连续梁桥的设计与计算.pptx

会计学1连续梁桥的设计与计算连续梁桥的设计与计算第2页/共164页第3页/共164页二、构造特点1、跨径布置n n布置原则：减小弯矩、增加刚布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、度、方便施工、美观要求美观要求n n不等跨布置不等跨布置大部分大跨度大部分大跨度连续梁连续梁边跨为边跨为0.50.80.50.8中跨中跨n n等跨布置等跨布置中小跨度连续梁中小跨度连续梁n n短边跨布置短边跨布置特殊使用要求特殊使用要求第4页/共164页第5页/共164页第6页/共164页第7页/共164页2、截面形式n n板式截面板式截面实用于小跨径连实用于小跨径连续梁续梁n n肋梁式肋梁式适合于吊装适合于吊装n n箱形截面箱形截面适合于节段施工适合于节段施工n n其它其它第8页/共164页第9页/共164页第10页/共164页第11页/共164页3、梁高与跨径、施工方法有关n n等高度梁等高度梁实用于中、小跨实用于中、小跨径连续梁，一径连续梁，一般跨径在般跨径在50605060米以下米以下n n变高度梁变高度梁实用于大跨径连实用于大跨径连续梁，续梁，100100米米以上，以上，90%90%为变高度连续梁为变高度连续梁第12页/共164页4、腹板及顶、底板厚度n n顶板满足横向抗弯及纵向抗压要求一般采用等厚度，主要由横向抗弯控制n n腹板主要承担剪应力和主拉应力一般采用变厚度腹板，靠近跨中处受构造要求控制，靠近支点处受主拉应力控制，需加厚。第13页/共164页n n底板满足纵向抗压要求一般采用变厚度，跨中主要受构造要求控制，支点主要受纵向压应力控制，需加厚n n横隔板一般在支点截面设置横隔板第14页/共164页5、配筋特点n n纵向钢筋n n悬臂施工阶段配筋悬臂施工阶段配筋n n主筋没有下弯时布置在腹板加掖主筋没有下弯时布置在腹板加掖中中n n需下弯时平弯至腹板位置需下弯时平弯至腹板位置n n一般在锚固前竖弯，以抵抗剪力一般在锚固前竖弯，以抵抗剪力n n连续梁后期配筋连续梁后期配筋n n各跨跨中底板配置连续束各跨跨中底板配置连续束第15页/共164页n n顶板配制横向钢筋或横向预应力钢筋n n腹板下弯的纵向钢筋需要时布置竖向预应力钢筋第16页/共164页第17页/共164页第二节第二节 连续梁桥常用施工方法连续梁桥常用施工方法一、满堂支架现浇二、简支变连续三、逐跨施工现浇、拼装四、顶推施工五、悬臂施工现浇、拼装第18页/共164页第19页/共164页第20页/共164页第21页/共164页第22页/共164页第23页/共164页第24页/共164页第25页/共164页第26页/共164页第27页/共164页第28页/共164页第29页/共164页第30页/共164页第31页/共164页第32页/共164页第33页/共164页第34页/共164页第35页/共164页第36页/共164页第37页/共164页第38页/共164页第39页/共164页第三节第三节 连续梁桥内力计算连续梁桥内力计算一、恒载内力必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上作用在不同的体系上1 1、满堂支架现浇施工、满堂支架现浇施工所有恒载直接作用在连续梁上所有恒载直接作用在连续梁上第40页/共164页2 2、简支变连续施工、简支变连续施工一期恒载作用在简支梁上，二期一期恒载作用在简支梁上，二期恒载作用在连续梁上恒载作用在连续梁上第41页/共164页第42页/共164页3 3、逐跨施工、逐跨施工主梁自重内力图，应由各施工主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成阶段时的自重内力图迭加而成第43页/共164页第44页/共164页4 4、顶推施工、顶推施工n n顶推过程中，梁体内力不断发顶推过程中，梁体内力不断发生改变，梁段各截面在经过支生改变，梁段各截面在经过支点时要承受负弯矩，在经过跨点时要承受负弯矩，在经过跨中区段时产生正弯矩中区段时产生正弯矩n n施工阶段的内力状态与使用阶施工阶段的内力状态与使用阶段的内力状态不一致段的内力状态不一致n n配筋必须满足施工阶段内力包配筋必须满足施工阶段内力包络图络图第45页/共164页n n主梁最大正弯矩发生在导梁刚顶出支点外时第46页/共164页n n最大负弯矩与导梁刚度及重量有关n n导梁刚接近前方支点导梁刚接近前方支点n n刚通过前方支点刚通过前方支点第47页/共164页第48页/共164页5 5、平衡悬臂施工、平衡悬臂施工n n分清荷载作用的结构分清荷载作用的结构n n体现约束条件的转换体现约束条件的转换n n主梁自重内力图，应由各施工主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成阶段时的自重内力图迭加而成第49页/共164页第50页/共164页二、活载内力1 1、纵向、纵向某些截面可能出现正某些截面可能出现正负最不利负最不利弯矩，弯矩，必须用影响线加载必须用影响线加载2 2、横向、横向n n箱梁箱梁专门分析专门分析n n多梁式多梁式横向分布系数计算，横向分布系数计算，等刚度法等刚度法第51页/共164页三、超静定次内力计算1 1、产生原因、产生原因结构因各种原因结构因各种原因产生变形，在多余约束处将产产生变形，在多余约束处将产生约束力，从而引起结构附加生约束力，从而引起结构附加内力内力(或称二次力或称二次力)2 2、连续梁产生次内力的外界原因、连续梁产生次内力的外界原因n n预应力预应力n n墩台基础沉降墩台基础沉降n n温度变形温度变形n n徐变与收缩徐变与收缩第52页/共164页第53页/共164页第54页/共164页第55页/共164页四、变形计算n n必须考虑施工过程中的体系转必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的换，不同的荷载作用在不同的体系上体系上n n根据恒载及活载变形设置预拱根据恒载及活载变形设置预拱度度大跨径时必须专门研究大跨径时必须专门研究大跨径桥梁施工控制大跨径桥梁施工控制n n预拱度设置原则：预拱度设置原则：某节点预拱度某节点预拱度 =（所有在该（所有在该节点出现后的荷载或体系转换节点出现后的荷载或体系转换产生的位移）产生的位移）第56页/共164页第四节第四节 预应力次内力计算预应力次内力计算预应力初弯矩：预应力次弯矩：总预矩：第57页/共164页压力线：n n简支梁压力简支梁压力线与预应力线与预应力筋位置重合筋位置重合n n连续梁压力连续梁压力线与预应力线与预应力筋位置相差筋位置相差第58页/共164页一、一、用力法解预加力次力矩用力法解预加力次力矩 1、直线配筋第59页/共164页力法方程变位系数赘余力总预矩压力线位置第60页/共164页 2、曲线配筋梁端无偏心矩时第61页/共164页梁端有偏心矩时第62页/共164页 3、局部配筋局部直线配筋第63页/共164页局部曲线配筋第64页/共164页 4、变截面梁曲线配筋第65页/共164页二、二、线性转换与吻合束线性转换与吻合束 1、线性转换只要保持束筋在超静定梁中的两端位置不变，保持束筋在跨内的形状不变，而只改变束筋在中间支点上的偏心距，则梁内的混凝土压力线不变，总预矩不变第66页/共164页 改变e在支点B所增加(或减少)的初预矩值，与预加力次力矩的变化值相等，而且两者图形都是线性分布，因此正好抵消第67页/共164页 2、吻合索调整预应力束筋在中间支点的位置，使预应力筋重心线线性转换至压力线位置上，预加力的总预矩不变，而次力矩为零。次力矩为零时的配束称吻合索第68页/共164页 多跨连续梁在任意荷载作用下 结论：按外荷载弯矩图形状布置预应力束及为吻合束吻合束有任意多条第69页/共164页第70页/共164页三、三、等效荷载法求解总预矩等效荷载法求解总预矩 把预应力束筋和混凝土视为相互独立的脱离体，预加力对混凝土的作用可以用等效荷载代替第71页/共164页1、在梁端部n n轴向力轴向力n n竖向力竖向力n n力矩力矩第72页/共164页2、在梁内部n n初初预预矩矩图图为为曲曲线线时时产产生生均均布布荷载荷载n n初初预预矩矩图图成成折折线线时时产产生生集集中中力力第73页/共164页3、初预矩与总预矩n n将将等等效效荷荷载载作作用用在在基基本本结结构构上上可得初预矩可得初预矩n n将将等等效效荷荷载载直直接接作作用用在在连连续续梁梁上可得总预矩上可得总预矩n n如如果果等等效效荷荷载载直直接接作作用用在在连连续续梁梁上上支支反反力力等等于于0 0，此此时时为为吻吻合束合束n n只只有有改改变变预预应应力力束束曲曲率率半半径径或或梁端高度才能改变总预矩梁端高度才能改变总预矩第74页/共164页第五节第五节 徐变、收缩徐变、收缩次内力计算次内力计算一、徐变、收缩理论一、徐变、收缩理论n n收缩收缩与荷载无关与荷载无关n n徐变徐变与荷载有关与荷载有关n n收收缩缩、徐徐变变与与材材料料、配配合合比比、温温度度、湿湿度度、截截面面形形式式、护护条条件、混凝土龄期有关件、混凝土龄期有关第75页/共164页1、混凝土变形过程n n收缩收缩n n弹性变形弹性变形n n回回复复弹弹性性变变形形n n滞滞后后弹弹性性变变形形n n屈服应变屈服应变第76页/共164页2、收缩徐变的影响、收缩徐变的影响n n 结结构构在在受受压压区区的的徐徐变变和和收收缩缩会会增大挠度；增大挠度；n n徐徐变变会会增增大大偏偏压压柱柱的的弯弯曲曲，由由此此增增大大初初始始偏偏心心，降降低低其其承承载载能力；能力；n n预预应应力力混混凝凝土土构构件件中中，徐徐变变和和收缩会导致预应力的损失；收缩会导致预应力的损失；n n徐变将导致截面上应力重分布。徐变将导致截面上应力重分布。n n对对于于超超静静定定结结构构，混混凝凝土土徐徐变变将将导导致致结结构构内内力力重重分分布布，即即引引起结构的徐变次内力。起结构的徐变次内力。n n混混凝凝土土收收缩缩会会使使较较厚厚构构件件的的表表面开裂面开裂第77页/共164页3、线性徐变、线性徐变n n当当混混凝凝土土棱棱柱柱体体在在持持续续应应力力不不大大与与0.5Ra0.5Ra时时，徐徐变变变变形形与与初初始始弹性变形成线性比例关系弹性变形成线性比例关系n n徐徐变变系系数数徐徐变变与与弹弹性性应应变变之比之比第78页/共164页二、二、徐变、收缩徐变、收缩量计算表达量计算表达1、实验拟合曲线法、实验拟合曲线法建建建建立立立立一一一一个个个个公公公公式式式式，参参参参数数数数通通通通过过过过查查查查表表表表计算，计算，计算，计算，各各国国参参数数取取法法不不相相同同，常常用用公公式有：式有：n nCEBFIP 1970CEBFIP 1970年公式年公式n n联邦德国规范联邦德国规范19791979年公式年公式n n国国际际预预应应力力协协会会（FIPFIP）19781978年公式年公式我国采用的公式我国采用的公式第79页/共164页2、徐变系数数学模型、徐变系数数学模型1 1）基基基基本本本本曲曲曲曲线线线线DinshingerDinshinger公公公公式式式式 徐徐变变在在加加载载时时刻刻有有急变急变在在加加载载初初期期徐徐变变较较大大随随时时间间增增长长逐逐渐渐趋趋于稳定于稳定第80页/共164页2）徐徐变变系系数数与与加加载载龄龄期期的的关关系系老化理论不同加载龄期的混凝土徐变曲线 在 任 意 时 刻t(t)，徐 变 增长率都相同随着加载龄期的增大，徐变系数将不断减小，当加载龄期足够长时徐变系数为零该理论较符合新混凝土的特性第81页/共164页将Dinshinger公式应用与老化理论公式应用与老化理论第82页/共164页先天理论不同加载龄期的混凝土徐变增长规律都一样混凝土的徐变终极值不因加载龄期不同而异，而是一个常值该理论较符合加载龄期长的混凝土的特性第83页/共164页混合理论对新混凝土采用老化理论，对加载龄期长的混凝土采用先天理论第84页/共164页三、三、结构因混凝土徐变结构因混凝土徐变引起的变形计算引起的变形计算1、基本假定、基本假定n n不不不不考考考考虑虑虑虑钢钢钢钢筋筋筋筋对对对对混混混混凝凝凝凝土土土土徐徐徐徐变变变变的的的的约约约约束作用束作用束作用束作用n n混凝土弹性模量为常数混凝土弹性模量为常数n n线性徐变理论线性徐变理论第85页/共164页2、应应力力不不变变条条件件下下的的徐徐变变变变形计算形计算n n应力应变公式应力应变公式n n变形计算公式变形计算公式第86页/共164页静静定定结结构构可可以以满满足足应应力力不不变变的的条件条件n n一一次次落落架架结结构构可可以以直直接接按按该该式式计算计算n n分分段段施施工工结结构构要要考考虑虑各各节节段段应应力力是是分分多多次次在在不不同同的的龄龄期期施施加加的的第87页/共164页3、应应力力变变化化条条件件下下的的徐徐变变变变形计算形计算1）应力应变公式 时刻的应力增量在t时刻的应变从0 时刻到 t 时刻的总应变第88页/共164页2）时效系数利用中值定理计算应力增量引起的徐变时效系数从0 时刻到 t 时刻的总应变第89页/共164页3）松弛系数通过实验计算时效系数松弛实验松弛系数通过实验数据拟合令第90页/共164页近似拟合松弛系数令折算系数换算弹性模量徐变应力增量第91页/共164页4）变形计算公式第92页/共164页5）微分变形计算公式应力应变微分关系dt时段内的微变形第93页/共164页四、四、结构因混凝土徐变结构因混凝土徐变引起的次内力计算引起的次内力计算n n计算变形时次内力为未知数，必须通过变形协调条件计算n n计算有两种思路：微分平衡、积分平衡第94页/共164页1、微分平衡法微分平衡法（Dinshinger法）法）1）微分平衡方程赘赘 余余 力力 方方 向向上上 第95页/共164页微微 分分 平平 衡衡 方方程程第96页/共164页徐变稳定力2）简支变连续 按老化理论解微分方程得：第97页/共164页徐变稳定力3）其它施工方法 按老化理论解微分方程得：第98页/共164页4）一次落架施工 解微分方程得：一次落架施工连续梁徐变次内力为零 第99页/共164页5）各跨龄期不同时 第100页/共164页按老化理论以梁段的时间为基准t，则梁段加载时间历程为t=t+1令第101页/共164页解得：第102页/共164页解得：6）多跨连续梁 第103页/共164页7）预应力等效荷载徐变次内力由于徐变损失，预加力随着时间变化，引用平均有效系数CC=Pe/PpPe徐变损失后预应力钢筋的平均拉力；Pp徐变损失前预应力钢筋的平均拉力第104页/共164页2 2、换算弹性模量换算弹性模量换算弹性模量换算弹性模量法法法法(Trost-BazantTrost-Bazant法法法法)1）平衡方程赘赘 余余 力力 方方 向向上上 第105页/共164页2）一次落架时第106页/共164页3）各跨龄期不同时 第107页/共164页4）多跨连续梁 第108页/共164页五、五、五、五、结构因混凝土收缩引起的次内力计算结构因混凝土收缩引起的次内力计算结构因混凝土收缩引起的次内力计算结构因混凝土收缩引起的次内力计算1、收缩变化规律n n假假设设混混凝凝土土收收缩缩规规律律与与徐徐变变相相同同收缩终极值第109页/共164页2 2、微分平衡法（、微分平衡法（、微分平衡法（、微分平衡法（DinshingerDinshinger法）法）法）法）n n位位移移微微分分公公式式 收缩产生的弹性应变增量收缩应变增量收缩产生的应力状态的徐变增量，初始应力为0位移微分平衡方程 第110页/共164页3 3、换算弹性模量法、换算弹性模量法、换算弹性模量法、换算弹性模量法n n位移公式位移公式 收缩应变收缩产生的弹性变形与徐变变形位移平衡方程：收缩产生的徐变次内力收缩产生的弹性次内力第111页/共164页第六节 基础沉降引起的次内力计算一、沉降规律假定沉降规律与徐变相同沉降终极值沉降速度系数第112页/共164页二、变形计算公式变形过程瞬时沉降长期沉降（沉降+徐变）瞬时沉降弹性及徐变变形沉降徐变增量变形沉降弹性增量变形后期沉降自身变形三、力法方程第113页/共164页墩台基础沉降规律与徐变变化规律相似时墩台基础沉降瞬时完成时徐变使墩台基础沉降的次内力减小第114页/共164页连续梁内力调整措施最好的办法是在成桥后压重通过支承反力的调整将被徐变释放第115页/共164页第七节 温度应力计算一、温度变化对结构的影响产生的原因：常年温差、日照、砼水化热常年温差：构件的伸长、缩短；连续梁设伸缩缝拱桥、刚构桥结构次内力日照温差：构件弯曲结构次内力；线性温度场次内力非线性温度场次内力、自应力第116页/共164页线性温度梯度对结构的影响非线性温度梯度对结构的影响第117页/共164页温度梯度场第118页/共164页二、自应力计算温差应变 T(y)=T(y)平截面假定 a(y)=0+y温差自应变 (y)=T(y)-a(y)=T(y)-(0+y)温差自应力 s0(y)=E(y)=ET(y)-(0+y)第119页/共164页截面内水平力平衡求解得截面内力矩平衡第120页/共164页三、温度次应力计算力法方程 11x1T1T0温度次力矩温差次应力第121页/共164页四、我国公路桥梁规范中规定的温度场我国公路桥梁规范中规定的温度场桥面板升温5度偏不安全我国铁路桥梁规范中规定的温度场我国铁路桥梁规范中规定的温度场第122页/共164页英国桥梁规范中规定的温度场国桥梁规范中规定的温度场第123页/共164页第八节 连续梁示例一、简支变连续施工连续梁桥 美国 Sidney Lanier Bridge引桥跨径：120-foot，180-foot截面：T梁，梁高90 inches预应力：裸梁采用先张法预应力二期恒载采用钢绞线12股连接采用粗钢筋第124页/共164页第125页/共164页主梁预制主梁预制第126页/共164页第127页/共164页主梁吊装主梁吊装梁重梁重116吨吨第128页/共164页第129页/共164页第130页/共164页第131页/共164页后期预应力钢筋张拉后期预应力钢筋张拉第132页/共164页第133页/共164页第134页/共164页第135页/共164页第136页/共164页第137页/共164页第138页/共164页桥面浇筑桥面浇筑第139页/共164页第140页/共164页第141页/共164页第142页/共164页第143页/共164页第144页/共164页二、移动模架施工连续梁桥南京长江二桥北引桥跨径：1630m+550m截面：箱梁，梁高1.5m，2.5m预应力：双向预应力体系主梁配纵向预应力筋桥面板配横向预应力筋第145页/共164页跨径布置第146页/共164页50m跨径连续梁截面30m跨径连续梁截面第147页/共164页滑移模架系统施工技术滑移模架系统施工技术滑模主要部件：主梁鼻梁牛腿与滑移小车横梁及外模板内模板及内模小车液压装置第148页/共164页第149页/共164页第150页/共164页第151页/共164页三、悬臂浇筑施工连续梁桥南京长江二桥北汊桥跨径：90m+3165m+90m截面：箱梁梁高：根部8.8m，跨中3.0m预应力：三向预应力体系主梁配纵向预应力筋，钢绞线桥面板配横向预应力筋，钢绞线腹板配竖向预应力筋，精轧螺纹钢第152页/共164页第153页/共164页第154页/共164页第155页/共164页第156页/共164页第157页/共164页第158页/共164页第159页/共164页第160页/共164页第161页/共164页第162页/共164页第163页/共164页感谢您的观看！感谢您的观看！第164页/共164页