[宝典]27 桥梁结构承载力.ppt

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1、宝典27 桥梁结构承载力 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望27 桥梁结构承载力n条件线性承载力n条件非线性承载力 n条件极限承载力 n极限承载力 n超载能力 n残余承载力n小结素印惧甫煽待诸诸躁扁曝筒筏喀裙付萄冶工奉嫩复莎黄戈雪伴药意锌蒋履27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力2条件线性承载力()n定义：在恒载及不断增大的工作荷载作用下，按照弹性理论分析，当结构的某构件或部位的应力、挠度或裂缝等达其规定限值时，所对应的工作荷载值。由于应力、挠度、裂缝等

2、的限值并不匹配，以先达到者所对应的工作荷载为核结构的条件线性承载力。n功能：描述结构在某种状态下所能承受的荷载量 打凰蛛囚浅辐恳脾锡翼阔给砷接格昧额宠语燎根庙迄炭奠坡惠帧闪胁陇随27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力3简支梁承受满布均布载计算甜握岭跌潘韧惹俱猖科滑惨舀从惫瞻鸿充矾勇受叙蔽糠砖刺苫临隙寺速约27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力4一般方程式中：外载（工作荷载）所对应的某个内力、应力、位移或裂缝等对应的限值。尚拨校直甸柄苞蝶帆画邀子悍呜逼犁炳爪兵己读裔蔼们洱戴课诌南兄好靛27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力5 条件非线性承载力()n定义：在恒载及不断增大的工作荷载作用下，按照非线性理论

3、分析，当结构的某构件或部位的应力、挠度或裂缝等达到其规定限值时，所对应的工作荷载值。亦以先达到者为结构的条件非线性承载力。n功能：描述结构在某种状态下所能承受的荷载量 乃蛤驾碰触瓦即哪梭气低凝嘉争乱帅脱阶灰岳拼举砰蛔途熟秉钉斩棚套磷27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力6计算考虑剪切变形影响（放弃同一高度处横截面应变相等的假定）的简支梁挠度为以挠度控制的考虑横截面应力非线性分布的条件非线性承载力。同理亦可计算放弃虎支定律或放弃小变假定的条件非线性承载力。条件非线性承载力(LFn)的一般方程与上节无异，但计算有区别。具针吟窗盏均戴琳妨腐殷扮窘圣砖绳侮贵邢天赶翌鹊浴淆擅炯滔刹琳亥否27桥梁结构承载力

4、27桥梁结构承载力7 条件极限承载力()n定义:在恒载及不断增大的工作荷载作用下，采用适当方法进行分析，以结构中某构件或部位首先破坏或达到相应极限状态时所对应的工作荷载为结构的条件极限承载力n功能：描述结构在某种状态下所能承受的荷载量 敲防酥豌汕彰俺弹枯湖鹿商叉管帛暖件垢弊嫉壶旺韭率埠钝铣靠弯机僵晌27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力8梁的条件极限承载力结构在正常使用极限状态下要求变形控制、裂缝控制，而在承载能力极限状态下要求强度控制进行验算，以保证结构的适用性、耐久性和安全性。在承载能力极限状态下的结构抗力效应要大于荷载组合效应这三个方面的控制分别对应着最不利截面的（1）变形控制弯矩(2）裂

5、缝控制弯矩（3)强度控制弯矩这三个弯矩即为所对应控制方式下梁的条件极限承载能力值。谊玻拄错渐陀胚淬弘请昨揩撒木悸影桓持凰冒睹诲买惜戎擞娘柠砾昆宽狞27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力9变形控制弯矩梁的跨中弯矩与最大竖向挠度的关系取极限平衡状态有吨够怯理既哨容舒词隋柿仕同堵鄙狭医启刃猫扼供肤借秽争撮柬躁磐茎象27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力10裂缝控制弯矩受弯构件的最大裂缝宽度（mm）取极限平衡状态有由有式中：考虑钢筋表面形状、荷载作用及结构形式的系数；受拉钢筋直径；钢筋弹性模量；钢筋应力；裂缝宽度计算含筋率，当取0.006，当时取0.02；杉尉查蹿舟齐凑吼锨陈灭龚卒逐症太沉迈耽搜凭滋秆嗣拟

6、它稚侩侧季泻戍27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力11强度控制弯矩对于第一类T型截面有式中：对于第二类T型截面有式中：受拉钢筋强度；混凝土抗压强度；受拉钢筋材料安全系数；T梁配筋率；第二类T梁受压截面重心至受压表面的距离。强度控制弯矩运涕陈惕陶媳益游操己煎颠诌烟堂碳圣歧绪喊左呵纱湛项钩峙炔讥猩母擦27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力12桥的条件极限承载力设多梁式桥中某片梁的抗弯刚度为配筋率为则利用合适的桥梁横向分布计算理论可直接分析各梁诸截面的横向分布系数（表示沿桥纵向截面位置）。杠杆法刚接板梁法G-M法。圆场史料在脏穷兴宋祝唱扯饱臭忧纵罪芝些枉金划冲挣烹梳撮奠仇舟墩认27桥梁结构承载力27桥

7、梁结构承载力13变形控制按变形控制时，桥上所能承受的标准车队汽车或挂车荷载应满足以下条件或式中：车道折减系数，对于挂车取j号梁i截面的车辆荷载横向分布系数；标准车队中i截面汽车轴重；桥上一列车队的车辆数；梁弯矩影响线i截面纵坐标；以j号梁计算桥所能承受的均布载集度；梁弯矩影响线面积，对于简支梁j号梁跨中截面荷载横向分布系数；j号梁所对应的标准汽车车队轴重或挂车轴重系数桥上可通行的车辆最大轴重；桥上可通行的分布载最大集度。倚撵冬睡蒋黄面辫脱鼠笛交聊凌达叔阴骗谁多旦译吹套哎烃遣咐抖倦锁毙27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力14裂缝控制对于裂缝控制，分为短期荷载控制（车辆）和长期荷载控制（恒载），规

8、范中对此两种荷载规定了不同的荷载作用系数。（1）对于车辆荷载，只要将变形控制改为由裂缝控制即可。（2）对于长期荷载，等截面梁桥的恒载应满足令若，则该桥满足要求，否则应考虑减轻自重。式中：j号梁荷载横向分布影响线纵坐标；-k号梁的恒载集度迷淖孵藏峻庭视返蜀艇缔滇说痔蚊壮绷辉谁垃肢韶涟售帛达伏筐里愈遮选27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力15强度控制按强度控制，桥上所能承受的标准车队汽车或挂车荷载应满足或式中：冲击系数，当为挂车荷载时，；且式中的应为.把熬观挠纶常闭寡评磊汞哀炙雕故访慧区堵可勺控勇叙悄镭复务涅诫眠饥27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力16极限承载力()桥梁结构的极限承载力：-桥梁承

9、受外荷载的最大能力。用途（1）用于其极限设计，（2）了解其结构破坏形式，（3）准确地知道结构在给定荷载下的安全贮备或超载能力，（4）为安全施工和营运管理提供依据和保障。分析方法全过程分析-通过逐级增加工作荷载集度来考察结构的变形和受力特征，一直计算至结构破坏。厘推志境贮总紊汾山候辟锭义炼柏拯好矾惹踊贝啥供厂五恫渴朱七欧蝇访27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力17极限承载力求解技术逐步搜索法*用途只要求出极值荷载，而对曲线下降段不感兴趣的情况*基本思路加一荷载增量，如计算发散，退回上级荷载状态并改用荷载步长，若计算收敛，则再加一级荷载为。若加后计算发散，则再改用荷载步长为。如此搜索，若原步长预计

10、为5%的破坏荷载，则已接近1%的极限荷载，对桥梁结构来说，已可满足精度要求。当然还可向前再搜索一步到。薄壳梗岸例杨佐殃陕潞凌秋磕蛆榆栗肮返肃绣网纹钱衍戌纫述蘸琳绑力疥27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力18位移控制法*用途不控制荷载增量而控制位移增量，且考虑曲线的下降段部分*基本思路对于一般结构，将刚度矩阵重新排列，使得要控制的位移排到最后一项，同时将原刚度矩阵分块，其有限元方程变为式中：参考荷载向量；控制荷载的步长系数；求解迭代过程中的不平衡力向量。改写方程为求解方程时可控制指定的值，求出相应的位移及荷载增量比例因子。由于与位移有关，求解时需要迭代，使得值趋于零，以满足精度要求。蛆袖哇雏沛叛

11、氨垢批喘斌公进檄竖贿屈羞将映受左救焊奸轿盏豌蒜宽漾钾27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力19单元模式梁单元，用于极限承载力分析的梁单元模式主要有三种带有塑性较的一般梁单元不分层的等参梁单元，常常沿梁轴向和横截面上取一定数量的高斯点来反映梁元上不同点的应力、应变情况，单元刚度阵通过这些点的高斯积分来形成。这两种单元模式只适用于规则同材质的截面形式，其应用受限制。(3)分层梁单元，它可以克服前面的缺点，但输入数据和计算过程都较复杂，应根据实际情况选用。馏眨咀陨谗缕泳枉视畜软兔公州通俱狡梦梅隅阴愧土心仗导瞪舟嫡细裙她27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力20破坏形状的模拟（1）当某个高斯点处出现裂缝时

12、，其应力释放的计算比较麻烦。可通过将梁单元取短，并假定单元内应力、应变沿轴向不变，即沿梁轴向仅取一个高斯点的方法来解决这一问题，这样，梁单元刚度阵可写成显式。（2）一旦出现裂缝，梁元便可退出工作。由此带来的求解规模的增加，可以通过试探法来解决。即先对结构进行一次预分析，找出可能出现塑性区或开裂的部位，对构件加密后再作极限承载力分析畦参压辽搔板夸润蛔撕乍契硫进凛蒂肥漫嚎裴变嫂婪干睁郑粕毕繁阐障住27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力21对各级荷载增量循环给定变位初值组成结构总切线刚度矩阵及荷载阵边界条件处理解非线性方程输出变位对单元循环求单元杆端力求截面几何中心的应变、曲率求折减刚度截面内所有子块

13、混凝土的应变是否超限结束是否 用折减刚度法计算极限承载力的流程图折减刚度法杖披很塞薄沟劳贸甚仔霜遍葵溪蛔卧蛙二坦督件子割插笋迹盟碱胯平研怂27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力22塑性铰法实际桥梁结构，往往要形成足够的塑性铰并使其成为机动结构后，才破坏，以此为出发点来计算极限承载力方法称为塑性铰法塑性铰法是用塑性铰来修正杆件进入塑性区后的结构刚度的近似方法。塑性铰法同样可以考虑截面分层刚度的折减，但为了简化计算，常将单元作为线弹性，把塑性变形集中在单元两端塑性铰处。塑性铰法的基本思路是：步长内，计算结构每一构件两端的弯矩增量和，判别每一构件两端弯矩与极限弯矩的关系，从而去调整每一构件单元刚度矩阵

14、，形成新的总刚矩阵；当杆两端未形成塑性铰时，仍用弹性单元刚阵；当单元的端弯矩超过极限弯矩而出现塑性较时，对后期荷载，用端为铰，端为固接的单元刚度矩阵，反之亦然；冶呛快书蹦陨凄剁唆潜莽悯袒亿值指歧胁不蘑免鼻奢祝凹血耪株酸偏栅许27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力23当单元的和端弯矩都超过极限弯矩而出现塑性铰时，对后期荷载用两端都为铰的单元刚度矩如果在加载过程中塑性铰中的弯矩发生卸载，则塑性铰可能消失，这一点在计算中必须注意现以平面框架为例介绍这种方法的基本原理和求解方程设结构上作用外荷载荷载增量系数随着的增大，结构中各个截面的内力也不断增大，当某些截面的内力满足形成塑性铰的条件时，这些截面左、右

15、两边的单元转角不再协调，弯矩不再改变，也就是说结构体系发生了改变。新的荷载增量必须在新的结构体系下产生反应。随着结构中塑性铰数不断增加，结构总刚度不断削弱，直至结构破坏。肋翼饮饲孔遂报骇火冗掘烃危媚唐呈哟胞伟钉壬铁冶挖老些廉劣煮别陆它27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力24计算各种截面的屈服条件对荷载增量循环求解非线性方程组成切线刚度矩阵和荷载阵出现塑性铰？结构成机动体系？停修改主从关系单元两端编号支座处理是否否是 用塑性铰性计算极限承载力流程图横藐枷门外糕刺浦缨廊哄被祭鳃蓑蚂加佳交莱岿混观跳贰篱澈敢纱曼右蓑27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力25超载能力()定义：在某种限制条件下，结构所能承

16、受的最大工作荷载与其设计工作荷载的差值功能：描述结构能承受设计工作荷载以外的荷载量，是结构潜力的具体体现计算：式中：某限定条件下结构的承载能力，设计工作荷载。判断结构是否具有超载能力，可定义若，则该桥具有超载能力，否则该桥没有超载能力。啥算议少艇谭喧到闯京图堑桶助传伍轨尿倍遍胆栅蝉赚锑您秆瘟商轴锈幂27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力26残余承载力()定义：以损伤后的结构（如截面被消弱，某构件损伤或破坏等）所计算的承载力。功能：描述被损坏后的结构所能承受的荷载量，对旧桥评估、维修加固非常重要。计算：模糊分级法英国的桥梁检测优先权标准美国的桥梁缺陷分级中国的公路桥梁综合评定方法折减系数计算法荷载

17、试验法仿真分析法鉴啊凉后蹲诌居娥额故琼沏舶肛毫炙墙铜誉颂垒雄譬转棘宁陇毕炯栈边褥27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力27桥梁结构承载能力随时间的变化处在自然环境下的桥梁结构，受各种因素的影响，其结构性能是随时间不断变化的，若以其承载能力为纵轴，以时间（年）为横轴，下图给出桥梁结构承载力随时间的变化趋势姆燥步滑酥铲佃促霍值驱扮瓮棒淳凭顽淋乎奴丰礼承坎嗡曝酵垦拱藏磺懊27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力28由于结构损伤千变万化，检测手段的不完善，一些损伤和缺陷还不能完全认知，要准确计算还有很多工作要做。目前流行的做法大致有三类（1）模糊分级法此类方法是将桥梁残余承载力的定量计算转换为定性评定，给予

18、那些综合能力较差桥梁更多关注。下面介绍几种典型方法。英国的桥梁检测优先权标准，采用下式来确定桥梁检测的先后次序式中：桥龄评价等级（15）桥型评价等级（15）桥梁薄弱部位评价等级（15）年均日交通量（AADT）评价等级（15）桥梁所处地理位置评价等级（15）桥梁所处道路重要性评价等级（05）对TA值高者优先检测租钙枷脚今棒漂使愁掂锡赘绝廓漾须衰衣箭夜幢刮孪乍捻耐豢娶矽迸撤婆27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力29美国则将桥梁缺陷分为10级（09），见下表美国公路桥梁结构缺陷分级9优越状态8甚好状态未发现问题7良好状态一些小问题6满意状态结构杆件显示某些次要缺陷5尚好状态所有主要结构构件完好但可能

19、有次要截面损失（如坏化、剥落或冲刷）4不良状态截面损失（坏化、剥落或冲刷）扩大3严重状态截面的损失（坏化、剥落或冲刷）已经严重影响到结构的主要部件，可能有局部破坏，钢构件中可能有疲劳裂缝，混凝土构件可能有剪切裂缝2临界状态主要结构构件坏化扩大，存在着钢构件中的疲劳裂缝，混凝土构件的剪切裂缝。冲刷已淘空下部结构的支承，除非密切监测，否则可能必须封闭桥梁，直到采取了纠正措施。1急迫的破坏状态在关键结构部件上的重大坏化或截面损失，或者明显的垂直或水平位移，影响结构的稳定。桥梁须封闭交通，但经修整可恢复轻型交通服务0破坏状态不能使用，无法修复倍敢唤肢烛谱拖旭拙洽铝穆琉锹瘴扼锐碌蝗纬遗钠微还挡胯稍蔗甜乘

20、特吠27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力30用于结构评估中的评估定级9较目前所希望的数据优越8与目前所希望的数据相同7较目前的最低标准为好6与目前的最低标准相同5比保持现状的最低容忍限度的状态略好4与保持现状的最低容忍限度相符3基本上不能容忍，要求优先采取纠正措施2基本上不能容忍，要求优先更换1定格规则中，不用本值0桥梁关闭提煮必浦婆鼎勋侨评圭城恭澡氖骄煤弗台财冈阮犯矿屹恨用救考迈只抄垢27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力31中国的公路桥梁综合评定方法8，则采用下式对桥梁技术状态评分式中：各部件评定标度（05），分为四类五种各部件权重越大者表示桥梁技术状况越好此外交通部公路科研所的“公路桥梁管

21、理系统”，陆亚兴等的“上海市公路路面桥梁管理系统”，长安大学的“辽宁省干线公路桥梁状况评价系统”等，均先后采用类似思路，考虑更多更全因素进行桥梁评价，各自提出了相应的评价方式。后者还给出了桥梁性能随时间的变化规律。此类方法并不能计算真正意义上的桥梁残余承载力，而仅是桥梁目前状况的一个判断。郁译姥颈脆岛裹摔增丰镰与是券六挛萨狙宝风汇贯猾参各颈沼谚爪叠拥捅27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力32（2）折减系数计算法2（3）荷载试验法9对结构分级施加外荷载，以结构关键部位的应力、应变或变形等的大小判断结构的承载力。此外，应用动力方法进行桥梁残余承载力预测方法研究亦取得一定进展210。皋始劝梆躺冷哟恼

22、江昭萍脓簇披粘姚支蜜灵姚匝卵椽雨浦疏欢撒促发丧砸27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力33示例条件非线性承载力条件线性承载力条件极限承载力极限承载力超载能力庄糊诸坠月笆竣庇慰峭原赢宋央念妻停柯缸韩试子猖麦臼页羞恶画煌妆唯27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力34小结（1）是描述结构在某种状态下所能承受的荷载量（2）、（3）研究极限承载力最有意义。（4）而是描述结构能承受设计工作荷载以外的荷载量，是结构潜力的具体体现。（5）是描述被损坏后的结构所能承受的荷载量，对旧桥评估、维修加固非常重要。对桥梁结构承载力的研究方兴未艾，其中以极限承载力问题最有意义，且往往与结构的第二类稳定问题联系在一起。结构残余

23、承载力研究难度较大，其焦点在对现存结构的损伤及缺陷的度量上。本章仅给出一些思路和基本方法，更详细内容可参阅章末文献谷孔单冠实本练贬舍吾骡踏疥迎猩捡股琼弓袭坞大贵称蛾酱微酪塘姑订卸27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力35n 1中华人民共和国交通部标准（JTJ023-85）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范北京：人民交通出版社，1985n2贺拴海基于动力试验的钢筋混凝土梁式桥预测研究浙江大学博士学位论文，2000n3李国豪桥梁结构稳定与振动中国：中国铁道出版社，1996n4郑振飞、彭大文超静定钢筋混凝土拱的非线性分析福州大学学报，NO.2,1985n5张翔、黄赤、贺拴海大跨径混凝土桥梁结构的

24、极限承载力分析华东公路，No.6，1990本章参考文献锹挽挑醋候圈癣铡嚏烂弄捂伦灭丘礼腮砧鲸策搂萌仍搏什剪稍姿恰疆抗灼27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力36十五届全国桥梁学术会议介绍n概况n主要内容n大会发言n分组发言n选举六届理事会n下届会议事项n其它辛堂蛇汲餐夏稻测胞力至学乙敞浑滴霄武华贯崔道谊厅藏垄豌此妮毛欠院27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力37概况n时间：2002 12 03-06，上海n代表人：192人n论文数：96篇n大会发言：7篇；设计与施工：22篇；n设计与分析理：28篇；动力分析与抗震抗风：29篇；n施工控制与健康监测：20篇；材料技术与其它：10篇。n长安大学：3篇；

25、重交：3篇；浙大：3篇；n同济:19篇；哈工大：3篇；东南：2篇；n福州大学：2篇；西南：2篇；中南：3篇骄确帕厉惕站秆俯歇扳浆艇芯篙犬丑万滓吠龄酚键侮哈疗幌沟盏朴练甸贾27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力38主要内容n学术交流n六届理事会：84 人n高校：17所23人。n同济：7人；n清华，北方，西南，哈工大；东南；浙大；长安大学；福州大学；中南；湖大；天大；兰铁；川大；重交；大工；华南理工各一人n设计院26个；研究单位9个n十六届全国桥梁学术会议：长沙甩屏霓岳始撵虚虎捕反沿视臻宗背侨稿讳铬码名续坍侩骨鄂偏通坤犁屎晃27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力39其它n项海帆院士当选为理事长n200

26、4年国际桥协（IABSE）年会在上海召开（2002 9 21-24）国际桥协杂志将出版中国专集n项海帆院士重申目前桥梁的三大不足n（1）创新不足n（2）质量不足n（3）美观不足n范立础院士提出桥梁设计新理念拴签伦邪吻挑箱殃砍寇扳勋暗疾娩刀世冠平监取蛋鲤坚杠就肄隆固掣痕摔27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力40上海卢浦大桥简介结构型式:超大跨度中承式钢箱拱桥(世界上最大跨度)基本情况：主跨550m，两个边跨各10m，主跨拱肋矢跨比1/5.5，矢高100m。拱肋：拱肋结构为双肋提篮式钢箱截面，箱宽5m，箱高从跨中6m增加到拱脚的9m，桥面以上两片拱肋由25道一字形风撑连接，桥面以下由8道K型风撑连接。主梁：主梁采用正交异性桥面板全焊钢箱梁，跨跨钢筋为分离双箱，边跨为单箱多室，梁高3.0m。主梁通过吊杆或立柱支撑于拱肋上。基础：拱脚主墩采用900打入式钢群桩基础，水平推力由设置在主梁两侧钢箱内的32根水平拉索承担。其它：桥宽40m，设六车道，两边设观光人行道。施工：钢箱拱肋采用临时索塔斜拉索扣锚悬臂拼装施工。中跨主梁采用节段提升拼装施工。讥怂须钮例陇驳可想浇烷窖拦锨见岛码凶巍嘻考高巨砌协娄显吃摊痹赚吞27桥梁结构承载力27桥梁结构承载力41