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桥梁电算方法 桥梁设计与建设程序 预可 阶段着重研究建桥的必要性和宏观经济上的合理性 工可 阶段研究制订技术标准 提出多个桥型方案 并估算造价 基本落实资金来源和投资回报等问题 方案设计 确定设计方案 技术设计对重大技术问题进行探讨 完善桥型方案 修正概算 施工图设计进行详细的结构计算 绘制施工详图 编制预算 毕业设计的步骤 一 桥梁设计方案的比选 桥梁设计方案的比选和确定可按下列步骤进行 明确各种标高的要求桥梁分孔和初拟桥型方案草图方案初筛详绘桥型方案编制估算或概算方案选定和文件汇总 二 结构尺寸拟定 预应力连续梁桥横截面形式主要有板式 肋梁式和箱形截面 当跨径超过40 60m或更大时 二 结构尺寸拟定 单箱单室截面的顶板宽度一般小于20m 图2 2 41a 单箱双室的约为25m左右 图2 2 41b 双箱单室的可达40m左右 图2 2 41c 单箱单室截面b a之比为1 2 5 3 0 悬臂长度b一般不大于5m 箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶 墩顶区域底板厚度与主跨之比宜为1 140 1 170 跨中区域底板厚度一般为0 22 0 28m 箱梁在墩顶区域的腹板较厚 跨中区域的腹板较薄 三 变截面连续梁桥实例 位于湖南省道1831线上的湖南益阳市白沙大桥建成于2002年 主桥为四跨一联的预应力混凝土连续梁桥 50 90 150 90m 桥梁全长1584 0m 如下图所示 白沙大桥立面布置 m 白沙大桥横截面布置 cm 一 桥梁结构分析的建模方法 结构离散的基本原则 计算模型应尽量符合实际结构 保证体系几何不变 避免出现与实际结构受力不符的多余联结 在合理模拟的前提下减小不必要的结点数目 以缩短计算时间 杆系单元划分的原则 根据结构的构造特点 实际问题的需要和计算精度要求来决定 一 桥梁结构分析的建模方法 结点的设置位置 各关键控制截面处 构件交接点 转折点 截面突变处 不同材料结合处 所有支承点 施工缝处 等直截面直杆 自然交结点处 中间结点根据验算截面的要求以及求影响线时单位力作用点的要求确定 变截面杆 尽量细分 使折线形模型接近实际结构的受力状态 二 几种结构的有限元划分实例 二 几种结构的有限元划分实例 二 几种结构的有限元划分实例 三 局部构造的模拟方法 刚臂的处理几个构件刚性交会于同一结点 构件轴线偏心交会 不同的受力阶段 构件截面具有不同的几何特性 三 局部构造的模拟方法 中间铰的处理用特殊单元模拟 铰结端多编一个结点 四 截面几何特性计算 计算内容截面面积 形心 面积矩 惯性矩 截面模量等 主要的计算方法梯形分块法 三角形分块法和积分法等 三角形分块法当三角形结点为逆时针编号时 计算结果均为正 反之 如为顺时针编号时 则计算结果均为负 三角形分块法 三角形分块法 结点编号应该沿截面周边逆时针循序进行 不可以随意编号 对于闭口箱形截面 需在每个箱的适当位置作一切口 使闭口截面变成开口截面 以形成一个连续的周边 编号顺序可从轴上的任一点开始 沿着开口截面的周边按逆时针循序进行 对于带有曲边的截面 可用折线来代替曲线 折线段越多 计算结果越精确 桥梁计算示例 基本资料桥型布置 3 50m等截面连续梁桥桥面净空 净 9 2 0 25m安全带设计荷载 汽车 20级 挂车 100 不计人群荷载桥面纵坡 0桥面横坡 1 5 桥梁计算示例 材料规格主梁 采用40号混凝土 容重为26kN m3 弹性模量取3 3 107kPa 桥面铺装 采用防水混凝土 厚度为10cm 容重为25kN m3 缘石 栏杆 按5 12kN m计入恒载 横隔板 按每道200kN计入 桥梁计算示例 荷载计算 桥面系荷载缘石 栏杆重 q1 5 12kN m桥面铺装重 q2 9 0 0 1 25 22 50kN m合计 q q1 q2 27 62kN m将其作为二期恒载以均布荷载的形式作用在主梁上 主梁自重按 26kN m3的容重 以计主梁自重的形式计入结构自重效应中 墩顶处主梁设置的横隔梁以重量按非结点荷载计算 桥梁计算示例 几何特性计算 用三形分块法 GE02程序 计算主梁截面的几何特性 截面编号和坐标系取用见下图 输入数据文件名为D9 1 0 DAT 桥梁计算示例 结构自重效应计算 结构自重效应计算基本数据名称 D9 1 DAT不考虑施工过程或一次成桥的情况下 可利用FR2程序进行结构自重效应计算得 D9 1 OUT 输入数据 恒载作用下主梁的位移 单元杆端力数据等 D9 1 FIG 图形文件 D9 1 DED 恒载内力数据文件 D9 1 DA2 影响线数据文件 桥梁计算示例 结构自重效应计算 利用WORD EXCEL软件对计算结果进行整理 采用图形和表格的形式进行整理 如 主梁结构自重效应的计算结果 找到结果文件D9 1 ded 打开WORD中的插入图表 如主梁结构自重效应弯矩图 桥梁计算示例 支座变位作用的影响 超静定结构当考虑由于地基压密等引起的长期变形影响时 应根据最终位移量计算构件的效应 支座变位作用的影响计算可按照下面的步骤进行 假定中间两桥墩相对两边墩下沉20mm 见数据文件d9 1 2 dat 单独计算支座变位作用的影响时 应不计结构自重和作用在结构上的荷载 桥梁计算示例 支座变位作用的影响 支座变位作用的影响计算基本数据D9 1 2 DAT只须将原有的D9 1 DAT进行修改后 再利用FR2程序进行计算即得 D9 1 2 OUT 输入数据 支座变位作用下主梁的位移 单元杆端力数据及支座反力等 D9 1 2 FIG 图形文件 D9 1 2 DED 内力数据文件 桥梁计算示例 温度作用的影响 桥梁结构当要考虑温度作用时 应根据当地具体情况 结构物使用的材料和施工条件等因素计算由温度作用引起的结构效应 也可利用FR2程序进行计算 单独计算支座变位作用的影响时 应不计结构自重和作用在结构上的荷载 只需在D9 1 DAT的基础上 修改非结点荷载部分 增加温度作用产生的等效非结点荷载 非结点荷载 以下列出了11种最基本的非结点荷载的固端力 固端力的符号规定与杆端力一致 非结点荷载计算 非结点荷载计算 非结点荷载计算 桥梁计算示例 温度作用的影响 表3 2中的第7类荷载为温度荷载 其中 e0和c的计算原理如下 在设计中 常假定温度在截面内成线性变化 这种温度变化引起的固端力为 桥梁计算示例 温度作用的影响 式中 其中 a 材料线膨胀系数 A I 杆单元截面面积与惯性矩 E 材料弹性模量 h 截面高度 t1 t2 分别为截面上缘和下缘的温度 y上 截面形心轴距上缘的距离 桥梁计算示例 温度作用的影响 令 则 其中 e0 形心轴处由温度变化产生的应变 c 由温度变化产生的截面曲率变化 对于非线性温度梯度的情况 只要按平截面假定求出e0和c后 由此引起的温度次内力也可按该类荷载计算 斜拉索张拉计算 第6种荷载可以用于斜拉桥中已知斜拉索的张拉延伸量的张拉计算中 这时 q值为已知的张拉延伸量 输入格式为 i 6 q 0 0 斜拉索张拉计算 如果已知张拉力增量 PV 要计算结构在该索力增量作用下的位移和内力增量 可把它作为一种非结点荷载的形式来考虑 将该单元的刚度从结构中去掉 指定其杆端轴力增量为PV 并将反号作为等效结点荷载即可 把这种已知张拉力增量的斜拉索张拉作为第12种荷载 输入格式为 i 12 PV 0 0 桥梁计算示例 汽车 人群荷载内力计算 作用效应组合可自行编程计算 参照 桥梁结构电算程序设计 中的ADLOAD和HZZH程序 也可利用EXCEL软件进行计算 根据荷载组合的结果进行预应力钢筋配置 并计算预应力损失 求得永存预加力 根据预应力配置和有效预加力的情况进行预应力效应计算 桥梁计算示例 预应力效应计算 通常采用等效荷载法计算 若单元划分较细 预应力可按单元长分段 每一段上作用一对沿力束方向的集中力Ny 其大小可取单元范围内的平均有效预加力 将单元两端的Ny移至对应结点上 直接作为结点荷载 求出整体坐标系