第三章 混凝土简支梁.ppt

1、第三章 混凝土简支梁桥,第一节 混凝土简支梁设计及构造 第二节 混凝土简支梁计算 第三节 混凝土简支梁的制造及架设,第一节 混凝土简支梁设计及构造,1. 公路钢筋混凝土简支梁设计及构造 2. 铁路钢筋混凝土简支梁设计及构造 3. 预应力混凝土简支梁,1. 公路钢筋混凝土简支梁设计及构造 1.1 装配式简支梁截面形式 空心板式截面 T形截面,板式截面,T形截面,1.2 板块之间的连接 板式截面：企口缝 T形截面：湿接缝；预埋钢板焊接； 预埋钢板栓接。 1.3 桥面连续,2. 铁路钢筋混凝土简支梁设计及构造 2.1 标准设计适用范围：16m及以下桥跨结构 2.2 普通高度梁和低高度梁 高跨比：普通

2、高度梁1/7.21/9.1 低高度梁1/11.41/14.8 2.3 分片简支梁截面形式： 板式截面（跨度6m）； T形截面（跨度8m） 工字形截面；箱形截面,2.4 梁的总体设计 桥梁跨度；主梁高度； 腹板厚度；道碴槽板厚度； 横隔板间距、厚度；挡碴墙。 2.5 钢筋布置 纵向受力筋；弯起钢筋；箍筋； 横向受力筋；构造钢筋。 T梁钢筋,3. 预应力混凝土简支梁 3.1 预应力混凝土梁的特点 （1）可以使用高强度钢材和高等级混凝土； （2）提高梁的抗裂性，增强梁的刚度和耐久性； （3）减轻自重，增加梁的跨越能力； （4）提高梁的抗剪能力； （5）提高梁耐疲劳性能。,3.2 预应力混凝土梁构造

3、（1）截面形式：空心板式截面、 T形截面、 箱形截面 （2）张拉工艺：后张法、先张法 （3）预应力钢筋：高强度钢丝、粗钢筋、钢绞线 （4）张拉锚固体系 预应力钢丝：拉锚体系、拉丝体系 预应力钢绞线：穿心式千斤顶 锚具动画,（5）防止梁端上缘开裂措施 后张法：预应力钢筋弯起 先张法：直线配筋时进行“绝缘”处理 （6）后张法波纹管 金属波纹管、铁皮波纹管、塑料波纹管、 橡胶管抽芯成型 （7）其他型式预应力混凝土梁 部分预应力梁、槽型梁、整孔式、双预应 力、横向分块式梁、预弯梁,第二节 混凝土简支梁计算,1. 桥梁工程计算的内容 2. 简支梁桥的计算 3. 结构尺寸的拟定 4. 桥面板的计算 5.

4、桥梁横向分布计算 6. 横梁内力计算 7. 主梁设计及计算,1. 桥梁工程计算的内容 内力计算：结构力学、桥梁工程、基础工程 截面计算：混凝土结构设计原理 变形计算 2. 简支梁桥的计算 上部结构主梁、横梁、桥面板、支座 下部结构桥墩、桥台、基础,计算过程,3. 结构尺寸的拟定 3.1 拟定原则 （1）起吊能力 （2）构造简单，接头数量少 （3）标准化 （4）经济性指标 3.2 截面各部分尺寸,（1）主梁高度 铁路 钢筋混凝土梁： 普通高度（1/61/9）L 低高度（1/11 1/15）L 预应力混凝土梁：（1/10 1/12）L 公路 钢筋混凝土梁： 板式截面（1/111/20）L 肋式截面

5、（1/11 1/13）L 预应力混凝土梁：（1/16 1/18）L,（2）梁肋厚度 梁肋厚度取决于梁内主拉应力和钢筋布置的构造要求，一般根据剪应力的变化采取变厚度。公路、铁路规范对梁肋最小厚度有具体规定。 （3）梁肋间距 根据桥面板受力、起吊设备能力确定。一般为1.62.2m。,（4）桥面板 桥面板厚度由构造及受力条件确定。规范有最小板厚要求。 （5）横隔板 横隔板厚度由构造及受力条件确定。铁路桥梁T梁横隔板间距不大于腹板厚的30倍，也不大于6.0m。,4. 桥面板的计算 4.1 铁路T形梁 计算图式固结在梁肋上的悬臂梁 计算荷载恒载+活载 恒载：自重+道碴重+人行道恒载 活载：特种活载、动力

6、系数、人行道活载 内力计算取沿桥梁方向1m宽的板带,桥面荷载的分布,4.2 公路行车道板 4.2.1 行车道板的类型 单向板 双向板 悬臂板 铰接板,4.2.2 车轮荷载的分布 车轮均布荷载：a2b2(纵、横) 桥面铺装的分布作用 轮压,4.2.3 有效工作宽度 外荷载产生的分布弯矩：mx 外荷载产生的总弯矩： 分布弯矩的最大值：mxmax,设板的有效工作宽度为a 假设 可得,有效工作宽度假设保证了两点： 1）总体荷载与外荷载相同 2）局部最大弯矩与实际分布相同 通过有效工作宽度假设将空间分布弯矩转化为矩形弯矩分布 需要解决的问题： mxmax的计算 影响mxmax的因素： 1）支承条件：双向

7、板、单向板、悬臂板 2）荷载长度：单个车轮、多个车轮作用 3）荷载到支承边的距离,（1）两端嵌固单向板 a.荷载位于板的中央地带 单个荷载作用 多个荷载作用,b.荷载位于支承边处,c.荷载靠近支承边处,（2）悬臂板 荷载作用在板边时 mxmin -0.465P 取a=2l0,4.2.4 桥面板内力计算 （1）多跨连续单向板的内力 a.弯矩计算模式假定,实际受力状态：弹性支承连续梁 简化计算公式： 当t/h1/4时 ： 跨中弯矩 Mc = +0.5M0 支点弯矩 Ms = -0.7M0 当t/h1/4时 ： 跨中弯矩 Mc = +0.7M0 支点弯矩 Ms = -0.7M0 M0按简支梁计算的跨

8、中弯矩,b.考虑有效工作宽度后的跨中弯矩 活载+恒载弯矩 恒载弯矩 c.考虑有效工作宽度后的支点剪力 车轮布置在支承附近,（2）悬臂板的内力 a.计算模式假定 铰接悬臂板车轮作用在铰缝上 悬臂板车轮作用在悬臂端,b.铰接悬臂板 活载 恒载,c.悬臂板,活载: 恒载:,5. 桥梁横向分布计算,5.1 横向分布影响线 P=1在梁上作横向移动时，某主梁在同一纵向坐标上所分配到的不同荷载作用力。 5.2 横向分布系数 主梁上可能分得的最大荷载除以车辆的轴重得到的系数，称为荷载横向分布系数。,挂车,汽车,人群,杠杆原理法,5.3 计算原理,整体桥梁结构必须采用影响面加载计算最不利荷载；,为简化计算，采用

9、近似影响面来加载，近似影响面纵横方向分别相似；,加载过程,横向分布系数,内力横向分布转化为荷载横向分布,轴重,轴重与轮重的关系,各纵向影响线比例关系,影响面加载精确方法,轴重,轴重与轮重的关系,各纵向影响线在不同位置的比例关系,近似方法的近似程度 近似的原因：纵向各截面取相同的横向分配比例关系 近似程度 对于弯矩计算一般取跨中的横向分配比例关系 跨中车轮占加载总和的75%以上 活载只占总荷载的30%左右,荷载横向分布等代内力横向分布的荷载条件 半波正弦荷载可满足上述条件,常用计算方法 梁格法 板系法 梁系法,5.4 杠杆原理法,1.基本假定 假定荷载只由相邻的两根主梁承担，并且两根主梁承担的荷

10、载按杠杆法则分配。 2.适用范围 （1）只有两根主梁； （2）有多根主梁，计算桥梁纵向位于桥端支承处荷载； （3）无中间横隔板的桥梁。,5.5 刚性横梁法（偏心受压法）,5.5.1 基本假定 将多梁式桥梁简化为由纵梁及横梁组成的梁格，计算各主梁在外荷载作用下分到的荷载。 桥梁较窄时(B/L0.5)横梁基本不变形。,5.5.2 变形的分解,1）纯竖向位移 2）纯转动,5.5.3 各主梁位移与内力的关系,1）竖向位移时的平衡 2）转动时的平衡,5.5.4 内外力平衡,5.5.5 反力分布图与横向分布影响线,反力分布图 选定荷载位置，分别计算各主梁的反力 横向分布影响线 选定主梁，分别计算荷载作用在

11、不同位置时的反力,各主梁刚度相等,5.5.6 横向分布系数 在横向分布影响线上用规范规定的车轮横向间距按最不利位置加载 5.5.7 方法的精度 边梁偏大，中梁偏小,5.5.8 考虑主梁抗扭刚度的修正刚性横梁法,竖向反力与扭矩的关系,转动时的扭矩平衡,5.6 铰（刚）接板（梁）法,5.6.1 基本假定 将多梁式桥梁简化为数根并列而相互间横向铰接的狭长板（梁）; 各主梁接缝间传递剪力、弯矩、水平压力、水平剪力; 用半波正弦荷载作用在某一板上，计算各板（梁）间的力分配关系。,5.6.2 铰接板法 假定各主梁接缝间仅传递剪力g，求得传递剪力后，即可计算各板分配到的荷载,传递剪力根据板缝间的变形协调计算

12、,变位系数计算,横向分布影响线,各板块不相同时，必须将半波正弦荷载在不同的板条上移动计算。 各板块相同时，根据位移互等定理，荷载作用在某一板条时的内力与该板条的横向分布影响线相同。,位移互等定理 板条相同,横向分布系数,列表计算、刚度参数计算,为计算方便，对于 不同梁数、不同几何尺寸的铰接板桥的计算结果可以列为表格，供设计时查用,引入刚度参数,半波正弦荷载引起的变形,5.6.3 铰接梁法,假定各主梁除刚体位移外，还存在截面本身的变形。 与铰接板法的区别： 变位系数中增加桥面板变形项,5.6.4 刚接梁法,假定各主梁间除传递剪力外，还传递弯矩,与铰接板、梁的区别,未知数增加一倍，力法方程数增加一

13、倍,计算原理： 将由主梁、连续的桥面板和多横隔梁所组成的梁桥，比拟简化为一块矩形的平板； 求解板在半波正弦荷载下的挠度 利用挠度比与内力比、荷载比相同的关系计算横向分布影响线,5.7 比拟正交异性板法,5.8 横向分布系数沿桥纵向的变化,弯矩 由于跨中截面车轮加载值占总荷载的绝大多数，近似认为其它截面的横向分布系数与跨中相同 在电算中纵桥向可以采用不同的横向分布系数。,剪力 从影响线看跨中与支点均占较大比例。 从影响面看近似影响面与实际情况相差较大。,计算剪力时横向分布沿桥纵向的变化,6. 横梁内力计算 6.1 横梁的作用与受力特点 作用： 加强结构的横向联系； 保证全结构的整体性。 受力特点

14、： 受力接近于弹性地基梁； 影响面的正负纵向位置基本一致； 影响面值从跨中向端部逐渐减小。,6.2 刚性横梁法计算6.2.1 计算图式,6.2.2 横梁内力影响线,6.2.3 作用在横梁上的计算荷载,按杠杆原理在两根横梁间分布,6.3.1 横梁内力影响线,6.3 刚接梁法计算横梁,刚接梁法计算出的梁接缝中的弯矩及为横梁弯矩,6.3.2 作用在横梁上的计算荷载,将实际荷载展开成正弦级数再在两根横梁间积分,7. 主梁设计及计算 7.1 恒载内力 前期恒载内力SG1 （主要包括主梁自重） 计算与施工方法有密切关系； 后期恒载内力SG2 （桥面铺装、人行道、栏杆、灯柱。,7.2 活载内力 活载内力计算

15、必须考虑最不利荷载位置，一般采用影响线加载计算。 计算汽车荷载时必须考虑各项折减系数及冲击系数。 计算公式：,7.3 内力组合 铁路：主力组合 主力附加力组合 公路：承载能力极限状态组合 正常使用极限状态组合 7.4 内力包络图 沿梁轴各个截面处控制设计内力值的连线,7.5 强度计算 7.5.1 正截面强度： 预估预应力钢筋面积Ap,确定中性轴位置,或,矩形截面抗弯承载力：,T形截面抗弯承载力：,7.5.2 斜截面强度 斜截面抗剪计算；斜截面抗弯计算。,7.6 运营阶段计算 （1）正应力计算 a.预应力为有效预压应力； b.截面特性的取用。 （2）主拉应力计算 （3）正截面抗裂性及裂缝宽度计算

16、 （4）变形及预拱度 a.变形的组成：预应力的作用；荷载作用。,b.计算公式： 按结构力学方法计算。 c.钢筋混凝土梁桥刚度取值： 公路：,铁路： 静定结构：不计混凝土受拉区，计钢筋； 超静定结构：计全部混凝土面积，不计钢筋。 活载挠度计算时不计冲击系数（静活载） d.预应力混凝土梁桥： 刚度取值： 公路： 铁路：按弹性阶段计算,e.挠度验算与预拱度 恒载挠度可通过预拱度消除，因此规范无明确限制。 公路桥规： 活载长期挠度不超过L/600； 恒载+活载产生的长期挠度超过L/1600时应设预拱度； 铁路桥规： 静活载产生的竖向挠度不应超过L/800。,7.7 疲劳检算 铁路桥梁活载所占比例较大，

17、即应力变化幅度大，应进行重复荷载下的疲劳检算。 7.7.1 基本概念 应力幅;应力比;应力循环次数： 等幅疲劳计算： 变幅疲劳计算： 疲劳曲线（S-N曲线）：疲劳强度实验数据得出的应力幅S和疲劳寿命N的关系曲线。,7.7.2 钢筋容许应力幅,钢筋应力幅根据截面开裂和截面不开裂分别计算。 7.7.3 变幅疲劳计算 等效应力幅：根据线性累积损伤原理计算。,7.8 纵向预应力钢筋及箍筋布置 （1）纵向预应力筋布置原则 a. b. c. （2）束界,下限,上限,（3）预应力筋的弯起 作用： 减小预应力产生的负弯矩，避免梁端上缘开裂； 抵消部分剪力。,7.9 锚下应力计算,第三节 混凝土简支梁的制造及架

18、设 1. 混凝土简支梁的制造 2. 预制梁的架设方法,1.混凝土简支梁的制造 1.1 混凝土梁施工方法及特点 施工方法：就地浇筑和预制安装。 就地浇筑法特点：不需要预制场地和大型吊装设备，梁体的主筋不中断。工期较长，施工质量不如预制容易控制，收缩徐变引起预应力损失大。 预制安装法特点：工期较短，收缩徐变影响小，质量容易控制。需要预制场地和必要的运输和吊装设备，预制块件之间需要连接或接缝处理。 预制梁动画,1.2 模板和支架 模板是用于浇筑混凝土、形成结构形状和尺寸的临时性结构。 支架(也叫膺架)是用于在施工过程中支承梁体的临时性结构。 要求： （1）具有足够的强度、刚度和稳定性； （2）保证结

19、构设计形状、尺寸及各部分相对位置的正确性； （3）构造和制作力求简单，装拆既要方便又要尽量减少构件的损伤。,1.3 钢筋工作 （1）钢筋的准备 质量鉴定：抗拉极限强度、屈服点和冷弯试验 钢筋整直、清污：10mm以上捶打整直 小于10mm冷拉整直 钢筋下料 （2）钢筋弯制成型和接头 手工或电动弯筋器按规定的弯曲半径弯制成型。 钢筋主要连接方法：搭接、闪光接触对焊、电弧焊、电渣压力焊、气压对焊、套管等。,（3）钢筋骨架的组成 骨架的焊接一般采用电弧焊：单片平面骨架立体骨架 设置一定的预拱度：焊接导致的骨架端部上翘和安装时的挠度。,1.4 混凝土工作 混凝土工作包括混凝土配制、运送、浇筑、养护和拆模

20、 （1）混凝土的配制 机械搅拌混凝土上料次序：石子-水泥-砂 施工过程随时检查和校正混凝土的流动性或坍落度 （2）混凝土的运送 混凝土应以最少的转运次数、最短的距离迅速从搅拌地点运至浇筑位置。,（3）混凝土的浇筑 根据混凝土拌合能力、运距、浇筑速度、气温及振捣能力等因素，制定混凝土浇筑工艺。 构件体积较大，一次连续浇筑不能完成时，需预定结合缝，分次浇筑。 当构件高度较大时，应分层浇筑。分层厚度与混凝土坍落度及振捣方式有关。上层混凝土应在下层混凝土初凝前振捣完毕。若下层已凝结需采用二次浇筑方案。 大体积混凝土需注意水化热的不利影响。,（4）混凝土的养护和拆模 自然养护法：自然气温条件下（5以上），对终凝混凝土覆盖、洒水。 蒸汽养护法： 拆模时间：达到设计强度50%可拆除侧模；70%以上可移梁、进行下道工序。,1.5 预应力工作 （1）材料和设备 预应力钢筋包括钢绞线、钢丝和精轧螺纹钢筋。 锚具：后张法结构中的永久性锚固装置。 夹具：将千斤顶（或