连续梁桥的设计与计算.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,连续梁桥的设计与计算,,,一 连续梁桥的体系与构造特点,,一、体系特点,,由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩大大减小，恒载、活载均有卸载作用,,由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大,,超静定结构，对基础变形及温差荷载较敏感,,行车条件好,,,,二、构造特点,,1、跨径布置,,布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、 美观要求,,不等跨布置——大部分大跨度连续梁,,边跨为0.5~0.8中跨,,等跨布置——中小跨度连续梁,,短边跨布置——特殊使用要求,,,,,,2、截面形式,,板式截面——实用于小跨径连续梁,,肋梁式——适合于吊装,,箱形截面——适合于节段施工,,其它,,,,,3、梁高——与跨径、施工方法有关,,等高度梁——实用于中、小跨径连续梁，一 般跨径在50~60米以下,,变高度梁——实用于大跨径连续梁，100米 以上，90%为变高度连续梁,,4、腹板及顶、底板厚度,,顶板——满足横向抗弯及纵向抗压要求,,一般采用等厚度，主要由横向抗 弯控制,,腹板——主要承担剪应力和主拉应力,,一般采用变厚度腹板，靠近跨中 处受构造要求控制，靠近支点 处受主拉应力控制，需加厚。

底板——满足纵向抗压要求,,一般采用变厚度，跨中主要受 构造要求控制，支点主要受纵向 压应力控制，需加厚,,横隔板——一般在支点截面设置横隔板,,5、配筋特点,,纵向钢筋,,悬臂施工阶段配筋,,主筋没有下弯时布置在腹板加掖中,,需下弯时平弯至腹板位置,,一般在锚固前竖弯，以抵抗剪力,,连续梁后期配筋,,各跨跨中底板配置连续束,,顶板——配制横向钢筋或,,横向预应力钢筋,,腹板——下弯的纵向钢筋,,需要时布置竖向预应力钢筋,,,二 连续梁桥常用施工方法,,一、满堂支架现浇,,二、简支变连续,,三、逐跨施工——现浇、拼装,,四、顶推施工,,五、悬臂施工——现浇、拼装,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三 连续梁桥内力计算,,一、恒载内力,,必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上,,1、满堂支架现浇施工,,所有恒载直接作用在连续梁上,,,2、简支变连续施工,,一期恒载作用在简支梁上，二期恒载作用在连续梁上,,,,3、逐跨施工,,主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成,,,,4、顶推施工,,顶推过程中，梁体内力不断发生改变，梁段各截面在经过支点时要承受负弯矩，在经过跨中区段时产生正弯矩,,施工阶段的内力状态与使用阶段的内力状态不一致,,配筋必须满足施工阶段内力包络图,,主梁最大正弯矩发生在导梁刚顶出支点外时,,最大负弯矩——与导梁刚度及重量有关,,导梁刚接近前方支点,,刚通过前方支点,,,,5、平衡悬臂施工,,分清荷载作用的结构,,体现约束条件的转换,,主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成,,,,二、活载内力,,1、纵向——某些截面可能出现正负最不利 弯矩，必须用影响线加载,,2、横向,,箱梁——专门分析,,多梁式——横向分布系数计算，等刚度法,,三、超静定次内力计算,,1、产生原因——,结构因各种原因产生变形，在多余约束处将产生约束力，从而引起结构附加内力(或称二次力),,2、连续梁产生次内力的外界原因,,预应力,,墩台基础沉降,,温度变形,,徐变与收缩,,,,,四、变形计算,,必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上,,根据恒载及活载变形设置预拱度——大跨径时必须专门研究——大跨径桥梁施工控制,,预拱度设置原则：,,某节点预拱度 = －（所有在该节点出现后的荷载或体系转换产生的位移）,,四 预应力次内力计算,,预应力初弯矩：,,,,预应力次弯矩：,,,总预矩：,,,压力线：,,,,简支梁压力线与预应力筋位置重合,,连续梁压力线与预应力筋位置相差,,一、,用力法解预加力次力矩,1、直线配筋,,力法方程,,,变位系数,,,赘余力,,,总预矩,压力线位置,,2、曲线配筋,梁端无偏心矩时,,梁端有偏心矩时,,3、局部配筋,局部直线配筋,,局部曲线配筋,,4、变截面梁曲线配筋,,二、,线性转换与吻合束,1、线性转换,,只要保持束筋在超静定梁中的两端位置不变，保持束筋在跨内的形状不变，而只改变束筋在中间支点上的偏心距，则梁内的混凝土压力线不变，总预矩不变,,改变e在支点B所增加(或减少)的初预矩值，与预加力次力矩的变化值相等，而且两者图形都是线性分布，因此正好抵消,,2、吻合索,,调整预应力束筋在中间支点的位置，使预应力筋重心线线性转换至压力线位置上，预加力的总预矩不变，而次力矩为零。

次力矩为零时的配束称吻合索,,多跨连续梁在任意荷载作用下,结论：,,按外荷载弯矩图形状布置预应力束及为吻合束,,吻合束有任意多条,,,三、,等效荷载法求解总预矩,,,把预应力束筋和混凝土视为相互独立的脱离体，预加力对混凝土的作用可以用等效荷载代替,,1、在梁端部,,轴向力,,,,竖向力,,,,力矩,,2、在梁内部,,初预矩图为曲线时产生均布荷载,,,,初预矩图成折线时产生集中力,,3、初预矩与总预矩,,,将等效荷载作用在基本结构上可得初预矩,,将等效荷载直接作用在连续梁上可得总预矩,,如果等效荷载直接作用在连续梁上支反力等于0，此时为吻合束,,只有改变预应力束曲率半径或梁端高度才能改变总预矩,,五,徐变、收缩,次内力计算,一、徐变、收缩理论,,,收缩——与荷载无关,,徐变——与荷载有关,,收缩、徐变与材料、配合比、温度、湿度、截面形式、护条件、混凝土龄期有关,,1、混凝土变形过程,,收缩,,弹性变形,,回复弹性变形,,滞后弹性变形,,屈服应变,,2、收缩徐变的影响,结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度；,,徐变会增大偏压柱的弯曲，由此增大初始偏心，降低其承载能力；,,预应力混凝土构件中，徐变和收缩会导致预应力的损失；,,徐变将导致截面上应力重分布。

对于超静定结构，混凝土徐变将导致结构内力重分布，即引起结构的徐变次内力混凝土收缩会使较厚构件的表面开裂,,3、线性徐变,当混凝土棱柱体在持续应力不大与0.5Ra时，徐变变形与初始弹性变形成线性比例关系,,徐变系数——徐变与弹性应变之比,,,二、,徐变、收缩,量计算表达,1、实验拟合曲线法,,建立一个公式，参数通过查表计算，,,各国参数取法不相同，常用公式有：,,CEB—FIP 1970年公式,,联邦德国规范1979年公式,,国际预应力协会（FIP）1978年公式——我国采用的公式,,2、徐变系数数学模型,,1）基本曲线——Dinshinger公式,,,徐变在加载时刻有急变,,在加载初期徐变较大,,随时间增长逐渐趋于稳定,,2）徐变系数与加载龄期的关系,老化理论,,不同加载龄期,,的混凝土徐变曲线在任意时刻,t,(,t,>,,)，徐变增长率都相同,随着加载龄期的增大，徐变系数将不断减小，当加载龄期足够长时徐变系数为零,,该理论较符合新混凝土的特性,,将,Dinshinger公式应用与老化理论,,先天理论,,不同加载龄期的混凝土徐变增长规律都一样,混凝土的徐变终极值不因加载龄期不同而异，而是一个常值,,该理论较符合加载龄期长的混凝土的特性,,混合理论,,对新混凝土采用老化理论，对加载龄期长的混凝土采用先天理论,,三、,结构因混凝土徐变引起的变形计算,1、基本假定,,不考虑钢筋对混凝土徐变的约束作用,,混凝土弹性模量为常数,,线性徐变理论,,2、应力不变条件下的徐变变形计算,,应力应变公式,,,,变形计算公式,,静定结构可以满足应力不变的条件,,一次落架结构可以直接按该式计算,,分段施工结构要考虑各节段应力是分多次在不同的龄期施加的,,3、应力变化条件下的徐变变形计算,1）,应力应变公式,,,时刻的应力增量在,t,时刻的应变,,从,,0,,时刻到,t,时刻的总应变,,2）,时效系数,,利用中值定理计算应力增量引起的徐变,时效系数,从,,0,,时刻到,t,时刻的总应变,,3）松弛系数——通过实验计算时效系数,,松弛实验,松弛系数通过实验数据拟合,令,,近似拟合松弛系数,令折算系数,换算弹性模量,,徐变应力增量,,,4）,变形计算公式,,5）微分变形计算公式,,应力应变微分关系,dt,时段内的微变形,,,四、,结构因混凝土徐变引起的次内力计算,计算变形时次内力为未知数，必须通过变形协调条件计算,,计算有两种思路：微分平衡、积分平衡,,1、 微分平衡法（Dinshinger法）,1）微分平衡方程,,,,,,,赘余力方向上,,,微分平衡方程,,徐变稳定力,,2）简支变连续,按老化理论,解微分方程得：,,徐变稳定力,,3）其它施工方法,按老化理论,解微分方程得：,,4）一次落架施工,解微分方程得：,一次落架施工连续梁徐变次内力为零,,5）各跨龄期不同时,,按老化理论,以梁段②的时间为基准,t,' ，则梁段①加载时间历程为,t,=,t,' +,,1,令,,,解得：,,解得：,6）多跨连续梁,,7）预应力等效荷载徐变次内力,,由于徐变损失，预加力随着时间变化，引用平均有效系数C,,C=P,e,/P,p,,,P,e,,徐变损失后预应力钢筋的平均拉力；,,P,p,,徐变损失前预应力钢筋的平均拉力,,,,2、,换算弹性模量,法(,Trost-Bazant,法),1）平衡方程,,赘余力方向上,,2）一次落架时,,3）各跨龄期不同时,,4）多跨连续梁,,五、,结构因混凝土收缩引起的次内力计算,1、收缩变化规律,,假设混凝土收缩规律与徐变相同,收缩终极值,,2、微分平衡法（Dinshinger法）,位移微分公式,收缩产生的弹,,性应变增量,收缩应变增量,收缩产生的应力状态的,,徐变增量，初始应力为0,位移微分平衡方程,,3、换算弹性模量法,位移公式,收缩应变,收缩产生的弹性变形与徐变变形,位移平衡方程：,收缩产生的徐变次内力,收缩产生的弹性次内力,,六,基础沉降引起的次内力计算,一、沉降规律,,假定沉降规律与徐变相同,沉降终极值,沉降速度系数,,二、变形计算公式,,变形过程,,瞬时沉降,长期沉降（沉降+徐变）,瞬时沉降弹性,,及徐变变形,沉降徐变,,增量变形,沉降弹性,,增量变形,后期沉降,,自身变形,三、力法方程,,,墩台基础沉降规律与徐变变化规律相似时,墩台基础沉降瞬时完成时,徐变使墩台基础沉降的次内力减小,,连续梁内力调整措施,,,最好的办法是在成桥后压重,,通过支承反力的调整将被徐变释放,,七,温度应力计算,一、温度变化对结构的影响,,产生的原因：常年温差、日照、砼水化热,,常年温差：构件的伸长、缩短；,,连续梁——设伸缩缝,,拱桥、刚构桥——结构次内力,,日照温差：构件弯曲——结构次内力；,,线性温度场——次内力,,非线性温度场——次内力、自应力,,线性温度梯度对结构的影响,非线性温度梯度对结构的影响,,温度梯度场,,二、自应力计算,温差应变,,T,(y)=,,T(y),平截面假定,,a,(y)=,,0,+,,y,温差自应变,,,(y)=,,T,(y)-,,a,(y)=,,T(y)-(,,0,+,,y),温差自应力,,s,0,(y)=E,,,(y)=E{,,T(y)-(,,0,+,,y)},,截面内水平力平衡,求解得,截面内力矩平衡,,三、温度次应力计算,力法方程,,11,x,1T,＋,,1T,＝0,温度次力矩,温差次应力,,四、,我国公路桥梁规范中规定的温度场,桥面板升温5度——偏不安全,我国铁路桥梁规范中规定的温度场,,英,国桥梁规范中规定的温度场,,八,连续梁示例,一、简支变连续施工连续梁桥,,美国 Sidney Lanier Bridge引桥,,跨径：120-foot ，180-foot,,截面：,T梁，梁高90 inches,,预应力：裸梁采用先张法预应力,,二期恒载采用钢绞线12股,,连接采用粗钢筋,,,主梁预制,,,,主梁吊装——梁重116吨,,,,,,后期预应力钢筋张拉,,,,,,,,,桥面浇筑,,,,,,,,二、移动模架施工连续梁桥,,南京长江二桥北引桥,,跨径：16×30m+5×50m,,截面：箱梁，梁高1.5m，2.5m,,预应力：双向预应力体系,,主梁配纵向预应力筋,,桥面板配横向预应力筋,,跨径布置,,,50m跨径连续梁截面,,30m跨径连续梁截面,,,滑移模架系统施工技术,滑模主要部件：,,主梁,,鼻梁,,牛腿与滑移小车,,横梁及外模板,,内模板及内模小车,,液压装置,,,,,三、悬臂浇筑施工连续梁桥,,南京长江二桥北汊桥,,跨径：90m+3,,165m+90m,,截面：箱梁,,梁高：根部8.8m，跨中3.0m,,预应力：三向预应力体系,,主梁配纵向预应力筋，钢绞线,,桥面板配横向预应力筋，钢绞线,,腹板配竖向预应力筋，精轧螺纹钢,,,,,,,,,,,,,。