桥梁荷载试验计算分析.ppt

桥梁载荷试验计算分析，张治成浙江大学交通工程研究所浙江大学土木工程试验中心2008年12月6日，联系地址： e-mail :3064705电话公室：浙江大紫金港校区安中大楼b栋-717， 桥梁静载试验总体构想：利用软件计算结构各控制截面的试验控制内力，根据内力等效原则，利用各控制截面的内力或位移影响线，动态布置，求出达到试验控制内力所需的车辆数量和相应的载荷位置，主要内容包括： 第一章简支梁的内力计算第二章连续梁桥的内力计算第三章拱桥的内力计算第四章斜拉桥的内力计算变形、应力和裂缝的计算需要通过桥梁的检测把握，制定结构体系、结构设计和布置(包括主梁的纵、横断面的布置)、各部分结构的主要尺寸和细节的处理和桥梁工程的基本方法。 桥梁设计过程，对建立的结构进行应力计算，基于应力进行钢筋计算，对结构进行强度和刚度控制，桥梁检测需要了解、活载荷和恒载荷的应力计算方法，第一章简支梁的应力计算， 简支梁静载试验的主要内容主梁横断面中的最大正力矩和挠曲辅助试验案例：考虑主梁横向分布系数、L/4截面力矩(大跨度)、支点最大剪力案例、桥墩的最大垂直反作用力，主要考虑活载荷、一期恒载荷、二期恒载荷、活载荷、简支梁传递方式、净截面、毛截面、 换算截面、(a )净截面、(c )换算截面、(b )毛截面、(1-1)截面特性、桥梁检查时采用的截面、1-2永久作用(恒负荷)引起的内力、自重内(2)负荷作用的截面也不同，适用范围：与所有静定构造(简支梁、悬臂梁、带挂孔t形刚构造)整体浇筑一次落架的超静定构造， 当主梁的一期自重作用于桥梁时，结构已经是最终系统主梁的一期稳态载荷自重SG1的精确计算公式：公式中： 主梁自重内力(弯矩或剪力)。 主梁一期自重集度对应的主梁内力影响线坐标。 1、主梁一期自重恒定载荷SG1施工中不发生结构转换，简单支承梁一期恒定载荷重力SG1的近似计算公式：任意截面的弯矩：任意截面的剪切力：为简单支承梁一期恒定载荷平均主梁的计算跨距3354计算从截面到支点的距离， 2 .双期恒载自重内力计算SG2受力体系：主梁纵、横向连接完成，双期恒载作用于桥梁最终桥梁体系。 正确的计算方法：考虑结构的空间力特征，将人行道、扶手、路灯和管道等重量按照荷载的横向分布规律进行分配，如活荷载。 近似计算方法：将分点作用的横隔梁重量、横向不均匀分布的铺装层重量、延桥两侧作用的人行道、扶手、街灯柱和管等重量均匀分配给主梁。 任意截面的弯矩：任意截面的剪力：简支梁二期定载重力SG2近似计算公式：1-3可变作用(活载荷)的应力，1 .载荷基准值，可变载荷中的汽车载荷，汽车冲击力，人群载荷(汽车离心力，汽车产生的土方压力，汽车制动力)构成，可变载荷的类型， 车道载荷城-A级车道载荷跨径2-20m跨径20-150m、城-B级车道载荷跨径2-20m跨径20-150m、道路桥梁车辆载荷、55T车辆、(道路桥梁)、(城市桥梁)、2 .车道横减率、3 .车道纵减率、0.3、4 .汽车冲击系数、5 .载荷的横分布系数、(1) 单梁情况下的主梁内力计算单梁截面的纵向内力影响线，是单值函数；(2)多张主梁内力的计算，在单位载荷沿桥面横向(y轴方向)作用于不同位置时，分配给某梁的载荷比例变化曲线，也称为对某梁的载荷横向分布影响线。将p定义为载荷时，m称为载荷横向分布系数，表示施加在主梁上的最大载荷是作用载荷的倍数(通常小于1 )。 (3)求横向分布系数m的一些方法，铁棒原理法偏心压力法(刚性横梁法，修正刚性横梁法)全部掌握，概念理解原理(可由桥梁博士计算)，(第二课)，刚性接合板(梁)法，铰链板(梁)法，a，杠杆原理法，基本上是桥面板被主梁分割，在横桥方向被主梁支撑的单纯支撑梁适用时，(4)2种横向分布系数的求解方法，两主梁、两拱肋负荷在支点附近的横向连接较弱，没有中梁的梁桥。 一种计算、m0的方法是考虑到车轮与车轮边缘的距离，该距离将载荷施加到绘制横向分布影响线的每个梁的内力(反作用力)的最不利位置(标识载荷横向最不利位置) P/2， 车轮横向间隔为0.5m的负荷在横向上确定最不利的位置(将P/2左右移动，看是否减少)关注车轮间距离1.8m和车与车之间的距离1.3md，计算各负荷位置的影响线的纵坐标值。汽车：拖车：人群： b，求出修正的偏心压力法(修正刚性梁法)，基本上将横隔梁视为刚性无限大的刚性梁，在外载荷下始终保持直线形状。 考虑主梁的扭转刚性。 基于横隔梁无限刚度的假设，该方法也称为“刚性梁法”。 如果应用的话，有可靠的横向连接，当梁多桥的宽度跨度比小于0.5或者接近0.5时，载荷作用于中间位置，载荷的横向分布在影响线k号的主梁载荷在横向影响线的各梁轴线上的纵向值始终是直线。 通常写。 以1号侧梁为例，其横向影响线的两个控制纵坐标值为：带翼箱形截面的扭转刚度，(4)横向分布系数沿桥纵向变化，a，载荷横向分布的变化规律，桥跨中间部分，在桥面板和横隔梁的作用下，载荷横向分布比较均匀。 支点附近，载荷只传递到作用主梁，其他主梁几乎不受影响，使用中mc、偏心压力法、铰链板梁法、刚性结合梁法、G-M法、m0求法铁棒法、杠杆法(特殊情况下为两主梁和双拱等)计算弯矩，计算沿中断面的弯矩b、实用中m分布规律的简化，注意：对于中梁，m0与mc之差大，梁少于三个时，m采用变化分布，计算剪力，计算支点断面剪力，梁段内采用变化m，远端采用无变化的mc。 试试内的其他截面剪切力，具体情况。 在第一步中，求出某主梁的最不利的负荷横向分布系数，在第二步中，求出主梁内力影响线，乘以与车道负荷对应的横向分布系数，然后使考虑了车道横向分布的影响的车道平均分布负荷值满足对结构造成最坏影响的该影响线，同时使车道横向分布的集中负荷基准值满足对应的影响线的最大峰值按照规范要求，还应考虑冲击力对汽车载荷的影响、车道减小系数。 (1)活载力(不考虑离心力)求解步骤：6 .主梁活载力的计算方法通过引入载荷的横向分布系数，将空间结构力学计算问题简化为平面问题。其中，公式中：汽车载荷效应参考值(即主梁的最大活动载荷内力) 3354汽车载荷的冲击系数取值规则为： 3354横向车道载荷减小系数，而值规则为汽车载荷纵向减小系数， 值规则如下：载荷横向分布系数将主梁弯矩替换为中荷横向分布系数，计算主梁剪切力时应考虑中荷横向的变化，具体取值前介绍的(2)主梁的活载应力计算公式如下： -由内力影响线和载荷横向分布系数规律划分的区间编号-车道载荷平均分布载荷标准值-车道载荷集中载荷标准值-主位有最不利的效果时，各同号内力影响线的面积-主位有最不利的效果时，根据最大影响线的峰值.不同的设计要求进行内力的组合，(3) 内力的组合，第二章悬臂梁或连续梁桥(刚构)的内力计算，连续梁静载试验的主要内容，主跨中最大正力矩和挠曲主跨支点最大负力矩边跨最大正力矩和挠曲辅助试验案例：主梁负荷增加系数， 主跨度支点最大剪切力箱桥墩的最大垂直反作用力偏心载荷引起的总变形、纵桥方向挠曲变形纵向弯曲正应力m、剪切应力m、横桥方向挠曲变形横向弯曲正应力c、扭曲变形3354自由扭曲剪切应力k约束扭曲剪切应力w，扭曲正应力w， 应变变形应变翘曲正应力dw、应变剪切应力dw、横向弯曲正应力dt连续梁箱梁的截面变形和应力总结为、箱梁应力， 纵向正应力(Z)=M W dW剪切应力=M K W dW横向正应力(S)=c dt相对于加入了横向隔板的加强箱形梁，忽略变形引起的应变应力，使活载荷偏心作用引起的扭转正应力和扭转剪切应力分别为活载荷对称作用引起的平面弯曲正应力的倍、设计中的近似简化、弯矩：剪力：其中：载荷增大系数、n考虑减少后的设计车道数，转换成2-1活载荷计算式、1、悬臂梁系、连续断面形式、多梁式：工字形、t形、空心板、分离式小箱梁、一体式箱梁、多梁肋形式，分别进行内力计算和配筋， 借助横向分布系数进行内力计算，整体截面利用载荷增大系数求解内力和配筋，2，内力计算式，多梁肋非简支系统的内力计算式(与简支系统相同)，内力计算要点：求解悬臂梁和连续箱梁的载荷增大系数的思路：将实际非简支系统等代入简支系统，利用简支梁的横向分布系数求解方法一体箱梁非简支系统的内力公式、内力计算要点：求出悬臂梁或连续箱梁的载荷横向分布系数m，构想：利用等代简支系统的横向分布系数求出载荷增大系数。 2-2等代简支梁法求解载荷横向分布系数，将1、基本原理、悬臂梁系、具有连续系的跨度按等刚性原则转换为跨度相同、具有等截面的简支梁，以该梁为对象计算载荷横向分布系数。 中选择所需的墙类型。 等刚度是指对跨距施加集中载荷或扭矩，跨距的挠曲或扭转角度必须彼此相等。2、等代简支梁的截面性质，等代简支梁的弯曲惯性矩的换算系数，等代简支梁的弯曲惯性矩的换算系数，非简支系计算横截面的弯曲惯性矩和扭转惯性矩，计算3、的作用，计算横截面集中载荷，计算4、的作用，横截面集中力矩的作用，计算5、 求出t形、空心板、分离型小箱梁的非单纯支承系统m的相应抗弯扭转换算系数，对刚性分别为、的等截面单纯支承梁求出m，支点截面采用杠杆法，与刚性无关，求出中截面3354等截面、刚性横梁法和修正刚性横梁法、铰链板梁法、6、 求出将非简支系统的整体箱梁分割成梁肋时的m，(1)考虑了分离型梁肋法的整体箱梁分析的优越性、活载荷的偏心作用的配筋和结构强度管理规范中的强度和配筋式都基于矩形、t形截面，规范中的箱梁凸缘的有效宽度也以肋为中心，(2) 以简化方式虚拟地从房间的顶棚、底板的中点切开箱梁，求出n张t形梁或t形梁(n为腹板数)，求出各梁肋的横向分布系数m，进而求出各梁的内力进行配筋，(3)求出m的求解步骤一体型箱梁的等代单纯支承梁，作为各I或t梁， n个t梁或I字梁的弯矩近似等于弯矩，分别采用修正后的刚性梁法(或刚性连接板梁法)求出m，分别求出一体箱梁的弯矩、弯矩和弯矩，(4)采用分离型梁肋法求出箱梁内力和配筋弊端计算麻烦的箱梁本身是一体的，将其分割成几个开口梁肋，内力和钢筋设计缺乏合理性(主要是内力影响线与原箱梁不同)。 各分离式梁肋的活载荷内力计算式：是以分离式梁肋为对象的内力影响值。 7、整体箱梁的荷载增大系数，前面分离式梁肋法从n个t梁或I梁求出的最大荷载横向分布系数(一般为边梁)，为腹板数(t梁、I梁的个数)，通过放大荷载应力，考虑到荷载偏心、截面扭曲、变形等结构上的不利因素，安全性高。 整体箱梁截面承受的设计载荷分别对应的活载荷内力为：整体箱梁截面的内力影响值。 第三章拱桥的内力计算、3-1桁架拱桥、1 .受力特征，拱上建筑参与拱桥的共同作用，结构各部分材料得到充分利用。 拱形桁架部分的各部件主要承受轴向力，实腹部分承受轴向力和弯矩。 桁架部分上弦杆在运转时直接受到局部负荷的力矩。 试验内容： (1)横跨实心腹部的弯曲力矩和挠曲(2)拱主拱最大轴力(3)最弱的上弦跨度弯曲力矩(4)拱的横向分布系数，2 .以基本假设和计算图、单张桁架为计算对象，以负荷横向分布系数(偏心受压法或弹性支承连续梁法或杠杆法)沿横桥方向的负荷桁架拱的两端和墩台为铰链(外部一次超静定)。 桁架拱桥的节点是理想的铰链，根据需要考虑固定在下弦杆上的二次矩。 桁架拱的计算图，3-2刚架拱，1 .受力特点，拱上建筑参与拱的共同作用。 腹孔梁是受弯部件，其馀部件(主拱脚、腹孔弦棒、斜撑及实腹段)都没有作为压弯部件的拉伸部件。 2 .用基本假设和计算图、弹性支撑连续梁简化法确定载荷横向分布系数。试验内容： (1)跨度中弯矩及挠曲(2)主拱脚的最大轴力及最大负弯矩(3)副梁的跨度中弯矩(4)拱片的横向分布系数(5)辅助试验箱：副拱脚的最大轴力及最大负弯矩、3-3钢管混凝土拱、1 .试验拱桥跨度中的弯矩和挠曲(2)拱桥最大轴向力(3)连接杆的最大水平力(4)连接杆跨度中的最大弯矩和挠曲(4)拱桥的横向分布系数(5)辅助试验案例：拱桥的最大负弯矩、拱桥的L/4截面最大正弯矩和最大4截面正负挠曲绝对值之和的最大工况内力计算方法为有限元法：空间有限元法和平面有限法(利用横向分布系数)，考虑活载和温度载荷的作用，取截面值，取钢管混凝土拱桥的内力和变形计算的截面值，采用考虑钢管贡献的组合截面.中国工程标准化协会标准钢管混凝土结构设计与施工规程 (CEcS28:90 )规定的刚性、EA-钢管混凝土压缩和拉伸刚性EI-钢管混凝土弯曲刚性EC、Es-混凝土、钢的弹性模量Ac、As-混凝土、钢的截面积Ic、Is-混凝土、钢的惯性矩ei为整体符号，a和I取钢管混凝土毛截面的截面积和惯性矩时，拉伸(压力)的变形率和弯曲的变形率不同，给建模带来不便。 建模时在同一位置创建两个单元、一个混凝土单元和一个钢管单元，可以比较简单地模拟施工中的分析。 计算受压、弯曲、3、荷载的横向分布，钢管混凝土拱桥材料强度高，拱桥刚度低于直拱和钢筋混凝土拱桥的桥面系统均为梁板式结构(中承式采用挠性吊杆梁板式)，因此活荷载的横向分布作用明显， 拱桥上的建筑联合作用较弱，利用横向分布系数计算单拱桥内力的原因、横向分布系数的方法、双拱桥杠杆法多拱桥弹性支撑连续梁