25第五章連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算課件

1、第五章 連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與計(jì)算第一節(jié) 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%

2、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)力鋼筋第二節(jié) 連續(xù)梁橋常用施工方法一、滿堂支架現(xiàn)澆

3、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、拼裝第三節(jié) 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

4、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

5、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）第四節(jié) 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

6、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

7、，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)矩第五節(jié) 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?；炷潦湛s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

8、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?cè)诩虞d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

9、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

10、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

11、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)CC=Pe/PpPe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（Dinshin

12、ger法）位移微分公式 收縮產(chǎn)生的彈性應(yīng)變?cè)隽渴湛s應(yīng)變?cè)隽渴湛s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)力第六節(jié) 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?cè)隽孔冃纬两祻椥栽隽孔冃魏笃诔两底陨碜冃稳?、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

13、反力的調(diào)整將被徐變釋放第七節(jié) 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)第八節(jié) 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1.5