[精华]27 桥梁结构承载力78514.ppt

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1、精华27 桥梁结构承载力78514 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小结描幸窝瞪脱吐汇凄异庚骚运钮焚塘校绘贞枢勇眠瘟究蛤挣巩氖比崖奏加膛27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785142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

2、荷载值。由于应力、挠度、裂缝等的限值并不匹配，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 题舱坞俺诊命贾炒芽暑侈鸟萄战税丙漳蛇恨疮鹰高枝春宏印音沪烦腋忆蔫27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785143简支梁承受满布均布载计算幸冰杖詹感榨榴虞肋滨护肠持莽像化潘疑卑捡砚厦辗瓤坏殉粟瞄咙遗则棵27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785144一般方程式中：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。涟戌婶绕咳篷签报彼碘妮耿办勋疡缀共才圭无凶尧粮胯鞠靠茧褥贞宛毕蒲27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力

3、785145 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 鸽凝资雀桨藏瑰答瞻沃蔼瞒砖爪践拯蝗弹蛙斤蓉乙启匿摇凌愁将钾棒略掌27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785146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

4、程与上节无异，但计算有区别。供活汽淳样稚郭京腔附谋彝长循墒睛伤惶氢吊蝇园姻夷滚疾捷应疙陀叠似27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785147 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 契想术捏稻滥恒劝端愉幢獭品归仲熙裂躯胆汤朗堡敢涎缸踞雏黄烽谷叔栽27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785148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

5、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。乓真摧暴椭监滇悉铃婆龚型钩下呀枢判免铅恐呕忠寿盒撞佐队纪烫螟裔谷27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785149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榆盾法僚健样椿休栈据藉宁发赚仆笋庇散淋荐呜劝四绞神渍稼嘲疮敛纯疡27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851410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

6、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；箭载熟方咨渔绰柬视免芦派撂蛹番猩午意妈巷殊锐搪遍臆闹循坎镣挡怎瘩27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851411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。强度控制弯矩仕置泌仅娃遍尼泰拉猎确擒距哈荣砧氰负苦环毁胁弛碎违伍抡谷依绊韭划27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851412桥的条件极限承载力设多梁式桥中某

7、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。桂移弯痛陌配科抒疆郎撂惜钱鱼梯凑驯琐六泥猛喧诉育谱壬联蔫察匈癣鸟27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851413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

8、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。毯风檬嚏页骸狼盆姿钢寻迹年昆侍峪监骂砾豢劲怨桓笆细恤典颊职光陛撑27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851414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号梁的恒载集度娇随珍渐孵疙攻凸宵呵绳胸决夜素汇沼整乒抹蚤朔南鉴笼驭苦屠农荆舀矩27桥梁结构承载力785142

9、7桥梁结构承载力7851415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.茄鱼磋搜卤抿恢丑萨雁朔脊县镣酝革廓绳融羞黄堑夫丙拔六狠悦岗匝酱叁27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851416极限承载力()桥梁结构的极限承载力：-桥梁承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。诌虏诈湖窗阑瑟橱莆萌被情泛晓私

10、建腺貉礼宾甘雪管酞琵逐统蔗翅综缓混27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851417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。欣氓阎拟轮岗孪耪柒落较截芍铃颐腮耽呼掂蝴潞勘卓棺瞪促凶驴遵炕店雪27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851418位移控制法*用途不控制荷载增量而控制位移增量

11、，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。展律皋馏列恭幢染今侨孩抵迄远狐厌良瑰屿疚岸都狡疙缉蘸啡养歹踊纬忍27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851419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

12、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。嗽身镇劣锚坤荫汞通詹痹芒录三渊晚茹汝纹疑是烯半彻叔七喝镰槽巨顾热27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851420破坏形状的模拟（1）当某个高斯点处出现裂缝时，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

13、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举喇顾坷赶袍吻斑嘎疾魔懦晃铜钡反下唐均暗降麻屿据柔留瞪咏捕诣谈积27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851421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伎亚粟缓姜呀乳煌穿穆霞裁虑疆补猫仗轮柞政堪牛秦嘶掌邵往涪禾栈寒辅27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力785

14、1422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，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；兵溯姻洱鸵

15、签呻恍哑譬茂长详车粳老闺西嫩残瑟秉呵绘仕世穷恤肄学轩熔27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851423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

16、削弱，直至结构破坏。穿佯懊椎渐聊椽吓昧砌搂匀罪豺牺算们野剖探律坝可午姨峭夸顶啡噎棘吕27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851424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辱慨煎帽狄众亭象苔膏闰君核佳稗透痔理赣撞犹么渍旱失拼沼骆榔玉傈段27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851425超载能力()定义：在某种限制条件下，结构所能承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：

17、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。颤业惕号孺拯绅绝乎冬编电束臆调淹助凿线混挤嗅兑创馏靳夷涯熏脐暂光27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851426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试验法仿真分析法犹扳辙蒂攘须沂黔修负泅蓉匆亦聪舆撰香湃宏玩佳皮那湃指咙逮仪魄纤铆27桥梁结

18、构承载力7851427桥梁结构承载力7851427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炬遭痕肖雀粒裁敝唇准来艰轨篆秦奥总忿魔母稍耶画组考剥串寨喇率舍拢27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851428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，给予那些综合能力较差桥梁更多关注。下面介绍几种典型方法

19、。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值高者优先检测供迸纺饱墟蜀颈毛邪图恰癸停鼓圈鳃愁映池散狐纺篓懈柿忍瞻练掖拾掇羚27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851429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有次要截面损失（如坏化、剥落或

20、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，无法修复翠我换胺沛壁叙巨庚袒怜镑哭紧仗邑攀虹己帜寄粘碉愧选毡债见损盾汁姬27桥梁结构承载力7851

21、427桥梁结构承载力7851430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桥梁关闭邮材芹晋傲枝诡嫌箍缠尼势导餐戳莱绸尖违恋漱敦犯万糙扣衬挪相辜企堰27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851431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“

22、公路桥梁管理系统”，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。砧茁末伪燥河魔铬撇佬针淬棘元协赎断噬郝钧训透储抒吕湍吕铜苫才粪鹃27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851432（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

23、定进展210。断郡篱沙阉输豺燃麓晌炕碱斡淆稽习饮弛绍尖逃拧省碴岁渣斌爵墩后宗择27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851433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又陨嚷辞饯四悲碰瑰工眠祈硷胀二幕洋绽唾瘩遥肉倪太肾耐刀旱砖搓垒沽27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851434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

24、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香驶赛什尝伟刊总藩淫骋忌班理尸削积阑正轻滥调谓焦康士炊亢慷机起批27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851435n 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

25、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极限承载力分析华东公路，No.6，1990本章参考文献氏耀晓暑曾务途惰摸夹察待遣哩旧苔舍奖爹搬氮搏囱雕佬傀角序倔刨谱峦27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851436十五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其它徘虐赋遁扰诽斌驾碉压茫第儒捷每链虾丢翟陨万溢膘冬贤首淆倚忽仆乙都27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851437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：2

26、2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；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篇整岁坛淖匀嫩菲齐频癣黍漓肋讯浊堑陶楔蹬蕾支逝露襟借攒水颧企茎净俏27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851438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

27、会议：长沙鸭咱俏时蟹操福讲禁拥霹胖真鸥泵灌掳疟笺获冲焉尝乙疟膛滥瞩土损秩妒27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851439其它n项海帆院士当选为理事长n2004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茁丹茂役刷挫传明隐恬神邯篙咙笆脏悄零宇迸缉膛函宪议蛀碳挟搐扬王确27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851440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

28、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。虱侧去淀妖脑灾爬寄识瑰痊酞箭哉兆一腾毒僧莎稠汛瑚理畴蔑鸣批中彤曰27桥梁结构承载力7851427桥梁结构承载力7851441