斜板梁橋設計淺談

1、2014.12.18一、斜交梁板式橋基本概念二、斜交梁板式橋受力特點三、斜交梁板式橋構造設計要點四、斜交梁板式橋抗震措施31. 斜交梁板式橋的定義 在高等級公路上的中、小型橋梁，往往為了服從線路的走向，而將橋梁的中軸線與水流的方向設計成斜交的，工程上將這樣布置的橋梁稱為斜交梁板式橋，簡稱斜梁橋。定義：支承線定義：支承線與橋梁軸線不成直角橋梁軸線不成直角的梁式結構通常稱為斜梁結構，包括斜肋板式結構、斜梁格子和斜箱梁結構等形式。4基本定義基本定義： 斜度：斜度：將橋梁中軸線與支承線構成的小于90度的夾角稱為斜度； 斜交角：斜交角：中軸線的垂線（法線）與支承線的夾角稱為斜交角。52. 斜梁橋的分類及

2、其示例 斜梁橋按其截面形式來分可分為：1）斜板橋 空心板 實心板 2）斜肋梁橋 T型，最大跨徑可達40米； 工字型（與T梁相比少了頂板翼緣，吊裝重量減輕，最大跨度達50米）； 62. 斜梁橋的分類及其示例3）斜整體斷面箱梁橋（截面抗扭剛度大，適應于斜梁橋的受力特點） 單箱單室； 單箱多室（實際工程應用中居多）。4）斜預制小箱梁橋一、斜交梁板式橋基本概念二、斜板橋受力及構造特點三、斜梁橋受力及構造特點四、斜交梁板式橋抗震措施81. 斜板橋受力影響因素p斜交角兩種表示方法當斜角小于15度時取斜長按正橋計算 91. 斜板橋受力影響因素p寬跨比b/l寬橋對斜支承敏感窄橋斜支承只影響支承局部寬跨比越大斜

3、橋特點越明顯p支承形式 支承個數(shù) 支承方向 是否彈性支承 橫橋向是否可以轉動或移動， 對斜板的內力分布也有明顯的影響。102. 斜板橋受力特點縱向主彎矩比跨徑為斜跨長、寬度為b的矩形板小，并隨斜交角的增大而減小。112. 斜板橋受力特點荷載有向支承邊的最短距離傳遞分配的趨勢 122. 斜板橋受力特點縱向最大彎矩的位置，隨斜角的增大從跨中向鈍角部位移動 132. 斜板橋受力特點除了斜跨徑方向的主彎矩外，在鈍角部位的角平分線垂直方向上，將產(chǎn)生接近于跨中彎矩值的相當大的負彎矩。 橫向彎矩比正板大得多，尤其是跨中。 支承邊上的反力很不均勻，鈍角角隅處的反力可能比正板大數(shù)倍，而銳角處的反力卻有所減小，甚

4、至出現(xiàn)負反力。 142. 斜板橋受力特點斜板的受力行為可以用Z字形連續(xù)梁來比擬 152. 斜板橋受力特點斜板的扭矩分布很復雜，板邊存在較大的扭矩 163. 斜板橋計算方法p有限元法（考慮剪切效應的厚板單元建模）p公式計算（恒載簡化法計算、活載采用）173. 斜板橋計算方法一、簡化方法l1.3b， 50時作為寬度 b，計算跨徑 l 的矩形板橋來計Mx 配筋平行于板邊方向My配筋平行于支承邊方向183. 斜板橋計算方法l=1.3b0.7b時 75時作為寬度 b，計算跨徑 a 的矩形板橋來計算Mx 配筋中央垂直于支承邊方向，邊緣平行與板邊My配筋平行于支承邊方向193. 斜板橋計算方法75 50時作

5、為寬度 b，計算跨徑(a+l)/2 的矩形板橋來計算Mx 配筋中央垂直于支承邊方向，邊緣平行與板邊My配筋平行于支承邊方向203. 斜板橋計算方法L50時作為寬度 b，計算跨徑 a 的矩形板橋來計算Mx 配筋平行與板邊My配筋平行于支承邊方向213. 斜板橋計算方法局部加強鋼筋不論哪種情況，在邊緣端部，距自由端 b5的寬度范圍內，均假定產(chǎn)生與中部的正彎矩同等大小的負彎矩，必須配置負彎矩鋼筋。223. 斜板橋計算方法配筋計算1.正交方向上單位板寬上的主彎矩表示成 211qlKM 212qlKM K：兩個主方向的彎矩系數(shù) ，根據(jù)斜角查表233. 斜板橋計算方法鋼筋方向的彎矩通過坐標轉換獲得)(co

6、s)sin(cossin1221MMMxsin coscos cos()MM12MMMy1122sinsincos sin()sin sin()sin()cos()MM12MMMMMx122212cossinsin cosMMMMMy122212sincossin cos243. 斜板橋計算方法253. 斜板橋計算方法主彎矩方向根據(jù)斜角查曲線得264. 斜板橋構造特點橋梁寬度較大時，縱向鋼筋，板中央垂直于支承邊布置，邊緣平行于自由邊布置；橫向鋼筋平行于支承邊布置。 274. 斜板橋構造特點284. 斜板橋構造特點窄斜板橋。縱向鋼筋平行于自由邊布置；橫向鋼筋，跨中垂直于自由邊布置，兩端平行于支承

7、邊布置 294. 斜板橋構造特點局部加強鋼筋在距自由邊一倍板厚的范圍內設置加強箍筋，抵抗板邊扭矩為承擔很大的支反力，應在鈍角底面平行于角平分線方向上設置附加鋼筋 304. 斜板橋構造特點斜板橋在運營過程中，在平面內有向銳角方向轉動的趨勢，如果板的支座沒有充分錨固住，應加強銳角處橋臺頂部的耳墻，使它免遭擠裂。對于斜交角大于30度的情況，不宜采用預制空心板，建議采用整體式現(xiàn)澆實體板。 對于斜橋，采用圓板式橡膠支座，并適當提高板厚，提高剪切變形能力?？招陌灏礄M向鉸接板，用簡支梁程序計算內力及配筋，對于斜角40的斜板需通過空間分析進行復核。3132下層鋼筋承受板底拉力。33上層鋼筋承受板頂負彎矩。34

8、35抗震錨栓可以對斜橋扭轉平移起到一定限制作用，同時建議大斜交角的橫向擋塊應適當加強，并在擋塊與板間設橡膠墊塊。一、斜交梁板式橋基本概念二、斜板橋受力及構造特點三、斜梁橋受力及構造特點四、斜交梁板式橋抗震措施371. 斜梁橋定義p斜梁橋由多根縱梁及橫梁組成的斜格子梁橋； p橫梁與縱梁可以斜交，也可以正交 ；382. 斜梁橋受力特點p斜梁橋雖然為格子形的離散結構，在梁距不很大、且設一定數(shù)量橫梁的情況下，仍然具有與斜板類似的受力特點；p隨著斜交角的增大，斜梁橋的縱梁彎矩減小，而橫梁的彎矩則增大；彎矩的減少，邊梁比中梁明顯，在均布荷載作用下比在集中荷載作用下明顯；p正交橫梁斜梁橋的橫向分布性能比斜交

9、橫梁斜梁橋好，并且橫向剛度越大，橫向分布性能越好； p在對稱荷載作用下，同一根主梁上的彎矩不對稱，彎矩峰值向鈍角方向靠攏，邊梁尤其明顯； p橫梁和橋面的剛度越大，斜交的影響就越大，斜橋的特征就越明顯。 p 393. 斜梁橋常見計算方法p結構力學單梁計算+橫向分布理論p計算正橋內力 斜橋修正系數(shù)修正的G-M法修正的鉸接板法p桿系梁格理論404. 結構力學單梁計算+橫向分布理論1.簡支單斜梁2.內力影響線3.連續(xù)單梁全抗扭支承連續(xù)斜梁中間點鉸支承連續(xù)斜梁415. 修正的G-M法基本思路以正橋計算為基礎，將由正橋計算求得的M值，用修正系數(shù)進行修正，從而得到斜橋的M。 1) 只計算跨中截面的彎矩，其它

10、截面的彎矩按二次拋物線在跨內內插；2) 本法修正系數(shù)的取值為集中荷載和均布荷載作用時的平均值；3) 只計算中梁和邊梁的彎矩，其它梁的彎矩可以按直線內插； p學者通過實驗得出的表格，只與彎扭剛度比、寬跨比、斜角有關426. 修正的鉸接板法基本思路采用單個集中荷載的斜交折減系數(shù)來代替實際車列荷載的折減系數(shù) 修正系數(shù)將只與斜交角、主梁片數(shù)、梁位及彎扭參數(shù)有關 kMMaiai0437. 梁格法 基本原理用等效梁格代替橋梁上部結構，將分散在板、梁每一區(qū)段內的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內，實際結構的縱向剛度集中于縱向梁格構件內，橫向剛度集中于橫向梁格內。理想的剛度等效原則：當原型實際結構和對

11、應的等效梁格承受相同的荷載時，兩者的撓曲將是恒等的，并且每一梁格內的彎矩、剪力和扭矩等于該梁格所代表的實際結構部分的內力。由于實際結構和梁格體系在結構特性上的差異，這種等效只是近似的，但對一般的設計，梁格法的計算精度是足夠的。 447. 梁格法 理論要點、T梁計算前應先對有效寬度進行計算，結構翼板擬定尺寸時盡量控制在有效寬度范圍內。有效寬度計算參考規(guī)范公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范P16，4.2.2條。 、對于非密排的T梁，可取單個T梁為一個縱向梁格。若T梁未設橫隔板則縱向彎曲由T形截面承受，橫向視為通過翼板連接的板條。一般來說，縱橫方向上結構的部分剛度可以假定為相似橫截面的梁一樣。

12、 、梁格網(wǎng)格的劃分以最能反映上部結構的結構性能為好。沒有跨中橫隔板的橫向梁格，其間距可以任意選擇，一般約取有效跨徑的1/41/8；如有橫隔板則必須在橫隔板處設橫向梁格。 、當橫向構件僅代表薄板，由板內橫向扭矩引起縱向構件彎矩的不連續(xù)性是微小的，設計彎矩取節(jié)點兩側彎矩的平均值；若橫向構件代表具有足夠抗扭剛度的橫格梁，則縱向彎矩的不連續(xù)性是較大的，設計彎矩應該取節(jié)點兩側的不同值。 457. 梁格法 有限元計算流程1. 定義材料和截面特性 材料 截面 定義時間依存性材料(收縮和徐變) 時間依存性材料連接 2. 建立結構模型 建立結構模型 修改單元依存材料特性 3. 輸入PSC截面鋼筋 4. 輸入荷載

13、 恒荷載(自重和二期恒載) 預應力荷載 鋼束特性值 鋼束布置形狀 鋼束預應力荷載 溫度荷載 系統(tǒng)溫度 節(jié)點溫度 單元溫度 溫度梯度 梁截面溫度 5. 定義施工階段 6. 輸入移動荷載數(shù)據(jù) 選擇規(guī)范 定義車道 定義車輛 移動荷載工況 7. 運行結構分析 8. 查看分析結果 463. 斜梁橋的特點3.1 斜梁橋的力學特點斜梁橋的力學特點斜梁橋的力學特點與正交橋有很大區(qū)別，與曲線梁橋有許多相似之處。1）彎扭耦合彎扭耦合 如圖3所示的單跨斜梁橋，根據(jù)已有文獻研究可知，其14號支座的反力分別為：bTQRaa212, 1bTQRbb214, 3式中，Qa、Qb分別為左右端梁剪力，數(shù)值上為各反力的代數(shù)和，即

14、21RRQa43RRQb47Ta、Tb分別為左右端梁扭矩，即PlkctgTb)1 (sin2)1 (2baTT式中：k主梁的彎扭剛度比，k=EI/GJ； EI 主梁抗彎剛度； GJ 主梁抗扭剛度； l 計算跨徑； 集中荷載P作用的相對位置。于是可得主梁的內力：PlTMb1)1 (sincosbTT1 為所求內力的截面位置X1與l的比值。48 當集中力作用在梁軸線上時，除了產(chǎn)生彎矩外，還產(chǎn)生扭矩。這與直線橋 是不同的。2）反力分布反力分布鈍角反力大于銳角反力，兩者之間的反力差與斜度、彎扭剛度比k有關；斜交角越大，兩者的反力差越大；彎扭剛度比k越小，二者反力差越小。銳角處的反力較小，甚至可能出現(xiàn)負

15、反力。3）跨中彎矩折減）跨中彎矩折減 斜梁橋彎扭耦合的直接后果是跨中彎矩的折減，即相對正交簡支梁而言，它的彎矩要小。斜交角越大，彎矩折減也越大；彎扭剛度比越大，彎矩折減也越大。494）平面內位移）平面內位移 與彎橋一樣，在外界因素發(fā)生變化時，斜橋在各支承處將產(chǎn)生變位，并且會產(chǎn)生以一旋轉力矩，從而引起斜橋的“爬行”，導致斜橋在其平面內的轉動與平移。5）斜交角的影響）斜交角的影響 斜度是斜梁橋中最重要的一個指標，其大小將影響斜梁橋的彎矩折減、反力分布。隨著斜交角的減小，跨中彎矩會減小并且抗扭剛度越大，對斜交角的變化越敏感，主梁彎矩減小的越多，橫向彎矩就增加的越多6）彎扭剛度比）彎扭剛度比k 斜度一

16、定時，k越小，反力分布越不均勻，彎扭耦合效應越明顯。 在滿足豎向抗彎剛度的前提下，k越大越好（與曲線橋的彎扭耦合效應相反）。503.3. 斜梁橋的構造特點斜梁橋的構造特點）不設剛性支承橫隔梁，而在車道板邊緣設置邊肋；）加大主梁間距，使車道板相對做的比較柔；）主梁采用抗扭剛度小的薄腹板；）銳角處的邊梁設水平移動和轉動支座；）在橫向固定支座上的腹板，設加勁肋加強，使車道板產(chǎn)生的水平力可靠地傳遞到固定支座上513. 斜板橋的受力特點斜板橋的受力特點見教材190頁的圖式。1）支承邊反力）支承邊反力支承邊反力分布不均勻，以鈍角處反力為最大，以銳角處反力為最小，甚至可能出現(xiàn)負反力，使銳角向上翹。2）跨中主

17、彎矩跨中主彎矩 當B/L較大時，中心處的主彎矩方向接近與支承邊正交； 在斜板的兩側，則主彎矩方向接近平行自由邊； 彎矩值沿板寬的方向分布不均勻。ABCD圖5 斜板橋受力示意圖523）鈍角負彎矩鈍角負彎矩 在鈍角處產(chǎn)生負彎矩，該值有時大于跨中正彎矩，其彎矩主方向接近與鈍角的二等分線相正交。4）橫向彎矩橫向彎矩 斜板橋由于彎扭耦合作用而導致最大縱向彎矩比同等跨徑的直橋要小，但橫向彎矩卻比同等跨徑的直橋大得多，并且沿自由邊的橫向彎矩還可能出現(xiàn)反號，靠近銳角處為正，靠近鈍角處為負。5）扭矩扭矩 參考教材的192頁中的圖2-7-5圖。扭矩分布比較復雜，在設計實踐中建議進行有限元的分析。533.3 斜板橋

18、的配筋特點斜板橋的配筋特點1）主鋼筋 根據(jù)斜交角的大小，主鋼筋有兩種布置方式。 a）斜交角小于15度時，斜板的受力與正交板相近，主筋可平行于橋縱 軸線方向布置； b）斜交角大于15度時，按圖2-7-7方式賠筋。2）544. 斜梁橋的構造特點 支座設置特點；支座設置特點； 上下部結構必須構成有利于抵抗彎扭剪復合作用的特點； 構造上必須適應縱橫向平面位移及轉動的特點； 橋型布置上適應不同斜度的特點； 多梁式橋中各主梁的長度可能不同的特點； 主梁梁端橫梁（隔板）構造特點、橫梁設置特點等。主梁梁端橫梁（隔板）構造特點、橫梁設置特點等。554.1 支座設置特點支座設置特點 根據(jù)支座布置的不同，斜梁橋的受力特性也差別很大。具體而言可分為如下幾類：1）單跨斜梁橋單跨斜梁橋562）連續(xù)斜梁橋連續(xù)斜梁橋A型：全橋各個墩上均布置雙支座（見圖2-7-13）； 優(yōu)點：這種布置方式對于抵抗上部結構的偏載