混凝土梁桥2.pptx

第四章 混凝土简支梁桥混凝土简支梁桥本章主要内容混凝土简支梁设计及构造混凝土简支梁计算混凝土简支梁的制造及架设第一节 混凝土简支梁设计及构造一、公路钢筋混凝土简支梁标准设计及构造1.装配式简支梁截面形式 空心板式截面 T形截面2.板块之间的连接 板式截面：企口缝 T形截面：湿接缝；预埋钢板焊接；预埋钢板栓接。3.桥面连续板式截面铁路铁路T梁桥梁桥公路公路T梁桥梁桥钢板联结构造钢板联结构造二、铁路钢筋混凝土简支梁标准设计及构造 适用范围：16m及以下的桥跨结构 分为普通高度梁和低高度梁高 跨 比：普通高度梁1/7.21/9.1 低高度梁1/11.41/14.8截面形式：板式截面（跨度6m）T形截面（跨度8m）工字形截面 箱型截面（高速铁路）梁的总体设计：桥梁跨度；主梁高度；腹板厚度；道碴槽板厚度；横隔板间距、厚度；挡碴墙。钢筋布置：纵向受力筋；弯起钢筋；箍筋；横向受力筋；构造钢筋。三、预应力混凝土简支梁1.预应力混凝土梁的特点（1）可以使用高强度钢材和高等级混凝土；（2）提高梁的抗裂性，增强梁的刚度和耐久性；（3）减轻自重，增加梁的跨越能力；（4）提高梁的抗剪能力；（5）提高梁耐疲劳性能。2.预应力混凝土梁构造（1）截面形式：空心板式截面、T形截面、箱形截面（2）张拉工艺：后张法、先张法（3）预应力钢筋：高强度钢丝、粗钢筋、钢绞线（4）张拉锚固体系 预应力钢丝：拉锚体系、拉丝体系 预应力钢绞线：穿心式千斤顶（5）防止梁端上缘开裂措施 后张法：预应力钢筋弯起 先张法：直线配筋时进行“绝缘”处理（6）后张法波纹管 金属波纹管、铁皮波纹管、塑料波纹管、橡胶管抽芯成型（7）其他型式预应力混凝土梁(P76-85)部分预应力梁、槽型梁、整孔式、双预应力、横向分块式梁、预弯梁短期效应组合下可以出现拉应力 第二节 混凝土简支梁计算桥梁工程计算的知识 储备1.内力计算：2.截面计算：3.变形计算混凝土结构设计原理结构力学、桥梁工程、基础工程简支梁桥的计算1.上部结构主梁、横梁（横隔板）、桥面板2.支座3.下部结构桥墩、桥台、基础计算过程内力计算截面配筋验算开始拟定尺寸是否通过计算结束否是一、结构尺寸的拟定1.拟定原则：起吊能力 构造简单，接头数量少 标准化 经济性指标（1）主梁高度2.截面各部分尺寸铁路铁路 钢筋混凝土梁：普通高度（1/61/9）L 低高度（1/11 1/15）L 预应力混凝土梁：（1/10 1/12）L公路公路 钢筋混凝土梁：板式截面（1/111/20）L 肋式截面（1/11 1/13）L 预应力混凝土梁：（1/16 1/18）L（2）梁肋厚度 梁肋厚度取决于梁内主拉应力和钢筋布置的构造要求，一般根据剪应力的变化采取变厚度。公路、铁路规范对梁肋最小厚度有具体规定。（3）梁肋间距 根据桥面板受力、起吊设备能力确定。一般为1.62.2m。（4）桥面板 桥面板厚度由构造及受力条件确定。规范有最小板厚要求。（5）横隔板 横隔板厚度由构造及受力条件确定。铁路桥梁T梁横隔板间距不大于腹板厚的30倍，也不大于6.0m。二、桥面板的计算 铁路T形梁v 计算图式固结在梁肋上的悬臂梁v 计算荷载恒载+活载20kN/m3 恒载：自重+道碴重+人行道恒载 活载：特种活载、动力系数、人行道活载 v内力计算取沿桥梁方向1m宽的板带桥面荷载的分布公路行车道板1.行车道板的类型单向板双向板悬臂板铰接板梁格构造与行车道板支撑方式2.车轮荷载的分布车轮均布荷载：a2b2(纵、横)荷载压力面轮压3.有效工作宽度设板的有效工作宽度为a假设可得q 有效工作宽度假设保证了两点：1）总体荷载与外荷载相同 2）局部最大弯矩与实际分布相同通过有效工作宽度假设将空间分布弯矩转化为矩形弯矩分布q需要解决的问题：mxmax的计算 影响mxmax的因素：1）支承条件：双向板、单向板、悬臂板2）荷载长度：单个车轮、多个车轮作用3）荷载到支承边的距离（1）两端嵌固单向板a.荷载位于板的中央地带单个荷载作用板的计算跨径最外两个荷载之间的距离多个荷载作用b.荷载位于支承边处c.荷载靠近支承边处（2）悬臂板荷载作用在板边时(最不利情况)mxmin -0.465P取a=2l0规范规定a=a1+2ba2+2H+2b4.桥面板内力计算（1）多跨连续单向板的内力a.弯矩计算模式假定固端梁接近自由转动的铰支梁弹性固结梁简化计算公式：M0按简支梁计算的跨中弯矩当t/h1/4时（抗扭刚度大）：跨中弯矩 Mc=+0.5M0 支点弯矩 Ms=-0.7M0当t/h1/4时（抗扭刚度小）：跨中弯矩 Mc=+0.7M0 支点弯矩 Ms=-0.7M0b.考虑有效工作宽度后的跨中弯矩活载恒载弯矩c.考虑有效工作宽度后的支点剪力车轮布置在支承附近（2）悬臂板的内力a.计算模式假定铰接悬臂板车轮作用在铰缝上悬 臂 板车轮作用在悬臂端b.铰接悬臂板活载恒载c.悬臂板活载恒载三、桥面横向分布计算1.横向分布影响线 P=1在梁上作横向移动时，某主梁在同一纵向坐标上所分配到的不同荷载作用力。2.横向分布系数 主梁上可能分得的最大荷载除以车辆的轴重得到的系数，称为荷载横向分布系数。3.常用计算方法（a）杠杆原理把横向结构视作在主梁上断 开而简支在其上的简支梁（b）偏心压力法把横隔梁视作刚性极大的梁（c）横向铰接板(梁)法把相邻板(梁)视为铰接（e）横向刚接梁法把相邻主梁视为刚性连接，即传 递剪力合弯矩（f）比拟正交异性板法将主梁和横隔梁的刚度换算成 两向刚度不同的比拟弹性平板求解（一）杠杆原理法1.基本假定 假定荷载只由相邻的两根主梁承担，并且两根主梁承担的荷载按杠杆法则分配。2.适用范围 （1）只有两根主梁；（2）有多根主梁，计算桥梁纵向位于桥端支承处荷载；（3）无中间横隔板的桥梁。汽车人群挂车（二）偏心受压法（刚性横梁法）1.基本假定 将多梁式桥梁简化为由纵梁及横梁组成的梁格，计算各主梁在外荷载作用下分到的荷载。桥梁较窄时(B/L0.5)横梁基本不变形。在弹性范围内某根主梁所受到的荷载与该荷载所产生的挠度成正比在P作用下：在M作用下：荷载位于k梁时，i梁的横向分布系数：2.横向分布系数 在横向分布影响线上用规范规定的车轮横向间距按最不利位置加载3.本方法的精度边梁偏大，中梁偏小打9折4.考虑主梁抗扭刚度的修正刚性横梁法a3（三）铰（刚）接板（梁）法1.基本假定 将多梁式桥梁简化为数根并列而相互间横向铰接的狭长板（梁）;各主梁接缝间传递剪力、弯矩、水平压力、水平剪力;用半波正弦荷载作用在某一板上，计算各板（梁）间的力分配关系。2.铰接板法 假定各主梁接缝间仅传递剪力g，求得传递剪力后，即可计算各板分配到的荷载传递剪力根据板缝间的变形协调计算变位系数计算横向分布影响线 各板块不相同时，必须将半波正弦荷载在不同的板条上移动计算。各板块相同时，根据位移互等定理，荷载作用在某一板条时的内力与该板条的横向分布影响线相同。位移互等定理板条相同横向分布系数列表计算、刚度参数计算 为计算方便，对于 不同梁数、不同几何尺寸的铰接板桥的计算结果可以列为表格，供设计时查用引入刚度参数半波正弦荷载引起的变形3.铰接梁法 假定各主梁除刚体位移外，还存在截面本身的变形。与铰接板法的区别：变位系数中增加桥面板变形项4.刚接梁法假定各主梁间除传递剪力外，还传递弯矩与铰接板、梁的区别未知数增加一倍，力法方程数增加一倍（四）比拟正交异性板法计算原理：将由主梁、连续的桥面板和多横隔梁所组成的梁桥，比拟简化为一块矩形的平板；求解板在半波正弦荷载下的挠度利用挠度比与内力比、荷载比相同的关系计算横向分布影响线（五）横向分布系数沿桥纵向的变化 荷载位于桥跨中间时，由于桥梁横向结构的传力作用，使所有主梁都参与受力，因此，荷载的横向分布系数比较均匀。荷载在支点处作用在主梁上时，如果不考虑支座弹性变形，荷载就直接由该主梁传至支座，其它主梁基本不参与受力。P62四、横梁内力计算（一）横梁的作用与受力特点1.作用：加强结构的横向联系保证全结构的整体性2.受力特点：受力接近于弹性地基梁影响面的正负纵向位置基本一致影响面值从跨中向端部逐渐减小（二）刚性横梁法计算 横梁的内力影响线3、作用在横梁上的计算荷载按杠杆原理在两根横梁间分布1、横梁内力影响线（三）刚接梁法计算横梁刚接梁法计算出的梁接缝中的弯矩及为横梁弯矩2、作用在横梁上的计算荷载先将实际荷载展开成正弦级数再在两根横梁间积分五、主梁设计及计算（一）恒载内力前期恒载内力SG1（主要包括主梁自重）计算与施工方法有密切关系，后期恒载内力SG2（桥面铺装、人行道、栏杆、灯柱（二）活载内力 活载内力计算必须考虑最不利荷载位置一般采用影响线加载计算 计算汽车荷载时必须考虑各项折减系数及冲击系数 计算公式：（三）内力组合 铁路：主力组合 主力附加力组合 公路：承载能力极限状态组合 正常使用极限状态组合（四）内力包络图 沿梁轴各个截面处控制设计内力值的连线（五）强度计算（五）强度计算（1）.正截面强度：预估预应力钢筋面积Ap确定中性轴位置矩形截面抗弯承载力：或T形截面抗弯承载力：抗弯承载力：（2）.斜截面强度：斜截面抗剪计算 斜截面抗弯计算（六）运营阶段计算（1）.正应力计算 a.预应力为有效预压应力；b.截面特性的取用。（2）主拉应力计算（3）正截面抗裂性及裂缝宽度计算（4）变形及预拱度 a.变形的组成：预应力的作用；荷载作用。b.计算公式：按结构力学方法计算。c.钢筋混凝土梁桥刚度取值：公路：铁路：静定结构：不计混凝土受拉区，计钢筋；超静定结构：计全部混凝土面积，不计钢筋。活载挠度计算时不计冲击系数（静活载）d.预应力混凝土梁桥 刚度取值：公路：铁路：按弹性阶段计算 e.挠度验算与预拱度 恒载挠度可通过预拱度消除，因此规范无明确限制。公路：活载长期挠度不超过L/600恒载+活载产生的长期挠度超过L/1600时应 设预拱度 铁路：静活载产生的竖向挠度不应超过L/800（七）疲劳检算（七）疲劳检算 铁路桥梁活载所占比例较大，即应力变化幅度大，应进行重复荷载下的疲劳检算。（1）基本概念 应力幅：应力循环中最大应力与最小应力的差值。应力比：应力循环次数：等幅疲劳计算：变幅疲劳计算：疲劳曲线（S-N曲线）：疲劳强度实验数据得出的应力幅S和疲劳寿命N的关系曲线。（2）钢筋容许应力幅钢筋应力幅根据截面开裂和截面不开裂分别计算。（3）变幅疲劳计算 等效应力幅：根据线性累积损伤原理计算。（八）纵向预应力钢筋及箍筋布置（八）纵向预应力钢筋及箍筋布置（1）纵向预应力筋布置原则 a.b.c.（2）束界 下限 上限 （3）预应力筋的弯起作用：减小预应力产生的负弯矩，避免梁端上缘开裂；抵消部分剪力。（九）锚下应力计算（九）锚下应力计算第三节 混凝土简支梁的制造及架设一、制梁工艺（一）后张法预应力混凝土梁制造1.灌注混凝土2.预应力钢筋处理（1）调直（2）预张拉（3）下料3.预应力筋张拉（1）孔道清理（2）预应力筋张拉千斤顶：单作用、双作用、三作用 锥锚式、拉杆式、群锚式4.孔道压浆真空压浆工艺5.封锚（二）先张法预应力混凝土梁制造1.台座2.初调应力3.整体张拉4.灌注混凝土5.放松预应力筋6.存梁、封端二、预制梁的架设方法1.整体现浇 2.节段拼装 3.浮运吊装 4.梁上运梁