横向影响线确定汽车荷载的最不利位置 设零点至1号梁位的距离为x 解得x=4.80m 设人行道缘石至1号梁轴线的距离为 1号梁的活载横向分布系数可计算如下: 汽车荷载 人群荷载 三、荷载横向分布的计算 2、荷载横向分布系数的计算方法 （3）荷载横向分布计算的其他方法简介 修正的刚性横梁法 铰结板（梁）法 刚结板（梁）法 比拟正交异性板法 修正的刚性横梁法 刚性横梁法具有概念清楚、公式简明和计算方 便等优点。然而其在推演过程中由于作了横隔板近 似绝对刚性和忽略主梁抗扭刚度的假定，导致了边 梁的计算结果偏大。 若考虑主梁抗扭刚度，可进行修正。这一方法 即不失刚性横梁法之优点，又避免了结果偏大的缺 陷，因此修正的刚性横梁法是一个具有较高应用价 值的近似法。 荷载横向分布系数： 修正系数： 铰结板（梁）法 适用范围：现浇混凝土纵向企口缝连接的装配式板 桥，以及仅在翼板间用焊接钢板或伸出交叉钢筋连 接的无中间横隔梁的装配式T形梁桥 计算假设： 铰式键只传递竖 向剪力 ； 桥上荷载近似作为一个沿桥连续分布的正弦荷载 ，且作用于梁轴上。 求出各铰处 ， 即可求出横向分布影响线 关键在于求出铰结力g1、g2、g3。 变形协调方程 扭转位移与主梁挠度之比 悬臂板挠度与主梁挠度之比 变形协调方程改写为 在实际的铰结桥梁中，系数一般可以略去不计。计 算出值后，再根据梁数和所计算的梁号，便可以从 现成计算用表中查出各梁轴线处荷载横向分布影响 线的纵坐标。 刚结板（梁）法 在铰结板（梁）计算理论的基础上，在结合 缝处补充引入冗余弯矩m，得到考虑板的横 向刚性连接特点的变形协调方程，从而求解 各梁荷载横向分布的方法。 该方法视梁系为超静定结构，用力法求解， 适用于翼缘板之间是刚性连接的肋梁桥。 比拟正交异性板法（G-M法） 适用情况：对于由主梁、连续桥面板及多根横隔 板组成的钢筋混凝土桥中，当其宽跨比1/2。 每根主梁的截面抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为Ix、 ITx，横隔梁的截面抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为Iy 、ITy。 比拟正交异性板法就是把Ix和ITx均匀分摊于b宽度 上， Iy和ITy均匀分摊于a上。得到了在x、y方向截 面单宽抗弯刚度EJx、EJy和抗扭刚度GJTx、GJTy 的正交异性板，求解在单位荷载下的板挠度曲线 ，据荷载与挠度关系求各根主梁处荷载横向分布 影响线。 比拟正交异性板法的优点：能利用编制好 的计算图表得出比较精确的结果。它概念 明确，计算方便快捷，对于各种桥面净空 和多种荷载组合情况，可以很快求出各片 主梁的相应内力值。 三、荷载横向分布的计算 5、荷载在顺桥跨不同位置时主梁荷载横向分布系数 的取值 荷载在桥跨纵向作用位置不同，对某一主梁产生 的横向分布系数也不同。 处理方法：通常用杠杆原理法确定支点处的横向 分布系数m0，用其他各方法计算荷载位于跨中的横 向分布系数mc。 三、荷载横向分布的计算 5、荷载在顺桥跨不同位置时主梁荷载横向分布系数 的取值 梁内其他截面横向分布系数取值规定如下图： 三、荷载横向分布的计算 5、荷载在顺桥跨不同位置时主梁荷载横向分布系数 的取值 在具体设计中，当计算简支梁最大弯矩时，由于 跨度内横向分布系数变化不大，一般可取全梁不变 的mc进行计算；对其他截面弯矩计算，通常也可取 不变的mc。 在计算主梁的最大剪力（梁端截面），由于主要 荷载位于m的变化区段内，而且相对应的剪力影响 线均接近最大值，故应考虑该区段内横向分布系数 变化的影响。对靠近梁远端的荷载，可近似取mc来 简化计算。 四、主梁的计算 主梁计算程序： 确定荷载计计算截面内力配筋设计设计 其他验验算 恒载、活载计算 横向分布系数计算 荷载组合 跨中：弯矩 支点：剪力 1/4、1/8、3/8截 面、变截面：弯 矩、剪力 正截面抗弯 斜截面抗剪 斜截面抗弯 开裂 挠度等 四、主梁的计算 1、恒载内力计算 简化方法：将恒载（主梁自重、横隔梁、桥面 铺装、人行道、栏杆等重量）均匀分摊给各主梁 为精确计算，可根据施工安装情况，将人行道 、栏杆等重量按照荷载横向分配规律分配。 根据具体情况，恒载可能分成多个阶段考虑。 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （1）车辆荷载 车辆荷载是指由若 干车轮轴重组成的 荷载。 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （1）车辆荷载 主梁截面由汽车荷载产生的内力计算一般公式为 ： S所求截面的弯矩或剪力 1+冲击击系数 多车车道横向折减系数 mi沿桥纵桥纵 向与车轮车轮 荷载载位置对应对应 的横向分布系数 Pi车轮车轮 荷载载的各轴轴重 yi沿桥纵桥纵 向与车轮车轮 荷载载位置对应对应 的内力影响线纵线纵 坐标值标值 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （2）车道荷载 S所求截面的弯矩或剪力 1+冲击击系数 多车车道横向折减系数 mc跨中横向分布系数 qk车车道荷载载中的均布荷载载 同符号弯矩或剪力影响线线的面积积 车道荷载的集中荷载标准值 沿桥跨纵向与车辆荷载轮轴对应的横向分布系数 沿桥跨方向与荷载位置对应的内力影响线的坚标值 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （2）车道荷载 铁路简支梁采用等代荷载加载时： 计计算人行道荷载时载时 ，用纵纵向每延米人群荷载载集度代替 qk 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （2）车道荷载 计算支点剪力时，应 考虑荷载横向分布系 数在梁端内发生变化 所产生的影响。 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （2）车道荷载 对均布荷载qk（或人群荷载）,其在横向分布系数变 化区段所产生的三角形荷载对剪力的影响，可由下式 计算： ya对应对应 于附加三角形荷载载重心位置剪力影响线纵线纵 坐标标 值值 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （2）车道荷载 对于集中荷载， 可由下式计算： 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （2）车道荷载 则最终支点剪力： 不考虑荷载横向分布系数沿桥跨变化所引 起的剪力值； 考虑荷载横向分布系数沿桥跨变化所引起 的剪力值； 四、主梁的计算 2、活载内力计算 （3）人群荷载 S所求截面的弯矩或剪力 mc 跨中横向分布系数 qr 人群荷载标准值 同符号弯矩或剪力影响线的面积 四、主梁的计算 3、内力组合和内力包络图 （1）铁路简支梁桥的荷载组合 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计 规范（TB10002.399）以容许应力法为基础， 结构的安全系数集中反映在材料的容许应力取值上 （对不同荷载组合，材料容许应力有所不同），而 用于荷载的名义上的安全系数为1。 因此，在进行铁路桥梁的内力组合时，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。 四、主梁的计算 3、内力组合和内力包络图 （2）公路简支梁桥的荷载组合 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）以极限状态法为基础，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。 四、主梁的计算 3、内力组合和内力包络图 （2）公路简支梁桥的荷载组合 仅考虑结构重力效应SG、汽车荷载效应SQ和人群 荷载效应SR的简单情况，各种组合如下： 承载能力极限状态： 结构重力对结构承载能力不利： 结构重力对结构承载能力有利： 四、主梁的计算 3、内力组合和内力包络图 （2）公路简支梁桥的荷载组合 正常使用极限状态： 汽车荷载不计冲击力，组合结果用于结构变形、抗裂及预 应力混凝土梁的应力计算。 作用短期效应组合： 作用长期效应组合： 四、主梁的计算 3、内力组合和内力包络图 （3）内力包络图的绘制 沿梁轴各个截面，将控制设计的计算内力值按适当比例绘 成纵坐标，连接这些坐标点而绘成的曲线，即为内力包络图 （envelope） 四、主梁的计算 4、结构的配筋和验算 已知主梁的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，并按照 规范要求配置构造钢筋，然后按结构设计原理进行祝 亮的强度、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进行。 例:如图示，为一座五梁式装配式钢筋混凝土 简支梁桥，计算跨径l=19.50m,桥面净空为净 7+20.75m人行道。桥面铺装为2cm的沥 青表面处治（重力密度为23 ）和平均 9cm厚的混凝土层（重力密度为24 ） ，T梁翼板C30的重力密度为25 .设计 荷载标准为：公路-级，人群荷载3.0 .结构重要性系数1.0，每侧栏杆和人行道构 件质量的作用力为5 。试计算行车道板 和1号主梁的设计内力。 计算最终目标： 对于小跨径桥梁，可计算跨中和梁端的弯矩和剪力； 对于大中路径的桥梁，则要计算跨中、四分之一处跨 径处和梁端等截面的弯矩和剪力。 作为例题，本题仅计算跨中和四分点处的弯矩，梁端 和跨中的剪力。 一、行车道板的计算 一）结构自重及其内力 1、每米宽板条自重集度 沥青： C25混凝土： 翼板： 每米宽板条上自重集度g 2、每米宽板条上永久作用内力 二）汽车荷载 根据桥规规定，洗车荷载局部加载在T梁的翼板 上，冲击系数取1.3。则每米宽板条上的弯矩为： 剪力： 按承载能力极限状态进行内力组合： 三）内力组合： 则行车道板的设计内力为： 一）结构自重 二、主梁内力计算 （1） 永久作用集度 主梁： 边主梁横隔板： 中主梁横隔板： 桥面铺装层： 栏杆和人行道： 作用于边主梁的全部永久作用集度为： 作用于中主梁的全部永久作用集度为： （2）永久作用效应 边主梁弯矩和剪力的计算公式 边主梁永久作用效应计算结果 二）汽车及人群荷载 1、横向分布系数计算 1号梁： 汽车： 2号梁： 汽车： 1）当荷载位于支点处 时，按杠杆原理法计算 荷载横向分布系数 l号梁横向影响线的竖标值为： 2）当荷载位于支点处时，按杠杆原理法计算荷载 横向分布系数 2、可变作用效应计算 对于