混凝土简支梁桥的设计计算.pptx
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1、第1页1、尺寸的拟定的原则(1)每片梁的重量应当满足当地现有的运输工具和架梁设备的起吊能力,梁的平面尺寸必须满足装载限界的要求。(2)结构应该是经济的(3)结构的构造应当简单,接头少。接头必须有耐久性,具有足够的刚度以保证结构的整体性(4)为便于制造及更换,截面尺寸应力求标准化。二、结构尺寸的拟定 第1页/共86页第2页(1)主梁梁高(2)梁肋厚度(4)下翼缘板尺寸(3)上翼缘板尺寸2、尺寸拟定的内容第2页/共86页第3页 梁高的确定应通过多方面的比较,它取决于经济、梁重、建筑高度以及运输净空等因素,标准设计还要考虑梁的标准化。铁路普通钢筋混凝土梁设计中,梁高跨比约为1/61/9,而预应力混凝
2、土梁的高跨比为1/101/11,跨度越大,比值越小。(1)主梁梁高 公路普通钢筋混凝土梁高跨比的经济范围约为1/111/16;预应力混凝土梁的高跨比为1/151/25,随跨度增大而取较小值。第3页/共86页第4页 梁肋厚度取决于最大主拉应力和主筋布置要求。因支座处剪力比跨中大,故主拉应力决定梁肋厚度时,跨中区段可以减薄。但需要保证梁肋的稳定条件(局部稳定),也不能使混凝土发生捣固困难。(2)梁肋厚度铁路:一般可采用20cm(跨中)-60cm(端部)。公路:常用的梁肋厚度为15cm-18cm,视梁内主筋的直径和钢筋骨架的片数而定。预应力混凝土梁:当腹板内有预应力箍筋时,厚度不得小于腹板高度的1/
3、20,无预应力箍筋时,不得小于1/15。第4页/共86页第5页 上翼缘板宽度视主梁间距而定,在实际预制公路T梁时,上翼缘板宽度应比主梁中距小2cm左右,以便在安装过程中调整位置和制作上的误差。(eg:铁路梁道碴槽顶宽不应小于3.9cm)根据受力特点,翼缘板的厚度通常都做成变厚度的,即端部较薄,向根部逐渐加厚。为了保证翼缘板与梁肋联结的整体性,翼缘板与梁肋衔接处的厚度不应小于主梁高度的1/12。对铁路桥梁,板与梗腋相交处厚度不得小于梁高的1/10。(3)上翼缘板尺寸第5页/共86页第6页 下翼缘板尺寸根据主筋数量、类型、排列及规定的钢筋净距和保护层厚度加以确定。对预应力混凝土梁,则主要取决预预应
4、力钢筋的布置。为了获得最大偏心距,预应力钢筋应尽量排列在下翼缘板内,要求紧凑而且对称于梁截面竖轴,混凝土保护层和钢丝束管道净距应符合有关规定。同时还应考虑到张拉端锚头的布置以及在运输和架设过程中移梁的稳定性要求。(4)下翼缘板尺寸第6页/共86页第7页1.计算模型2.车辆荷载在板上的分布3.板的有效工作宽度4.行车道板的内力计算 三、公路桥面板(行车道板)的计算 第7页/共86页第8页1.计算模型(行车道板的分类)混凝土肋板式梁桥的行车道板在构造上与主梁和横隔梁联结在一起,形成复杂的梁格体系下图。按其支情况可分为:单边支承两边支承三边支承四边支承第8页/共86页第9页根据研究,对四边支承的板只
5、要板的长边与短边之比 2,则荷载的绝大部分会沿短边方向传递,而沿长边方向传递的荷载将不足6%。比值越大沿长边方向传递的荷载越小。2的周边支承板当作仅由短跨承受荷载的单向板来设计计算,而在长跨方向只布置一些构造钢筋。2的板,则称为双向板,需要按两个方向分别配置受力钢筋。2 的装配式T梁,板的支承有两种情况:故:第9页/共86页第10页(A)对翼缘板的端边是自由边,另三边由主梁及横隔梁支承的板,可以像边梁外侧的翼缘板一样视为沿短跨一端嵌固而另一端为自由的悬臂板来分析。(B)对相邻翼缘板在端部相互形成铰接缝的情况,则行车道板应按一端嵌固另一端铰接的悬臂板进行计算。总之,按受力情况,实际工程中最常见的
6、行车道板可以分为:单向板、悬臂板、悬臂铰接板和双向板.第10页/共86页第11页公路汽车车轮压力通过桥面铺状层扩散到钢筋混凝土路桥面板,由于板的计算跨径相对于轮压分布宽度不是很大,故在计算中将轮压作为分布荷载来处理。为了方便计算,通常可近似的把车轮与桥面的接触面看作是矩形面积。荷载在铺状层内的扩散分布,根据试验研究,对混凝土或沥青面层,可以偏安全的假定呈45角扩散。因此作用在钢筋混凝土桥面板顶面的矩形荷载压力面的边长为:2.车辆荷载在板上的分布第11页/共86页第12页H铺装层厚度当车辆荷载作用下,桥面板所承受的局部均布荷载集度为:轮重,车辆荷载轴重P的1/2。图 5.37沿行车方向 a1=a
7、2+2H沿横向 b1=b2+2H第12页/共86页第13页车轮荷载在板面上的分布第13页/共86页第14页若以 的矩形来代替此曲线图形,即有:M车轮荷载产生的跨中总弯矩;荷载中心的最大弯矩值,按弹性薄板理论分析求解。故式中a称为板的有效工作宽度或荷载有效分布宽度。1)板的有效工作宽度的含义3.板的有效工作宽度 行车道板在车轮作用下受力和变形的真实状态如图所示。第14页/共86页第15页对板来讲:以宽度为a的板来承受车轮荷载产生的总弯矩,既可满足弯矩最大值的要求,计算也方便。对荷载而言:荷载只在a范围内有效,且均匀分布。一旦确定了a的值就可以确定作用在ab1范围内的荷载集度p了。第15页/共86
8、页第16页行车道板的受力和变形状态 第16页/共86页第17页公路桥规规定:l板的计算跨径 h板的厚度。(a)对单独一个荷载应满足:计算剪力时:计算弯矩时:l=l0+tl0+bl=l0l0板的净跨径。t板的厚度。b梁肋宽度。荷载位于跨中但不小于但不小于 2)板的有效工作宽度的计算(单向板)第17页/共86页第18页单向板板的有效工作宽度第18页/共86页第19页d最外两个荷载的中心距离。如按上式计算所得的各有效分布宽度发生重叠时,应按相邻靠近的荷载一起计算其共有的有效分布宽度。(b)对几个靠近的相同荷载第19页/共86页第20页荷载位于支承处 但不小于l/3 t板的厚度 荷载靠近板的支承处x
9、荷载离支承边缘的距离。第20页/共86页第21页不同荷载位置时单向板的有效分布宽度如下图所示:第21页/共86页第22页悬臂板的活载有效分布宽度规定取值为:分布荷载靠近板边的最不利情况b等于悬臂板的跨径l0。2)板的有效工作宽度的计算(悬臂板)第22页/共86页第23页悬臂板的有效工作宽度第23页/共86页第24页4.行车道板的内力计算行车道板一般由弯矩控制设计,计算时,通常取单位宽板条来进行计算。由板的有效工作宽度,可以得到板条上的荷载集度及其内力。(1)多跨连续单向板的内力计算(2)悬臂板的内力计算(3)铰接悬臂板内力第24页/共86页第25页若主梁的抗扭刚度很大,板的行为就接近于固端梁。
10、图5-44(a)若主梁的抗扭刚度极小,板与梁肋的连接就接近于自由转动铰接,板的受力就类似多跨连续梁体系。图5-44(b)实际上,行车道板和主梁梁肋的连接情况,既不是固接,也不是铰接,而应是考虑为弹性固接。图5-44(c)简便的算法:对于弯矩,先计算出一个跨度相同的简支板的跨中弯矩M0,然后再根据实验及理论分析的数据加以修正。1)概述(1)多跨连续单向板的内力计算第25页/共86页第26页主梁扭转对行车道板的影响第26页/共86页第27页当t/h1/4时,(即主梁抗扭刚度较大)跨中弯矩支点弯矩M中=+0.5M0M支=-0.7M0M0=M0p +M0gM0p-1m宽简支板条的跨中活载弯矩 M0g-
11、1m宽简支板条的跨中恒载弯矩 2)弯矩的计算第27页/共86页第28页当t/h1/4时,(即主梁抗扭刚度较小)跨中弯矩支点弯矩M中=+0.7M0M支=-0.7M0计算单向板的支点剪力时,可不考虑板和主梁的弹性固接作用,此时荷载必须尽量靠近梁肋边缘布置。考虑了相应的有效工作宽度后,每米板宽承受的分布荷载如图5-45(b)所示。第28页/共86页第29页1+汽车冲击系数,一般取0.3;P轴重,对汽车车轮重力(取车辆荷载后轴的轴重)a荷载有效分布宽度l板的计算跨径:当梁肋不宽时,(如T形梁)可取梁肋中心,当梁肋较宽时,(箱梁)可取l=l0+t,但不大于l0+b(b为梁肋宽)M0p-1m宽简支板条的跨
12、中活载弯矩 第29页/共86页第30页M0g-1m宽-简支板条的跨中恒载弯矩g1m宽简支板条的恒载强度。第30页/共86页第31页p,p对应于有效分布宽度a和a的荷载强度;y1,y2对应于荷载合力A1和A2的支点剪力影响线竖标值;3)支点剪力的计算 计算单向板的支点剪力时,可不考虑板和主梁的弹性固接作用,而直接按简支板图式进行,如后图。第31页/共86页第32页第32页/共86页第33页对于沿缝不相连的悬臂板,计算梁肋处最大弯矩时,应将汽车车轮靠板的边缘布置,此时b1=b2+h(无人行道一侧)或 b1=b2+2h(有人行道一侧)(2)悬臂板的内力计算弯矩的计算第33页/共86页第34页悬臂板的
13、有效工作宽度第34页/共86页第35页第35页/共86页第36页(3)铰接悬臂板内力 构造上T形梁翼缘板往往采用铰接的方式连接,其最大弯矩发生在悬臂板根部。根据计算分析可知,计算悬臂板根部活载弯矩时,最不利荷载位置是把车轮荷载对中布置在铰接处,这时铰内的剪力为零,铰接悬臂板可简化为悬臂板,两相邻悬臂板个承受半个车轮荷载,即P/4。如图5-46(a)所示。支承处1m宽板的弯矩为:第36页/共86页第37页第37页/共86页第38页内力组合恒载与活载产生同号内力时恒载与活载产生同号内力时组合组合:恒载与活载产生异号内力时恒载与活载产生异号内力时组合组合:第38页/共86页第39页四、公路荷载横向分
14、布计算1.荷载横向分布及其系数的概念2.荷载横向分布系数的计算方法3.荷载横向分布计算系的其它方法简介第39页/共86页第40页1.荷载横向分布及其系数的概念 对多主梁桥,荷载横向分布指作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配,或者说各主梁如何分担车辆荷载。公路桥梁通常桥面较宽,主梁片数较多并与桥面板和横隔梁连接在一起。当桥上车队处于横向不同位置时,各主梁参与工作的程度不同,由于结构受力和变形的空间性,求解这种结构的内力问题成为空间计算理论问题。第40页/共86页第41页对这种空间的计算问题一般是化成两个平面问题来求解。(x,y)结构某点截面的内力影响面S 表示结构某点截面的内力值S=P
15、(x,y)即将函数(x,y)近似分解为两个单值函数的乘积即1(x)2(y),S=P(x,y)=P 1(x)2(y)1(x)单梁某一截面的内力影响线2(y)单位荷载沿横向作用在不同位置时对某梁所分配的荷载比值曲线,(对于某梁的荷载横向分布影响线)则主梁的某截面的内力值就表示为:第41页/共86页第42页第42页/共86页第43页 这样,就可完全像平面问题一样,求解某主梁截面的内力值。将空间问题简化成平面问题,引入荷载横向分布影响线并推算各梁分担的荷载,这就是利用荷载横向分布来计算多主梁结构内力的基本原理。第43页/共86页第44页求3号梁在图示车辆作用下k截面的内力荷载横向分布系数:某根主梁所承
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