《建筑箱梁分析》ppt课件

1、第六章第六章 箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱形截面的特点箱形截面具有良好的构造性能，因此在现代各种桥梁中得到广泛应用。箱形截面具有良好的构造性能，因此在现代各种桥梁中得到广泛应用。在中等、大跨预应力混凝土桥梁中，采用的箱梁是指薄壁箱形截面的梁。在中等、大跨预应力混凝土桥梁中，采用的箱梁是指薄壁箱形截面的梁。其主要优点是：其主要优点是：1截面抗扭刚度大，构造在施工与使用过程中都具有良好的稳定性；截面抗扭刚度大，构造在施工与使用过程中都具有良好的稳定性；2顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并顶板和底板都具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

2、正负弯矩的构造，如连续梁、拱桥、刚架桥、满足配筋的要求，适应具有正负弯矩的构造，如连续梁、拱桥、刚架桥、斜拉桥等，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁斜拉桥等，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁T形刚构等桥型；形刚构等桥型；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；方法要求截面必须具备较厚的底板；4承重构造与传力构造相结合，使各部件共同受力，到达经济效果，承重构造与传力构造相结合，使各部件共同受力，到达经济效果，同时截面效率高，并合适预应力混凝土构造空间布束，更加收到经济效果同时截面效率高，并

3、合适预应力混凝土构造空间布束，更加收到经济效果5对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布；荷载横向分布；6合适于修建曲线桥，具有较大适应性；合适于修建曲线桥，具有较大适应性；7能很好适应布置管线等公共设施。能很好适应布置管线等公共设施。箱梁分析箱梁分析 第一节第一节 箱箱 梁梁 截截 面面 受受 力力 特特 性性 一、偏心荷载作用下的变形和位移 作用在箱形梁上的重要荷载是恒载与活载。恒载通常是对称作用的，活载可以是对称作用，也可以是非对称偏心作用，必须分别加以考虑。偏心荷载作用，使箱形梁既产生对称弯曲又产生

4、改变，因此，作用于箱形梁的外力可综合表达为偏心荷载来进展构造分析。在偏心荷载作用下箱梁的四种根本状态：1 纵向弯曲2 横向弯曲3 改变自由改变和约束改变4 改变变形畸变箱梁分析箱梁分析横向弯曲应力t0 （按超静定框架计算求得） 二、偏心荷载作用下的截面应力2.纵向弯曲 纵向弯曲产生竖向变位。 产生“剪力滞效应 1.横向弯曲 箱形梁承受偏心荷载作用，除了按弯扭杆件进展整体分析外，还应考虑部分荷载的影响。车辆荷载作用于顶板，除直承受荷载部分产生横向弯曲外，由于整个截面形成超静定构造，因此引起其它各部分产生横向弯曲， 纵向弯曲产生纵向弯曲正应力 M、弯曲剪应力 M 自由扭转只产生自由扭转剪应力 k

5、约束扭转产生约束扭转剪应力 w、约束扭转翘曲正应力 w 箱梁分析箱梁分析3.箱形梁的改变 箱形梁的改变这里指刚性改变，即受扭时箱形的周边不变形变形主要特征是改变角 。箱形梁受扭时分自由改变与约束改变。 自由改变，即箱形梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纤维无伸长缩短，自由翘曲，因此不产生纵向正应力，只产生自由改变剪应力。 约束改变，当箱梁受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲。约束改变在截面上产生翘曲正应力和约束改变剪应力。 产生约束改变的原因有：支承条件的约束，如固端支承约束纵向纤维变形；受扭时截面形状及其沿梁纵向的变化，使截面各点纤维变形

6、不协调也将产生约束改变，如等厚壁的矩形箱梁、变截面梁等，即使不受支承约束，也将产生约束改变。 箱梁分析箱梁分析扭转变形（畸变）产生畸变剪应力dw、畸变翘曲正应力dw、横向弯曲应力 dt 综上所述，四种变形合位移引起的应力状态： 在横截面上：纵向正应力 dwwMZ)( 剪应力 dwwkM 在箱梁各板内即纵截面上： 横向弯曲应力 dtts0)( 4.畸变 畸变即受扭时截面周边变形的主要变形特征是畸变角 。薄壁宽箱的矩形截面受扭变形后，无法保持截面的投影仍为矩形。畸变产生翘曲正应力和畸变剪应力，同时由于畸变而引起箱形截面各板横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力。 箱梁分析箱梁分析 在预应力混凝土桥梁中，

7、跨度越大，恒载占总荷载的比值越大。因此，一般说在箱梁内对称挠曲的纵向弯曲应力是主要的，而偏心荷载引起的改变应力是次要的。假如箱壁较厚并沿梁的纵向布置一定数量横隔板而限制箱梁的改变变形，那么畸变应力也不大。横向弯曲应力状态下，特别对箱壁厚度较薄的情况，验算桥面板箱梁顶板与腹板、底板的构造配筋是需要注意的。此外，在跨度比较小的情况下，箱梁对称挠曲引起的顶、底板或称上、下翼板中的剪力滞效应，在设计时也应予以注意。 箱梁分析箱梁分析第二节第二节 箱梁对称挠曲时的弯曲应力箱梁对称挠曲时的弯曲应力 一、弯曲正应力M 对称挠曲时，服从平面假设（材料力学） yIMxM （但存在剪力滞现象） 箱梁分析箱梁分析二

8、、弯曲剪应力M 1 由材料力学： xxysxyMxbISQydAbIQ0 b梁的宽度 sxydAS0有截面的自由表面（剪应力等于零处）积分到所求剪应力处的面积矩（静矩） 箱梁分析箱梁分析2 求剪力流 q（单箱单室） 将闭合箱切开以小口（ a） 假设一未知剪力流 1q和 0q 0sds dS沿截面周边沿截面周边量获得微分长度量获得微分长度 剪力流剪力流剪应变剪应变tqM箱梁分析箱梁分析得 ssxxytdstdsSIQq01 箱梁分析箱梁分析剪应力： xbxyMStIQqqttq)(110箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析第三节第三节 箱梁自由改变应力箱梁自由改变应力 1自由改变箱梁

9、在无纵向约束，截面可自由凹凸的改变，箱梁在纵向有位移而无纵向正应力。 2自由改变剪应力 剪力流 q= . t; 3改变角 4纵向位移 kxkMqGMkwzzuzu)()()(0箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析第三节第三节 箱梁的剪力滞效应箱梁的剪力滞效应1.剪力滞 宽翼缘梁受弯曲时，由于翼缘板边缘剪力流产生的剪切改变变形使翼缘板远离梁肋处的纵向位移滞后于肋板边缘处，也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的间隔 增加而减小，其受力特性不符合简单梁理论，这种现象就称剪力滞后，简称剪力滞。 箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析箱梁分析2. 矩形箱梁剪力滞解析 箱梁受弯 （对称荷载） 可用两个广义位移表

10、示：竖向挠度 w(x)；纵向位移 u(x,y) )(xww )()1 (),(33xubydxdwhyxui 箱梁分析箱梁分析最小势能变分 0)(WV 外力势能 dxdxwdxMW22)( 内能： （1）梁腹板应变能 dxdxwdEIVww222)(21 （2）上、下翼板应变能 dxdyGEtVuxuusu)(2122 dxdyGEtVbxbbsb)(2122 箱梁分析箱梁分析式中： ubywhxyxuuuxu)1 (),(33 uhbyyyxuuuu323),( ubywhxyxubbxb)1 (),(33 uhbyyyxubbb323),( 其中： ut，bt上、下翼板的厚度 箱梁分析箱梁分析由变分法得：EIxnQuku6)(72 边界条件：04)(53421xxsfEIxnMEIM IIns8711; EGnbk5141 箱梁分析箱梁分析uEIMsf43由剪力滞效应产生的附加弯矩 箱梁惯矩：swIII 翼板惯矩：sbsusIII 箱梁考虑剪力滞效应的挠曲微分方程为： )(1fMxMEIw 箱梁分析箱梁分析考虑剪力滞效应的翼板中应力： uIIbyEI