（工程力学专业论文）基于统计分析的弯箱梁桥受力性能研究.pdf

郑静i 大学预| 一学位论文 摘要 近年来，陡羞我鬻经济建设耪交i 萋事受翡道遮发震，基线耩瀚需隶董夯火友 增加。在大型立交桥和城市高架桥中，因地形限制或跨线的需强，广泛地采用了 平面上成曲线的弯桥。出于曲率的存在，曲线梁桥即使在竖向衙载作用f ，在产 生弯矩的潮眩还将产生攥矩。基此，l 巍线梁撬攀袋矮截露整体。陡强，挽扭嚣鹰大， 横向荷载分布性筢好静箱鍪截面。在疆矩的作嗣下，箱粱截耐会产生裙鹿的穗曲 和畸变，这使得弯桥的力学分析变得十分繁杂。发展曲线箱梁桥的计算理论，一 直是各国专家和学者所面临的重要研究课题之。 本文戳溪跨、三跨连续弯麓粱揆为蹬究霹蒙，臻强粱臻系法兔瑾论基獭编裁 的“斜弯坡及异形桥梁空间结构分析软件系统3 d b s a ”为结构计算分析一一具建立 模型，进行结构分析，以e x c e l l2 0 0 0 作为数据处瑷二 具，用统计分析的方法建立 了弯箱梁暌受力性能与多项参数闻黝经验公式，为弯箱粱桥的实用设计和国家设 计囊范静翻定提供了建议意见积氆篓依掘。 本文主要的研究内容包括： 1 综合分析了曲线梁桥各种计算理论；采用以梁格系为理论基础编制的“斜 弯坡聂舅影壤粱空闫结麴分辑较孝 系统3 d b s a ”程序建立了穗应静结构分掇模 型。 2 研究分析了两跨和三跨弯箱粱桥控制截面上的极限状态冁筋内力、施工阶 段单位位移及支承反力在偏心支承影响1 f 的受力憾筑，褥出了甥应靛蓝线和经验 公式，著对经验公式遴行了总绩分瓣。 3 研究了曲率对两跨弯箱梁桥控制截面上的极限状态配筋内力、旋：【j 阶段单 位位移及支承反力的影响，拟合出了相应的曲线并建制了计算公式和图表。 4 遗道对嚣跨积三跨弯篇梁援蕊力学秘缝 卡分褥，褥出了些关予鳇线粱疑 的般性绪论和力学趣簿。 关键词：弯箱梁桥；受力性能；位移；内力；偏心支承 j 雒州大学硕十学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i cc o n s t r u c t i o na n dt h e c o m r n m f i c a t i o no fo u rc o u n t r y , t h ed e m a n df o rc u r v e db r i d g ei n c r e a s e sg r e a t l y b e c a u s eo fl a n d f o r ml i m i t i n go rt h ed e m a n df o ro v e r p a s s ，t h el a r g e s c a l ec l o v e r l e a f j u n c t i o na n du r b a nt r e s t l ea d o p tt h ec u r v e db r i d g eb e c o m i n gt h e c i l r v eo nt h el e v e l e x t e n s i v e l y i nd u et oe x i s to fc u r v a t u r e ，c u r v e db r i d g ea l s oc o m e si n t ob e i n gt h e t o r s i o nw h i l ep r o d u c i n gb e n d i n gm o m e me v e ni fi ti si nf u n c t i o no fv e r t i c a ll o a d t h e r e f o r e ，t h ec u r v e db r i d g eo f t e na d o p t st h eb o xs e c t i o nw h i c hh a sn o to n l ys t r o n g s e c t i o n a lg l o b a l i t y ，b u ta l s og r e a tr i g i d i t yo fr e s i s t i n gs p r a i n i n ga n dg o o dd i s t r i b u t e d p e r f o r m a n c eo fh o r i z o n t a ll o a d 。h o w e v e r ，s e c t i o no fb o x g i r d e rw i us h a p ew a r p i n g a n dd i s t o r t i o nu n d e rf i m c t i o no f t o r s i o n ，w h i c hw i l lm a k em e c h a n i c sa n a l y s i st oc u r v e d b r i d g ev e r yc o m p l i c a t e d s od e v e l o p i n gt h ec a l c u l a t i o nt h e o r yo ft h ec u r v e db o x g i r d e r b r i d g ei so n eo fi m p o r t a n tr e s e a r c hs u b j e c t sf o re x p e r ta n ds c h o l a ro fv a r i o u sc o u n t r i e s r e s e a r c ho 萄e 式o ft h i sp a p e ri st h ec u r v e db o x - g i r d e rb r i d g eo ft w o - s t e p 、 t h r e e s t e pi ns u c c e s s i o n w es e tu pm o d e lu s i n g a n a l y s i n gs o f t w a r es y s t e m a t i c 3 d b s ao fo b l i q u ec u r v e ds l o p ea n ds p e c i a l s h a p e db r i d g es p a c es t r u c t u r e ”a st h e f r a m ec a l c u l a t i n ga n da n a l y s i n gt o o l sw h i c hi sb a s e do nt h et h e o r yo fg i r d e r - c a s e s y s t e m ，t h e nc a r r yo ns t r u c t u r ea n a l y s i s t h i sp a p e ra l s op r o p o s et h ep r o p e rs u g g e s t i o n 勤rt h ep r a c t i c a ld e s i g no ft h ec u r v e db o x - g i r d e rb r i d g ea n de s t a b l i s h m e n to fn a t i o n a l s p e c i f i c a t i o no rd r a wl e s s o n s ，u s i n ge x c e l l2 0 0 0a sd a t ap r o c e s s i n gt o o la n ds e t t i n gu p l o a d e dp r o p e r t yo ft h ec t t r v e db o x g i r d e rb r i d g ea n de x p e r i e n c ef o r m u l ab e t w e e n p a r a m e t e r sw i t hm e t h o do fs t a t i s t i c a la n a l y s i s 曩撼m a i nf e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d e ： 1 h a v i n ga n a l y s e ds y n t h e t i c a l l ya l lk i n d so fc a l c u l a t i n gt h e o r ya b o u tc u r v e d b r i d g e ，s e tu pc o r r e s p o n d i n gs t r u c t u r ea n a l y s i sm o d e l su s i n g “a n a l y s i n g s o f t w a r e s y s t e m a t i c3 d - b s ao fo b l i q u ec u r v e ds l o p ea n ds p e c i a l s h a p e db r i d g es p a c es 敦u c t u r e w h i c hi sb a s e do nt h et h e o r yo f g i r d e r - c a s es y s t e m 2 。h a v i n gc o n s t r u i n gl o a d e dp r o p e r t yo fi n t e r n a lf o r c eo f u t m o s ts t a t eo fl i m i t e d s e c t i o no ft w o s t e p 、t h r e e s t e pc u r v e db o x g i r d e rb r i d g e ，u n i td i s p l a c e m e n td u r i n gt h e s t a g eo fc o n s t r u c t i o na n ds u p p o r t i n gr e a c t i o n su n d e rt h ei n f l u e n c eo fe c c e n t r i cs u p p o r t ， r e c e i v i n gr e l e v a n tc a r v e sa n dt h ee x p e r i e n c ef o r m u l a ，a n dc a r r i e do ns t a t i s t i c a la n a l y s i s 郑州大学硕 学位论文 k ) t h ee x p e r i e n c ef o r m u l a ， 3 c o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c eo ft h ec u r v a t u r eo ni n t e r n a lf o r c eo fu t m o s ts t a t eo f l i m i t e d s e c t i o no f t w o s t e pc u r v e db o x g i r d e rb r i d g e ，u n i td i s p l a c e m e n td u r i n gt h es t a g e o fc o n s t r u c t i o na n ds u p p o r t i n gr e a c t i o n s ，i th a sd r a w nu pt h ec o r r e s p o n d i n gc u r v ea n d s e td o w nf o r m u l ac h a r t 4 ，b a s e do nt h em e c h a n i c sa n ds t a t i s t i c a la n a l y s i so ft w o s t e p 、t h r e e s t e pc u r v e d b o x g i r d e rb r i d g e ，t h ep a p e rd r e ws o m eu n i v e r s a l i t yc o n c l u s i o n sa n dg o to ms o m e m e c h a n i c sl a w sa b o u tt h ec u r v e db r i d g e k e y w o r d s ：c u r v e db o x g i r d e rb r i d g e ；l o a d e dp r o p e 舒；d i s p l a c e m e m i n t e m a lf o r c e ；e c c e n t r i cs u p p o r t 郑州大学硕士学位论文y7 8 2 9 8 5 郑重声明 本人戆学鬣论文惫在导鄹指导下独立撰写并完成静，学位论文浚有票l 貊、抄袭 等造反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切法律 责任和法律后栗，特魏郑重声明。 学位论文作者( 熬名) ：霈最 2 0 0 5 年4 月1 6 日 郑州大学坝 = 学位论义 第一章绪论 1 1 弯箱粱桥在工程中的应羯 l 。1 1 弯梁援农交逶工程中麴应髑 自8 0 年代以来，随着国民经济的持续快速发展，高等级公路及城市道路建设 斡发矮，社会对交邋设麓瓣要求穗随之扩大。赭线粱桥结褐在我髫已蔹广泛采丽， 已经成为高速公路、立交桥梁和离架桥梁中的一种不可缺少的重要桥型。高等级 公路在路线线形方颟要求越来越筒，在公路建设中，除特大桥梁卿，一般要求桥 梁的平面布簧服从公路线形，在进行乎、纵、断面三方匿综台设计对，应儆到警 丽流畅、纵坡均衡、横断顽合理。在平面线形设计时，应考虑车辆行驶时的安全 舒适，以使驾驶员的视觉翘心理发应s 保持线形鳃逢续性，并避免采用睦壹线筹 设计原则。在公路及城市j 鳆路的立体交叉工程中，由于受周围环境和线路的限制， 麴线粱撬是实褒墨方趣交逶联结瓣盛要手段，可以便交逶线路颓杨，菠落城蒂交 通的紧张状况。尤其是定向、匝道桥梁工程中曲线梁桥已经成为最好的也是唯 瓣耩蜜，城嚣道籍采蠲盏线粱还可以有散墟避开i 氇下管线、圭邕下文物和沿街建筑 的干扰，从而节省拆迁费用和节约建设用地。在公路和铁路建设中，由于总体选 线的需臻或黻于地形，常常需要在必要的地段修建曲线梁桥，以减少展线长度， 满足交通运营要求，节省建设投蜜。南( 宁) 恳( 爨) 铁爨板其二号携瞧暴舆了 预应力混凝土铁路连续曲线刚构桥，为连续曲线梁桥用于铁路作了很好的研究和 探索。 蘧绫梁轿不仅貔镄荮媳适瘦轿疆受她形穗鼹线限希牾需要，雨粗魏线结构线 条平簸、流物、明浃、意麓生韵，畿绘入以美的享受。在一整藏市中，已经修建 了诲多造型优美熬立交桥秘离架揆。这些立交辑耪离粲耩不仅缓解了所在城市瀚 交通，褥置还臻添了掰在城市的环境美蕊，成为一道尧丽的风景线，满是安全美， 功能美，结孛奄荧，经济荧，褫觉茭，环撬荚静溪求。 传统穆建的盏线桥对，太多暴瘸“戳赢代弯”的方法，稽一系到直线梁作成 辑线髟瓣结梅，修建裁多踌毫褥，或者将整辩上的人行遂、路缘石辩栏杼等诵蘩 成在乎蘸上燕麴线影。弯轿壹傲，溉损害车辆行驶静静逶往，对雩亍车不秘；又臻 妇了不必要麴揆跨结构静多余都分，在孝辛辩静爨爨上形成极大静浪赞；还损环了 锈粱黪美理，黢壤了建筑缝梅与瘸圈环境靛协调。这楚交予当时设计者还没有攀 擦趱线粱静受力特校帮专 算方法，爨分橱手羧掰鬻掰致。瀚_ 陵纪7 0 年代以来，蘸j 有限元方法款接广积应髑，络穆分接理论懿避一步宠蓄，揆梁撬z 技术掇赢， 耨型建筑奉孝辩翡采潮，电子诗箨辍按零静发震等，推动了赣线梁桥静迅速笈震。 在围内，夔线梁撬在8 0 年代中逛褥到了迅速豹发展，在褰等级公路秘城市交通建 郑州走学硬上：学位论文 设中得以广泛应用。 篷褥注意戆是，至今我国滏没有一部专f 麓予鑫羹线粱褥设计豹国家魏范。 1 1 2 箱形截面的结构性能优点及受力特点1 2 i 箱梁艇指薄壁箱形截面的梁。耩形截面具有照好的结构性能，在中等、大跨 预应力淀凝褥粱中缮翻广泛熬应爨。其主要优点是： 1 截面抗扭尉度大，结构在施一。与使用过程中都具有良好的稳定性； 2 顶板和底板都舆有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并满足配 筋的要求，适应具有正负弯矩的结构，如连续梁、拱桥、刚架桥、斜拉桥等，也 雯适应予主要承受受弯筵鹣悬篱粱、 彩疆猗等揆囊； 3 适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等，这些施工方法要 求截面必须具备较厚的底板； 4 承霪结梅与传力缝专冬提结合，馒各部l 牛共同受力，达到经济效巢，阉列+ 截 面效率篱，并适合预应力混凝结构空闽布束，鼹加收到经济效果； 5 对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设鼹横隔板就能获得满意的荷载横 向分布； 6 邋合于修建国线轿，其有较大适应性； 7 麓穰好适应密甏褡线等公共设施。 作用在箱形梁上的惑要荷载是恒栽与活载。懂裁通常是对称作用的，活载明 玖怒对称作用，也可以怒非对称偏心作厢，必须分剐加以考虑。偏心荷载作用， 使箱形梁蕊产生对称弯瑟又产生扭转，辫此，干# 用于箱形粱酌外力可综合表达为 煽心蕊载来遴嚣结槐分攒。 箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分成四种基本状态：纵向弯曲、横 向驽涵、扭转蕊靖交。毽弯扭作用奁横截面上将产生缀商乔应力和剪应力，国横 舞鹭蘧帮疆转变形穆奁铤凝各叛中产生禳袁弯熬应力与努应力。 纵向弯曲产生竖向变位球，因恧在横截厦上g l 越级向正应力拶。和剪应力f 。 对予肪g 基较大黥簇形粱，电予翼校中剪力滞嚣既影骥，焚应力分蠢姆是不均匀瓣， 近肋处翼板产生应力高峰，而遄肋处则产生应力低谷，这种现象称为“剪力滞效 应”。 禳形梁黪挺转( 剐憋翘转 变形主要特短是翘转楚毋，努为嶷国攫转与约寒翘 转。蠹由掇转不产生缀疑难瘟力，只产生垂由撼转赘应力“。约繁翘转在猿嚣上 产生翘曲正应力盯，葶鞋约束扭转劈应力锄。产生约窳援转鲍嚣雕有：支承条传鹣约 袁；受褪聪截露形状及冀漤粱级彝懿变豫，霞藏嚣各点纾潍交形不涤谖篷将产生 郑州大学坝七学位论史 约束稳转，魏等厚蘩的缒澎箱黎、变截褡梁等，酃使不受支承约糸，龟穗产生约 束扭转。 畸变( 即受扭时截面周边变形) 的主要变形特征照畸变角，。薄壁宽箱的矩形 截面受捐变形后，无法保持截面的投影仍为矩形。畸变产生的翘f _ i 正应力( 。和畸 食剪瘦力t d w ，同时由于滴变丽引起箱形截面各板横淘弯鞠，在板内产生横向弯黼 应力。 辏形梁承受偏心萤载 乍展，除了按蛮扭抒 牛进行熬体分疑钤，还应考虑局雒 荷载的影响。车辆荷载作厢于顶板，除赢接受衙载作用板产生横向弯曲外，由于 整个截嚣形或超静宠结搀，墨瑟菸缝各警分逛产生横淘弯蕊，应鸯模蠢鸯麴l e 应 力和剪应力。 综上所述- 箱形梁在偏心荷载作用下，由四种基本变形与位移状态引起的应 力状态为： 在横截面上：纵向正威力拶( z ，= 拶h + 盯+ 盯d 剪应力f = 巩+ + 盯+ o d ” 在纵截面上：横向弯曲正应力q 。) = 0 c + 1 2 弯梁桥的分类纠 耷粱桥豹分类方法穰多，可戳旗平甏形袄、材料种类、横截面形式、缔构体 系帮施互方法等方露划分。 1 2 1 弯粱桥的平面形狡 i 扇形曲线粱轿( 如图a ) 扇形曲线梁桥为正交曲线梁桥，扇形曲线梁桥是研究弯粱桥的最基本形状。 2 。解交曲线粱轿( 如图b ，c ) 1 2 2 弩梁桥的曲线形状 最常采用者为圊曲线，但也常有可能深用缓和曲线，或由两种不同曲线的缌 台。缓和曲线怒一种曲率随着曲线长度成比例变他的曲线，其表达式常取用， r l = a 2 ( 1 ，1 ) 式中：冀菜点曲搴半径； 上缓和曲线原点到巢点的曲线长； 郑州大学硕士学位论文 名缓和瑟线麓参数。 1 2 3 按横截面形式分类 嘏据跨籁酌大，j 、帮工程情况，弯轿翡截蔼形状觳可分为：( 1 ) 益线t 形梁 桥；( 2 ) 曲线梁板格子梁桥；( 3 ) 曲线单室箱梁桥；( 4 ) 曲线多室箱梁桥；( 5 ) 馥线格予箱粱桥等。如图( 1 ) 阁( 5 ) 所示： i )铷 3 ) f 5 ( 1 ) 、( 2 ) 分别为下黧郓粱叛维合懿粱携，其疑露为开霸截毯，菝越爨瘦小； ( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 ) 分别为单寝、多室和格子箱梁桥，其断面为闭1 3 截面，抗扭刚腹 大。毽在( 2 ) 中，瓣为设爨了坚霹酌横粱焉影成了格子结稳，孰两灌强了截瑟豹 抗扭刚度。一般说来，弯桥的横截面形状仍可采用直线桥的截面形状。但是由于 弯轿的工作蒋往与煮线轿的不同，横截帮的剐浚应设计的比一般直线桥大。 为了使各根主梁受力更为台理，为了在构遮上满足设置单向超离横坡的要求， 1 妃：育采用增大外侧主梁断面高度的布置方案。 1 2 。4 按奉| 辩秘类分类 可以采用钢，钢筋混凝土，予贞应力混凝土簿材料修建弯粱桥。在美幽和e 本 簿采躅钢结合粱耩较多，绣合我辫清猛，主要应发震钢筋溅凝土弯粱轿翻预应力 混凝土弯粱桥结构。 * 4 ， 郑州大学硕士学位阮文 1 2 5 按结稳体系分类 最常采用连续弯梁桥，但在中小跨径时，也有采用简支弯梁桥的。为了降低 弯梁桥的跨间弯矩，常在踌问增设“独柱墩”，但其抗扭跨径并未缩减，阂为在一 般情况下，“独毒主墩”的摭援性能较差，不可能对挽掇起到明显的抗援效暴，奁特 定情况下，也可采用预应力混凝土曲线t 构方案或其他体系，但曰前在国内还少 冕。 i 2 6 按旌工方法分类 可以预制拼装，也可熬体现场浇筑。预应力混凝士桥梁中韵懋拼法、悬浇法 荦i ：l 顶搬法等同样地在弯梁桥结构中褥到采用。但是，由于弯梁桥中各根构件尺寸 的不一致性较大，麒弯梁桥的配筋也较复杂，放我国目前还是以采用现淡混凝土 的方法旋工者羼多数。 1 3 国内外弯梁桥的研究现状 1 3 1 弯梁桥计算理论和方法简介 旱在3 0 年代，蘑癸裁对莲线梁接熬有关鞠瑟送行了瑾论分辑荨瑟研究。疑耪静 曲线梁桥是一座德国的钢桁架铁路桥，随着钢筋混凝土，尤其是预应力混凝土结 褥的瘦角，熨激发了各国工程簿酌截造力，为大量修建混凝土益线梁桥奠定了物 质基础。 大瓶模修建曲线梁桥，主要应归功于高速公路的发展和城市交通立体化建设 的需要。睦线粱桥截面型式大多数采用簇型截灏，结掏体系铰多采用连续越线梁 体系，其跨径一般在5 0 米- - 6 0 米左右，曲率半径有d , n 3 0 一4 0 米的情况，结构的建 黎毫瘦一般较，l 、，车遂宽度一般麓2 。4 车避耋，旄工方法多数为褒场立模浇绞。 回顾曲线梁桥的历史，国际上主要猩7 0 年代得到了大发展，国内主要是在改 革开藏霜、3 0 年代中麓褥劐了逐虢发震。在1 9 7 9 年藤，莓内第一次邀请了美国马 爆兰大学c p h e i n s 教授来华介绍了曲线梁桥的设计理论，引起了国内工程界的堂 裰。经过了一段时阔的摸索、实践和研究。于1 9 8 7 年1 2 月在沈阳首次召开了以立 交桥工程为中心的学术交流会，桷互阐交流了弯、坡、斜桥建设中的各类学术瓣 题，随后关于曲线粱桥方面的研究在国内逐步展开。经过几十年的发展，各国的 辑粱专家秘学者对熬线梁揆俸了大量鲍磅究工作，著针对不霹豹夔线粱援弦筠登 式，相继提出了各种各样的计算理论和分析方法。归纳起来大致可分为以下三类： 帮释孛厅法、半解毒蓐法秘数臻法。在主述方法中，鼗篷法是研究中最鬻雳的，内容 也是最广泛的一种。 实际上，簿种计算理论或分析方法都有袋各自的特点与适甬条件，嗣此在 决定采用那种分析方法之前，首先应判定计算对象对所采用的分柝方法的假定条 郑州大学碳士学位论文 静是瀵足豹，这对予使诗筹结象烫好静符合汁簿对象静实际王孬状态是卡分蕈蘩 的。下面就对各种现有的计算理论作简单的介绍。 1 解析法 鳞搴斤法怒基于一定的假设基础上，根据结麴力学和弹性力学的理论建立方挥 米求解曲线粱桥内力的方法。 1 ) 单缝掇转瑾沦 单纯扭转理论鼹最初用于分析曲线梁桥的一种理论。这种理论将曲线梁桥结 梅当佟集中静粱辘中心线她匏弹洼栝俘来延瑾，著谈为受替载后，横舔褥仍僚持 平面( 即不发生翘曲) ，且截面形状保持不变( 即不产生畸变) 。单纯扭转理论概 念清楚，计算简便，为广大：【程藐术人员所易于接受。这种聪论一一般能适粥于( l b 4 ) 的所有实体截颇及箱彤截面的混凝土曲线梁窄桥，此时所引起的误蒺一般均 在工程设计容许范围内。 耳 l 藿较鬻熙瓣基于单缝翅转爨论的续掏力学为m r 法，是建立在单缝援转囊 论戆基旗上。该方法楚疆摆t u n g 葶瑟f o u n t a i n 撼整弱麓支鼗线箱梁及连续蓬线箨粱 躲麓爨计算方法。在0 3 0 发显e i g j 一 3 0 ，则横截面的翘曲变形4 i 大， 霹| 美不考虑薄壁效应。 2 2 5 桥梁宽度与曲率半径之比 偏心荷载对弯轿的内力有较大的影响，因此在进行弯桥的计算时，除考虑国。 外，还应充分考虑桥梁宽度的因素。撩零大安大咚省公路桥梁设计规范o h b d c 中， 采用l 2 1 b r 1 0 作为判别慰否可以按直线桥计算弯桥的条件，式中上为桥梁轴线弧 长，霞为矮粱中线半径，b 为橇粱戆半耄。 当桥宽较大、曲率半径较小时，还应注意到曲梁内外弧长相差较大，因此外 鬟瞧载篦悫剿大鹰多，羁簌是对称截蟊，逛载瞧会产生淘楚线癸劂黧转翡玛布力 矩。 2 。2 。6 截面形式 悬臀长度增加，嚣参数变化幅度增大。 随悬臂板长度变化而变化：箱梁总宽不变， 2 。2 。，横疆叛数 籍粱总党不变睡，趣麴刚度摹鞋双力楚 室数的增加对受力有利。 内横隔板对调熬曲线箱梁内外缘的变形和虚力有很大盏处。它改善了曲线箱 粱的受力待德，特剐是对减少截颟畸变变形和畸变应力作用很大，适当增设内横 隔板具有较好的效聚。 2 2 8 支点位驻的变化 支点使譬霆夕 侧馕移，对支蔽力影穗摄夸。获拯支痊豹复拯籍箍着攘心静蹭 太，甚至呈线形的减小；恒载弯矩略有变化，备跨最大正弯矩略有增加；当偏心 距选择适当辩，可戬使最大衽矩和最小疆矩的绝对僮稆等。 2 2 。9 其它因綮的影响 一壁板厚度 一一强度力 一温度 郑州大学硕士学位论文 2 。3 弯斜坡异形桥粱空闻缭梅分辑软件3 d 。b s a 简介 3 d b s a 祭统悬一个象蕊处理建立镁艇、缡梅分毒睡计算、后处理图形生成予v 体的适用于弯、斜、坡异性结构类立交桥、跨线桥、城市商架桥及人行天桥等各 蹙轿羹的全过程空阀结构分析软件系统。 3 d b s a 鼹有丰富黪建模单元，翔空露轷嚣、粱元、援基单元、遴嗣边界擎元、 礤鹫擎元、支瘫( 鑫式支窿、璩澎支瘫、橡骏扳式支鏖) 擎元、弹毪支承杼元， 并能技实鼯慷凝模拟蚤秘复杂的援粱结构；能够邀露长弛蒋载生成，包援：魃线 粱自重产擞的烃向分布力及轴向分布力偶、具有竖弯殿平弯的空间预应力、节点 稿载、各种形式的单元葡载、强迫位移、桩基沉簿、= 二期横载、单元萄裁拯述的 施工蘅载、其它可变荷裁、偶然荷载、年平均温麓、非线形温度梯度荷载、收缩 擦变；能遴行室阉彩懿搿分析及英裔动步栽。3 d ，b s a 根据实际施工方法、施工迸 发对答秘攀元、冬季孛蔚载均赋予“生毵”属性，逶过模拟榜梁结构务耱藏王方法、 蛋穆藏王过程，翅熬体现浇、逐踌燕工、悬罄施工、缆索零装酾礞雄施工等。髓 进l 亍从施工烈使用除段全过程结构仿真分析，共且可以进4 予挢梁续掏检测、维护 与事故处理计算。3 d b s a 基于w i n d o w s 9 5 、w i n d o w 8 n t 操作系统平螽，选用v i s u a l b a s i c5 , 0 、f o r t r a np o w e rs t a t i o n4 0 作为开发环境，用户交互界谳丰寓直观、揉 乍 简便、慕入数撵及结果餐熊纯、可视纯。阁户彝面风格与w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s n q 、 辍持一致【7 激。 2 3 。13 d - b s a 2 0 0 3 核，诗舞模块 3 d b s a 2 0 0 3 络穆分辑核心诗冀鄢分包括：数据羧处理、越工避程结稳分糖、 郑娜大学鳓+ 学位论文 爱焉玲段涵鼗分掰、谨载缀合躅大功麓横袭。各都分豹主要功巍籀f ： 一、数糕该照灌 计算戡磷几倪特梭，龟括裁嚣蕊辍，截溺鼗性簪及中性毒盎位爨。确定空潮鞭 应力柬张拉控制信息，如控制应力、张拉吨位、求长、左延伸量、右延伸量及总 延 审照及预威力治程损失( 摩阻损失、钢筋圈缩及应力松驰) 。计葵桩基础出口喇 度。计算预廒力钢家嘲度及弹槛损失矩阵。 = 、施工过程结构分祈 3 d b s a 2 0 0 3 系统仿奏桥粱麓工过程进行结构分褥。髓模季鼗穗工过程结稳体 系黪彩或与转换，奄耩节点隈位擎元( 节点约寒象件、支承荤元、雕譬单元，簸 式支座、球形支痉馨元，橡胶援式支廛攀元及弹瞧支承抒元) 戆安装与揍豫。逻 包括梁单元、桩基单元与吊杆单元的安装与拆除。梁单元计入预应力钢寐刚度的 影响，桩溱单元考虑礁身分段变截蘧，崧土分层舆有不同地基系数i ”1 。隧撼述臆 ： 过程各炎外荷载的施加与撤换。包括恒载( 结构自麓、空闻预应力、二期恒载、 器类节点荷载、各炎单元荷载及强迫位移、纂磷沉降) 的施加与撤换。通过对节 点蕊壤、肇元翡载中番令参数鹩取鲣，疆以撼透餐类薅工蘅载、葵它霹变蘅载、 鼹然焚载等。霹计舞 线挫渥瘦旃载。霹绞桥援秘珏0 2 3 8 5 ) 秘( 2 0 0 2 每送零稿) 计算收缝威变、镣变系数，考虑节段施工不慰妇载龄期对收缀撩变貔影响。 兰、使用阶段活载分析 3 d b s a 2 0 0 3 采震空越曲线粱、空阀粱格体系缱构诗算模型。应用褫动法计 算内力、支反力影响面 4 ”】，影响面计及离心力的影响，通过动态规划进行影晌蹶 自动布载。影响面布载时允许桥梁上部结构包含交织段且舆有多个分支砸道。每 个垂遂考虑莲l “左入 亍遴+ 左分隔带+ 发行车道+ 中阀分潲带十右行车道+ 右分 滚蒂+ 右入学遵”模式掰滋生密弱各耱搂耩离鹰鬟。按公潞工程技术标准( j t j 0 0 1 9 7 ) 考虑汽车车队黄裁效应戆横涵捺城，并霹计入褥梁熬缴离季厅减戬及冲击力 系数。可计算的活载包括：按公路工程技术标准( j t j0 0 1 9 7 ) 舰定，汽车车队( 汽 苹一1 0 级、汽车一1 5 级、汽车- - 2 0 级、汽车一超2 0 级及强定义车队) ，履带车竣 平扳撞车( 腰带车- - 5 0 、挂车- - 8 0 、挫车一1 0 0 、援车一1 2 0 及自定义挂车) ，按城 市桥梁设计荷载标准犯j j7 7 9 8 ) 规定，车辆葡载f 城一a 级、城一b 级及臼定义车 默) ，车莲裁载( 城一a 缓、糕一8 级及鑫定义撞车) 及步遂人群蕊裁。计算上述活簸 最不利内力、瘫力懿络袋及荚对癍豹最不甏枣载位嚣。 躞、薅载缓会 3 d b s a 2 0 0 3 系统霹对结构是重、预应力、施：赘载、二期恒载、年均势滏、 升温温差、年均降涩、隆瀣温差、强追佼移、基础淀姆、收缩狳焚、其它可变蕊 郑州大举硪十学位论文 裁、偶然穗载、汽车车驮、乎板挂车鲮履带车及步邋人蒸等各缮羧项进行任意懿 台。可在汽车车队、平税撞车( 履带车) 或车辆搿簸、车道荷载中进行判断，取 最不利者进行组合。参照桥规( j t j0 2 3 8 5 ) 规定，按承载能力极限状态设计 时，荷载组合系数根据规定取值。币常使用极限状态和施工阶段的应力计算根据 霹戆发生戆蕊载 毒凝鑫动选定缀合系数蘧 孬缝合。 2 3 23 d - b s a 2 0 0 3 建立模型模块 3 d b s n 2 0 0 3 前处理建立模型模块用来录入结构分析所需的各类数据。其交 互式终图形器嚣提供了强袁力斡模型生成工具，使蠲户毙轻松、浚速、正确燎生 成原始数据文件。3 d b s a 2 0 0 3 建模模块的主要功熊包括： 1 节点快速生成 邋过撬粱竣诗线分羧等距生成缀耩蠢主梁节点，秘蠲横褥翔德移、鎏海位移 生成褥瑟繁点。可直接输入或菠弦乎移拷援、旋转携贝、镶象黪受、内捶餐躞形 变换命令快速生成节点。并可在a u t o c a d 系统生成节点网格，逑接a u t o c a d 系 统，囊接导入节点窿橱。 2 。攀元快速生成 空间梁元、桩基攀元、最移单元、冬癸限位零元( 节点约束、支承单元、刚 臀单元，支座单元，橡胶支座及支承秆元) 均可通过唐接输入、自动生成或样本 复剑侠速输入。霹戳墅影数示任一擎元局部座檬系。 3 。材料截裁输入 对各类单元均备脊材料库，用户只需点取材料类型标号。对上部结构常见截 蕊( 截面痒) 采褥参数输入，应丽缝合梯形法、缀合潮透形法分潮输入任意对称 与菲对称截露。黠下部缭掇还增攘了爨柱髑管龋 瓣。攀个截霞尺寸可利用馋强蘩蠡 入，变截面粱可通过搔值生成、灏数生成。且单元材料截磷均可由 薹接输入、氐 渤生成及样本复制快速输入。 4 。蔫载挟遮生成 缀构真燕除考虑竖向分布力外，还可诗及燕线巢内外侧弧长不等两产生靛辘 向扭转分布力偶。各类单元荷载均可遗择局部座标系戚总体座栋系方向输入。囱 箍蔫载、二麓瞧载、节患祷载、荦元耨载、强遥位移、桩蒸沉簿、瀵度蔫载及收 缩徐变均可照动生成。 5 预威力赫载 空间预应力束布置考虑曲线梁自身其有平弯、竖弯，钢束相对于曲线梁也撼 煮乎弯、竖蛮懿复杂蹙况。钢衷乎、竖煞线导线交点数据无震事先壤器，霹在乎 灏及竖向展开藤上作图东爨，也可进行图形修改。铡窳平、蹙曲线姆惩点磨标、 桩号、弧长即时输出，实现了空间预成力设计计算同步进行。 郑州大学颟l 。学位论文 6 滔裁信息生成 霹攒定计算活载激不零j 内力、应力、支反力包终德豹关心单元。螽动生液汽，l o 、 汽一1 5 、汽一2 0 、汽一超2 0 级汽车车队荷载及履带5 0 、挂车_ 8 0 、挫车一1 0 0 、挂车1 2 0 级平板挂车和履带车荷簸或车辆荷载城一a 级、城一b 级，车道衙裁城一a 级、城 一一8 级。霹绘定辘重、轮距蠡定义汽车车获、孚叛援享蕊载或车辆蕊载、车邋薅裁。 输入设计线平曲线及其横桥向布置确定各类活载的加载区域。可以考虑其宥多个 分支匝道，且每个匝道处于加宽缓和段的复杂桥烈。并且可以涌过桥面网格剔去 嚣匝道间交织段重叠部分的桥面板，避免车队重叠布置。 7 。数捺模叛输入 新输入一组数据时，选择一组已输入的模板数据作为默认德。对模板数据进 行修改即可得到新的数据。桩基钻孔地质资料、单元截面几何尺寸、钢束平、竖 曲线导线、截面温度梯凄分毒、萄载工嚣缀合系数均可采鼹数攒模板竣久。 8 潮形数据连动 建模模块中普遮爨i l j 蒙入数据与图彤显示摆蔑涟魂。翅户在文本挺内慕入数 据时，图形工作区内即时显示。反之，通过屏幕上鼠标操作获得数据时，数据表 中即时输斑捕获得刮的数据。并可旒行平移、旋转、窗口放大、整体显示等各种 窝形变换功能。久税交互器瑟事富壹蕊。 9 多级数据检锚 建模模块提供了三缀检错功能：第一级为输入时即时诊断，根据输入数攒的 镪毽意义癸定篓致值范溺，密镑辩帮时绘搦错谈信恿。第二级为输入时图形诊断， 用户竣入数据时，图片糕中即时墼搿显示，用户嘏攘图形续累刿辑数摆对链。第 三级对结构分析简化模型的完撼性及其逻辑错误进行渗断，并给出诊断结果。 2 3 33 d b s a 2 0 0 3 蹋形输出模块 3 d - b s a 2 0 0 3 后处毽圈形输出模块翊来输缬结构分辨的计簿鳝莱。其交甄式 的图形界颇提供了强商力的数据整理手段，使用户熊方便童观地察器、查询、整 理结构分析的输出文件。3 d b s a 2 0 0 3 图形模块豹主要功隧包攒： l ，结构模鬻显示。显示任一施工阶段的结构简化模墅。对经视图平西可麓 行乎移、旋转、塞日羧大、整体显示等套耱墅影变换翕令鼹察模型麓帮。 2 察看钢柬信息。列表输出预应力钢束张拉控制信息( 张拽吨位、荣长、发 延 审蓬、右延伸量、蒽延伸量) 及其平、竖曲线几筒要素( 特征点座标、弧段起 点、终点殿溷舔半径) 。势可躐察钢寐任点凡俺庭标，任一施工酚段、任一穗载 二 ：况下预威力损失( 摩阻损失、回缩损失、松驰损失、弹性损失、收缩徐变损失) 及其有效预应力。 3 结构变形显示。选择交形诧弼尺，显示任一施工阶段、任一衙载工况下的 郊州夫学硕士学位论文 结构交形。对任一视图平面霹施行平移、旋转、鬻翻放大、整体显示等各搴审露形 变换命令鼹察局部交形。 4 结构响应曲线。选择单元组，确定单元组的构件类型( 纵梁、横梁、箍梁、 墩柱及桩基) ，根据构件类型显示单元组在任一施工阶段、任一谢载工况下的结构 嘲应鏊线。惫摄：藏王瓣段荤元位移、纂元悫力、摹元应力、烹梁疆馥圭应力、 活载内力包络图、应力包络图、组合内力包络图、应力包络图、主梁腹板主应力 包络图以拨承载能力和正常使用极限状态确定的配筋能力。 5 约求反力输出。选择座标系绒( 总体座标、局部座标) ，在所选座标系下展 示任一袋僚节点( 节点约束、支承攀元、剐臂单元、支座单元、橡黢支窿、支承 杆元及强迫位移) 在任施工阶段、任一荷载工7 兄下的节点约柬反力，活载作用 下的最不刹约束反力以及组合工况下的最不利约束反力。 6 ，影响瑟鸯曩载。逸臻关心摹元截嚣，显示辑蕊鸯羹载阚穆、关心萃元截露任 内力分量、约束反力分蘸的影响面及各种活载( 汽车车酞、髓带车或平板挂车、 步道人群) 的最不利布露。列表输出关心单元截面所选内力、约束反力活载内力 包络值对艨的各内力分爨、各应力点正应力。并可察看抽载嘲格图内任一点的影 翻佳。 郑州犬学颈上学使论文 第三章双跨弯箱粱桥分析 3 1 模墅豹建立和参数的选取 3 1 13 d - b s a 建摸瓣蠹嫠约定 1 长度以m 为单位。 2 力酌攀位为轴 。 3 时间以天数计算。 4 总体座标系z 轴锻直向上。 5 。局部座标系o x y z 嶷三点礁定。x 辘由焚点捃自第二点，x 转秘第三点 确定o x y 面，且y 轴沿着第三点方向。z 轴由右手定则确定。 6 。永久狡终与岁 蓑载，其菸除除段序号强+ 圭奏大予燕工狳段惑数豹饪惫整数。 3 1 。2 藏体参数的确定 本章所选用的熬体参数为： 桥梁总长l ：5 0 、7 0 、8 0 、1 0 0 、1 3 0 、1 5 0 、1 8 0 、2 0 0 ( m ) ： 中间支承偏心距e ：0 0 、0 2 、0 4 、0 6 、o 8 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 ( m ) ： 圆心角由：3 0 、4 5 、6 0 、9 0 、1 2 0 、1 5 0 ( 度) ； 工况：一恒载：一期、二期恒载，收缩徐变力： 一活载：天群藜载，汽车越2 0 级，挂车1 2 0 。 3 1 3 细部参数的确定 i 燕工除段 施工阶段分为四个阶段，共1 5 0 0 天。表3 - 1 列出了具体的天数。 表3 - 1施工分段 施工除段持续时闼藏工描述 l3 0第一跨施工 23 0第二路施工 33 0掇颥镪装 41 4 1 0竣缀徐变完戏 2 。支承单元 中间支承单元类型选用y 肉双支座中熟y 鼹定，z 活动。 3 橡胶支瘫 每一边桥台设立3 个橡胶支度，两个位子榜辅线l 。5 米处，鼹边掇台共计6 个 支鹰。獒压缝剐度为3 1 0 e + 6 ：剪甥裂痰必1 i o e + 4 ；y 辘帮z 辘撬驽霪g 浚帮为0 。 4 材料信息 郑州人学硕士学位论：史 材料均选用e 鞠涎凝土，毒孝卷毒辩数e 为3 3 0 e + 7 ，p 为o 1 6 6 7 。 5 截嚣特性 桥面选用薄壁单箱单室截面，j 二宽9 0 m ，下宽5 0 m ；桥梁支座截面处的高 度取单跨桥长的1 1 8 ，跨中截面高取单跨桥长的1 4 0 ，其它截俪按二次插值生成： f l 闻支承挂裁瑟选爰熬落瑟柱形，纛径2 。o m ，壁簿1 0 m ；疆台楚选爰矩形藏嚣， b = l + 5 m ，h = l 。5 m 。具体的截面高见袭3 2 。 6 二期恒载 桥藤镳装厚度o 0 8 ，密度2 4 ；防撞墙左、右侧密度都为7 + 5 ，左、右侧边距都 为0 。2 。 7 收缩徐变 选用公规j t j 0 2 3 8 5 规定【7 4 】，取混凝士加载龄期t 一1 0 ，= o 0 0 0 2 3 。 其理论厚发h 纛垂f 霓滚3 - 2 。 表3 - 2 收缩徐盔参数与截颟高度 耩粱蕊长，掰壤论簿凄h m 咎f 支座截嚣商m跨中截瑶焘加 5 0o 3 72 + 9 2i4o 6 5 7 00 4 0 32 7 9 5| 9 50 8 7 5 8 0 0 ，4 0 9 2 ，7 92 。3l 1 0 00 4 1 72 7 8 2 7 81 2 5 1 3 0 0 4 2 92 7 7 3 6 l1 6 2 5 1 5 00 4 3 82 7 64 1 7 1 8 8 1 8 00 4 4 8 2 7 55 22 5 2 0 00 4 6 82 ，7 45 ，5 62 , 5 8 活载信息 选焉汽窜超2 0 级，挂车1 2 0 ；入释蓊载为3 , s k n m 2 ；毅淹步长1 ，0 0 0 ，横淘 步长0 5 0 0 ；行车路线友、矗车遂数麦鐾为1 ，单列系数1 0 0 0 ，行车辩速8 0 0 0 k m h 。 9 荷载组合 选溺正常使用檄陵状态和承载能力裰限状态下豹荷载组合。 3 。2 偏心支承的影响 3 2 。1 数掇处瀵蓬纛 用3 d b s a 进行结构分析计算，包括数据处理、藏工计算、灞载计算和赞载 组合。然后把数据嗣e x c e l 进行分析，拟合出栩虚解曲线。这璺包括两个过程，酋 先褥单位位移、支承反力和内力与轿梁慈长懿关系拟合为三阶多颈式益线( 淑可 以为二阶多项式藏线，主要使拟合的曲线中r 2