連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算-2.ppt

連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算,一 連續(xù)梁橋的體系 與構(gòu)造特點(diǎn),一、體系特點(diǎn) 由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的卸載作用，跨中正彎矩大大減小，恒載、活載均有卸載作用 由于彎矩圖面積的減小，跨越能力增大 超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)基礎(chǔ)變形及溫差荷載較敏感 行車條件好,二、構(gòu)造特點(diǎn) 1、跨徑布置 布置原則：減小彎矩、增加剛度、方便施工、 美觀要求 不等跨布置大部分大跨度連續(xù)梁 邊跨為0.50.8中跨 等跨布置中小跨度連續(xù)梁 短邊跨布置特殊使用要求,2、截面形式 板式截面實(shí)用于小跨徑連續(xù)梁 肋梁式適合于吊裝 箱形截面適合于節(jié)段施工 其它,3、梁高與跨徑、施工方法有關(guān) 等高度梁實(shí)用于中、小跨徑連續(xù)梁，一 般跨徑在5060米以下 變高度梁實(shí)用于大跨徑連續(xù)梁，100米 以上，90%為變高度連續(xù)梁,4、腹板及頂、底板厚度 頂板滿足橫向抗彎及縱向抗壓要求 一般采用等厚度，主要由橫向抗 彎控制 腹板主要承擔(dān)剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力 一般采用變厚度腹板，靠近跨中 處受構(gòu)造要求控制，靠近支點(diǎn) 處受主拉應(yīng)力控制，需加厚。,底板滿足縱向抗壓要求 一般采用變厚度，跨中主要受 構(gòu)造要求控制，支點(diǎn)主要受縱向 壓應(yīng)力控制，需加厚 橫隔板一般在支點(diǎn)截面設(shè)置橫隔板,5、配筋特點(diǎn) 縱向鋼筋 懸臂施工階段配筋 主筋沒有下彎時(shí)布置在腹板加掖中 需下彎時(shí)平彎至腹板位置 一般在錨固前豎彎，以抵抗剪力 連續(xù)梁后期配筋 各跨跨中底板配置連續(xù)束,頂板配制橫向鋼筋或 橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋 腹板下彎的縱向鋼筋 需要時(shí)布置豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋,二 連續(xù)梁橋常用施工方法,一、滿堂支架現(xiàn)澆 二、簡(jiǎn)支變連續(xù) 三、逐跨施工現(xiàn)澆、拼裝 四、頂推施工 五、懸臂施工現(xiàn)澆、拼裝,三 連續(xù)梁橋內(nèi)力計(jì)算,一、恒載內(nèi)力 必須考慮施工過程中的體系轉(zhuǎn)換，不同的荷載作用在不同的體系上 1、滿堂支架現(xiàn)澆施工 所有恒載直接作用在連續(xù)梁上,2、簡(jiǎn)支變連續(xù)施工 一期恒載作用在簡(jiǎn)支梁上，二期恒載作用在連續(xù)梁上,3、逐跨施工 主梁自重內(nèi)力圖，應(yīng)由各施工階段時(shí)的自重內(nèi)力圖迭加而成,4、頂推施工 頂推過程中，梁體內(nèi)力不斷發(fā)生改變，梁段各截面在經(jīng)過支點(diǎn)時(shí)要承受負(fù)彎矩，在經(jīng)過跨中區(qū)段時(shí)產(chǎn)生正彎矩 施工階段的內(nèi)力狀態(tài)與使用階段的內(nèi)力狀態(tài)不一致 配筋必須滿足施工階段內(nèi)力包絡(luò)圖,主梁最大正彎矩發(fā)生在導(dǎo)梁剛頂出支點(diǎn)外時(shí),最大負(fù)彎矩與導(dǎo)梁剛度及重量有關(guān) 導(dǎo)梁剛接近前方支點(diǎn) 剛通過前方支點(diǎn),5、平衡懸臂施工 分清荷載作用的結(jié)構(gòu) 體現(xiàn)約束條件的轉(zhuǎn)換 主梁自重內(nèi)力圖，應(yīng)由各施工階段時(shí)的自重內(nèi)力圖迭加而成,二、活載內(nèi)力 1、縱向某些截面可能出現(xiàn)正負(fù)最不利 彎矩，必須用影響線加載 2、橫向 箱梁專門分析 多梁式橫向分布系數(shù)計(jì)算，等剛度法,三、超靜定次內(nèi)力計(jì)算 1、產(chǎn)生原因結(jié)構(gòu)因各種原因產(chǎn)生變形，在多余約束處將產(chǎn)生約束力，從而引起結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力(或稱二次力) 2、連續(xù)梁產(chǎn)生次內(nèi)力的外界原因 預(yù)應(yīng)力 墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降 溫度變形 徐變與收縮,四、變形計(jì)算 必須考慮施工過程中的體系轉(zhuǎn)換，不同的荷載作用在不同的體系上 根據(jù)恒載及活載變形設(shè)置預(yù)拱度大跨徑時(shí)必須專門研究大跨徑橋梁施工控制 預(yù)拱度設(shè)置原則： 某節(jié)點(diǎn)預(yù)拱度 = （所有在該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)后的荷載或體系轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的位移）,四 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力計(jì)算,預(yù)應(yīng)力初彎矩： 預(yù)應(yīng)力次彎矩： 總預(yù)矩：,壓力線： 簡(jiǎn)支梁壓力線與預(yù)應(yīng)力筋位置重合 連續(xù)梁壓力線與預(yù)應(yīng)力筋位置相差,一、用力法解預(yù)加力次力矩,1、直線配筋,力法方程 變位系數(shù) 贅余力 總預(yù)矩,壓力線位置,2、曲線配筋,梁端無(wú)偏心矩時(shí),梁端有偏心矩時(shí),3、局部配筋,局部直線配筋,局部曲線配筋,4、變截面梁曲線配筋,二、線性轉(zhuǎn)換與吻合束,1、線性轉(zhuǎn)換 只要保持束筋在超靜定梁中的兩端位置不變，保持束筋在跨內(nèi)的形狀不變，而只改變束筋在中間支點(diǎn)上的偏心距，則梁內(nèi)的混凝土壓力線不變，總預(yù)矩不變,改變e在支點(diǎn)B所增加(或減少)的初預(yù)矩值，與預(yù)加力次力矩的變化值相等，而且兩者圖形都是線性分布，因此正好抵消,2、吻合索 調(diào)整預(yù)應(yīng)力束筋在中間支點(diǎn)的位置，使預(yù)應(yīng)力筋重心線線性轉(zhuǎn)換至壓力線位置上，預(yù)加力的總預(yù)矩不變，而次力矩為零。 次力矩為零時(shí)的配束稱吻合索,多跨連續(xù)梁在任意荷載作用下,結(jié)論： 按外荷載彎矩圖形狀布置預(yù)應(yīng)力束及為吻合束 吻合束有任意多條,三、等效荷載法求解總預(yù)矩,把預(yù)應(yīng)力束筋和混凝土視為相互獨(dú)立的脫離體，預(yù)加力對(duì)混凝土的作用可以用等效荷載代替,1、在梁端部 軸向力 豎向力 力矩,2、在梁內(nèi)部 初預(yù)矩圖為曲線時(shí)產(chǎn)生均布荷載 初預(yù)矩圖成折線時(shí)產(chǎn)生集中力,3、初預(yù)矩與總預(yù)矩 將等效荷載作用在基本結(jié)構(gòu)上可得初預(yù)矩 將等效荷載直接作用在連續(xù)梁上可得總預(yù)矩 如果等效荷載直接作用在連續(xù)梁上支反力等于0，此時(shí)為吻合束 只有改變預(yù)應(yīng)力束曲率半徑或梁端高度才能改變總預(yù)矩,五 徐變、收縮次內(nèi)力計(jì)算,一、徐變、收縮理論 收縮與荷載無(wú)關(guān) 徐變與荷載有關(guān) 收縮、徐變與材料、配合比、溫度、濕度、截面形式、護(hù)條件、混凝土齡期有關(guān),1、混凝土變形過程 收縮 彈性變形 回復(fù)彈性變形 滯后彈性變形 屈服應(yīng)變,2、收縮徐變的影響,結(jié)構(gòu)在受壓區(qū)的徐變和收縮會(huì)增大撓度； 徐變會(huì)增大偏壓柱的彎曲，由此增大初始偏心，降低其承載能力； 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，徐變和收縮會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的損失； 徐變將導(dǎo)致截面上應(yīng)力重分布。 對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)，混凝土徐變將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，即引起結(jié)構(gòu)的徐變次內(nèi)力。 混凝土收縮會(huì)使較厚構(gòu)件的表面開裂,3、線性徐變,當(dāng)混凝土棱柱體在持續(xù)應(yīng)力不大與0.5Ra時(shí)，徐變變形與初始彈性變形成線性比例關(guān)系 徐變系數(shù)徐變與彈性應(yīng)變之比,二、 徐變、收縮量計(jì)算表達(dá),1、實(shí)驗(yàn)擬合曲線法 建立一個(gè)公式，參數(shù)通過查表計(jì)算， 各國(guó)參數(shù)取法不相同，常用公式有： CEBFIP 1970年公式 聯(lián)邦德國(guó)規(guī)范1979年公式 國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)（FIP）1978年公式我國(guó)采用的公式,2、徐變系數(shù)數(shù)學(xué)模型 1）基本曲線Dinshinger公式,徐變?cè)诩虞d時(shí)刻有急變 在加載初期徐變較大 隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸趨于穩(wěn)定,2）徐變系數(shù)與加載齡期的關(guān)系,老化理論 不同加載齡期的混凝土徐變曲線在任意時(shí)刻t(t)，徐變?cè)鲩L(zhǎng)率都相同,隨著加載齡期的增大，徐變系數(shù)將不斷減小，當(dāng)加載齡期足夠長(zhǎng)時(shí)徐變系數(shù)為零 該理論較符合新混凝土的特性,將Dinshinger公式應(yīng)用與老化理論,先天理論 不同加載齡期的混凝土徐變?cè)鲩L(zhǎng)規(guī)律都一樣,混凝土的徐變終極值不因加載齡期不同而異，而是一個(gè)常值 該理論較符合加載齡期長(zhǎng)的混凝土的特性,混合理論 對(duì)新混凝土采用老化理論，對(duì)加載齡期長(zhǎng)的混凝土采用先天理論,三、結(jié)構(gòu)因混凝土徐變引起的變形計(jì)算,1、基本假定 不考慮鋼筋對(duì)混凝土徐變的約束作用 混凝土彈性模量為常數(shù) 線性徐變理論,2、應(yīng)力不變條件下的徐變變形計(jì)算 應(yīng)力應(yīng)變公式 變形計(jì)算公式,靜定結(jié)構(gòu)可以滿足應(yīng)力不變的條件 一次落架結(jié)構(gòu)可以直接按該式計(jì)算 分段施工結(jié)構(gòu)要考慮各節(jié)段應(yīng)力是分多次在不同的齡期施加的,3、應(yīng)力變化條件下的徐變變形計(jì)算,1）應(yīng)力應(yīng)變公式 時(shí)刻的應(yīng)力增量在t時(shí)刻的應(yīng)變,從0 時(shí)刻到 t 時(shí)刻的總應(yīng)變,2）時(shí)效系數(shù) 利用中值定理計(jì)算應(yīng)力增量引起的徐變,時(shí)效系數(shù),從0 時(shí)刻到 t 時(shí)刻的總應(yīng)變,3）松弛系數(shù)通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算時(shí)效系數(shù) 松弛實(shí)驗(yàn),松弛系數(shù)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合,令,近似擬合松弛系數(shù),令折算系數(shù),換算彈性模量,徐變應(yīng)力增量,4）變形計(jì)算公式,5）微分變形計(jì)算公式 應(yīng)力應(yīng)變微分關(guān)系,dt時(shí)段內(nèi)的微變形,四、結(jié)構(gòu)因混凝土徐變引起的次內(nèi)力計(jì)算,計(jì)算變形時(shí)次內(nèi)力為未知數(shù)，必須通過變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算 計(jì)算有兩種思路：微分平衡、積分平衡,1、 微分平衡法（Dinshinger法）,1）微分平衡方程 贅余力方向上,微分平衡方程,徐變穩(wěn)定力,2）簡(jiǎn)支變連續(xù),按老化理論,解微分方程得：,徐變穩(wěn)定力,3）其它施工方法,按老化理論,解微分方程得：,4）一次落架施工,解微分方程得：,一次落架施工連續(xù)梁徐變次內(nèi)力為零,5）各跨齡期不同時(shí),按老化理論,以梁段的時(shí)間為基準(zhǔn)t ，則梁段加載時(shí)間歷程為t=t +1,令,解得：,解得：,6）多跨連續(xù)梁,7）預(yù)應(yīng)力等效荷載徐變次內(nèi)力 由于徐變損失，預(yù)加力隨著時(shí)間變化，引用平均有效系數(shù)C C=Pe/Pp Pe徐變損失后預(yù)應(yīng)力鋼筋的平均拉力； Pp徐變損失前預(yù)應(yīng)力鋼筋的平均拉力,2、換算彈性模量法(Trost-Bazant法),1）平衡方程 贅余力方向上,2）一次落架時(shí),3）各跨齡期不同時(shí),4）多跨連續(xù)梁,五、結(jié)構(gòu)因混凝土收縮引起的次內(nèi)力計(jì)算,1、收縮變化規(guī)律 假設(shè)混凝土收縮規(guī)律與徐變相同,收縮終極值,2、微分平衡法（Dinshinger法）,位移微分公式,收縮產(chǎn)生的彈 性應(yīng)變?cè)隽?收縮應(yīng)變?cè)隽?收縮產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)的 徐變?cè)隽?，初始?yīng)力為0,位移微分平衡方程,3、換算彈性模量法,位移公式,收縮應(yīng)變,收縮產(chǎn)生的彈性變形與徐變變形,位移平衡方程：,收縮產(chǎn)生的徐變次內(nèi)力,收縮產(chǎn)生的彈性次內(nèi)力,六 基礎(chǔ)沉降引起的次內(nèi)力計(jì)算,一、沉降規(guī)律 假定沉降規(guī)律與徐變相同,沉降終極值,沉降速度系數(shù),二、變形計(jì)算公式 變形過程 瞬時(shí)沉降長(zhǎng)期沉降（沉降+徐變）,瞬時(shí)沉降彈性 及徐變變形,沉降徐變 增量變形,沉降彈性 增量變形,后期沉降 自身變形,三、力法方程,墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降規(guī)律與徐變變化規(guī)律相似時(shí),墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降瞬時(shí)完成時(shí),徐變使墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降的次內(nèi)力減小,連續(xù)梁內(nèi)力調(diào)整措施 最好的辦法是在成橋后壓重 通過支承反力的調(diào)整將被徐變釋放,七 溫度應(yīng)力計(jì)算,一、溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 產(chǎn)生的原因：常年溫差、日照、砼水化熱 常年溫差：構(gòu)件的伸長(zhǎng)、縮短； 連續(xù)梁設(shè)伸縮縫 拱橋、剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)次內(nèi)力 日照溫差：構(gòu)件彎曲結(jié)構(gòu)次內(nèi)力； 線性溫度場(chǎng)次內(nèi)力 非線性溫度場(chǎng)次內(nèi)力、自應(yīng)力,線性溫度梯度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,非線性溫度梯度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,溫度梯度場(chǎng),二、自應(yīng)力計(jì)算,溫差應(yīng)變 T(y)=T(y),平截面假定 a(y)=0+y,溫差自應(yīng)變 (y)=T(y)-a(y)=T(y)-(0+y),溫差自應(yīng)力 s0(y)=E(y)=ET(y)-(0+y),截面內(nèi)水平力平衡,求解得,截面內(nèi)力矩平衡,三、溫度次應(yīng)力計(jì)算,力法方程 11x1T1T0,溫度次力矩,溫差次應(yīng)力,四、我國(guó)公路橋梁規(guī)范中規(guī)定的溫度場(chǎng),橋面板升溫5度偏不安全,我國(guó)鐵路橋梁規(guī)范中規(guī)定的溫度場(chǎng),英國(guó)橋梁規(guī)范中規(guī)定的溫度場(chǎng),八 連續(xù)梁示例,一、簡(jiǎn)支變連續(xù)施工連續(xù)梁橋 美國(guó) Sidney Lanier Bridge引橋 跨徑：120-foot ，180-foot 截面：T梁，梁高90 inches 預(yù)應(yīng)力：裸梁采用先張法預(yù)應(yīng)力 二期恒載采用鋼絞線12股 連接采用粗鋼筋,主梁預(yù)制,主梁吊裝梁重116噸,后期預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉,橋面澆筑,二、移動(dòng)模架施工連續(xù)梁橋,南京長(zhǎng)江二橋北引橋 跨徑：1630m+550m 截面：箱梁，梁高1.5m，2.5m 預(yù)