橋梁計算算例

1、橋梁設(shè)計與建設(shè)程序1. “預(yù)可”階段著重研究建橋的必要性和宏觀經(jīng)濟(jì)上的合理性。2. “工可”階段研究制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提出多個橋型方案,并估算造價,基本落實(shí)資金來源和投資回報等問題。3. 方案設(shè)計_確定設(shè)計方案。4. 技術(shù)設(shè)計對重大技術(shù)問題進(jìn)行探討,完善橋型方案,修正概算。5. 施工圖設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計算,繪制施工詳圖, 編制預(yù)算。畢業(yè)設(shè)計的步驟方案比選尺寸擬定結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計算汽車、人群荷載內(nèi)力計算作用效應(yīng)組合配筋計算驗算是否滿足要求繪制施工圖紙整理設(shè)計計算書否是一、橋梁設(shè)計方案的比選 橋梁設(shè)計方案的比選和確定可按下列步驟進(jìn)行。1. 明確各種標(biāo)高的要求2. 橋梁分孔和初擬橋型方案草圖3. 方案初

2、篩4. 詳繪橋型方案5. 編制估算或概算6. 方案選定和文件匯總二、結(jié)構(gòu)尺寸擬定 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋橫截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面（當(dāng)跨徑超過4060m或更大時）。 二、結(jié)構(gòu)尺寸擬定 單箱單室截面的頂板寬度一般小于20m(圖2-2-41a)；單箱雙室的約為25m左右(圖2-2-41b)；雙箱單室的可達(dá)40m左右(圖2-2-41c)。單箱單室截面b:a之比為1(2.53.0)，懸臂長度b一般不大于5m。 箱梁底板厚度隨箱梁負(fù)彎矩的增大而逐漸加厚至墩頂。墩頂區(qū)域底板厚度與主跨之比宜為1/1401/170，跨中區(qū)域底板厚度一般為0.22 0.28m。 箱梁在墩頂區(qū)域的腹板較厚，跨中

3、區(qū)域的腹板較薄。三、變截面連續(xù)梁橋?qū)嵗?位于湖南省道1831線上的湖南益陽市白沙大橋建成于2002年，主橋為四跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋(50+90+150+90m)，橋梁全長1584.0m，如下圖所示。白沙大橋立面布置(m) 白沙大橋橫截面布置(cm) （一）橋梁結(jié)構(gòu)分析的建模方法 結(jié)構(gòu)離散的基本原則：1. 計算模型應(yīng)盡量符合實(shí)際結(jié)構(gòu)；2. 保證體系幾何不變，避免出現(xiàn)與實(shí)際結(jié)構(gòu)受力不符的多余聯(lián)結(jié)；3. 在合理模擬的前提下減小不必要的結(jié)點(diǎn)數(shù)目，以縮短計算時間。 桿系單元劃分的原則：根據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)，實(shí)際問題的需要和計算精度要求來決定。（一）橋梁結(jié)構(gòu)分析的建模方法 結(jié)點(diǎn)的設(shè)置位置：1. 各關(guān)

4、鍵控制截面處;構(gòu)件交接點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn);截面突變處;2. 不同材料結(jié)合處；所有支承點(diǎn)；施工縫處；3. 等直截面直桿：自然交結(jié)點(diǎn)處；中間結(jié)點(diǎn)根據(jù)驗算截面的要求以及求影響線時單位力作用點(diǎn)的要求確定；4. 變截面桿：盡量細(xì)分，使折線形模型接近實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。（二）幾種結(jié)構(gòu)的有限元劃分實(shí)例（二）幾種結(jié)構(gòu)的有限元劃分實(shí)例（二）幾種結(jié)構(gòu)的有限元劃分實(shí)例（三）局部構(gòu)造的模擬方法 剛臂的處理1. 幾個構(gòu)件剛性交會于同一結(jié)點(diǎn)；2. 構(gòu)件軸線偏心交會；3. 不同的受力階段，構(gòu)件截面具有不同的幾何特性。（三）局部構(gòu)造的模擬方法 中間鉸的處理1. 用特殊單元模擬；2. 鉸結(jié)端多編一個結(jié)點(diǎn)。（四）截面幾何特性計算 計算內(nèi)

5、容截面面積、形心、面積矩、慣性矩、截面模量等。 主要的計算方法梯形分塊法，三角形分塊法三角形分塊法和積分法等。 三角形分塊法三角形分塊法當(dāng)三角形結(jié)點(diǎn)為逆時針編號時, 計算結(jié)果均為正。反之,如為順時針編號時,則計算結(jié)果均為負(fù)。 三角形分塊法三角形分塊法三角形分塊法三角形分塊法 結(jié)點(diǎn)編號應(yīng)該沿截面周邊逆時針循序進(jìn)行,不可以隨意編號。 對于閉口箱形截面,需在每個箱的適當(dāng)位置作一切口,使閉口截面變成開口截面,以形成一個連續(xù)的周邊。 編號順序可從軸上的任一點(diǎn)開始,沿著開口截面的周邊按逆時針循序進(jìn)行。 對于帶有曲邊的截面,可用折線來代替曲線,折線段越多,計算結(jié)果越精確。 橋梁計算示例 基本資料橋型布置：3

6、50m等截面連續(xù)梁橋橋面凈空：凈-920.25m安全帶 設(shè)計荷載：汽車-20級，掛車-100，不計人群荷載 橋面縱坡：0 橋面橫坡：1.5% 橋梁計算示例 材料規(guī)格 主梁：采用40號混凝土，容重為26kN/m3，彈性模量取3.3107kPa； 橋面鋪裝：采用防水混凝土，厚度為10cm，容重為25kN/m3； 緣石、欄桿：按5.12kN/m計入恒載； 橫隔板：按每道200kN計入。橋梁計算示例（荷載計算） 橋面系荷載緣石、欄桿重：q1=5.12kN/m橋面鋪裝重：q2=9.00.12522.50kN/m合計：q=q1+q2=27.62kN/m將其作為二期恒載二期恒載以均布荷載均布荷載的形式作用在

7、主梁上。 主梁自重按26kN/m3的容重，以計主梁自重的形式計入結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)中。墩頂處主梁設(shè)置的橫隔梁以重量重量按非結(jié)點(diǎn)荷載計算。 橋梁計算示例（幾何特性計算） 用三形分塊法(GE02程序)計算主梁截面的幾何特性，截面編號和坐標(biāo)系取用見下圖。 輸入數(shù)據(jù)文件名為D9-1-0.DAT。橋梁計算示例（結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計算） 結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計算基本數(shù)據(jù)名稱：D9-1.DAT 不考慮施工過程或一次成橋的情況下，可利用FR2程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計算得： D9-1.OUT (輸入數(shù)據(jù)、恒載作用下主梁的位移、單元桿端力數(shù)據(jù)等) D9-1.FIG (圖形文件) D9-1.DED (恒載內(nèi)力數(shù)據(jù)文件) D9-1.DA2

8、 (影響線數(shù)據(jù)文件)橋梁計算示例（結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計算） 利用利用WORD、EXCEL軟件對計算結(jié)果進(jìn)行整理。軟件對計算結(jié)果進(jìn)行整理。 采用圖形和表格的形式進(jìn)行整理，如：主梁結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)的計算結(jié)果。1. 找到結(jié)果文件D9-1.ded。2. 打開WORD中的插入圖表（如主梁結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)彎矩圖）。橋梁計算示例(支座變位作用的影響) 超靜定結(jié)構(gòu)當(dāng)考慮由于地基壓密等引起的長期變形影響時，應(yīng)根據(jù)最終位移量計算構(gòu)件的效應(yīng)。 支座變位作用的影響計算可按照下面的步驟進(jìn)行。假定中間兩橋墩相對兩邊墩下沉20mm。見數(shù)據(jù)文件d9-1-2.dat。 單獨(dú)計算支座變位作用的影響時，應(yīng)不計結(jié)構(gòu)自重和作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。橋梁計

9、算示例(支座變位作用的影響) 支座變位作用的影響計算基本數(shù)據(jù)D9-1-2.DAT只須將原有的D9-1.DAT進(jìn)行修改后，再利用FR2程序進(jìn)行計算即得。 D9-1-2.OUT (輸入數(shù)據(jù)、支座變位作用下主梁的位移、單元桿端力數(shù)據(jù)及支座反力等) D9-1-2.FIG (圖形文件) D9-1-2.DED (內(nèi)力數(shù)據(jù)文件)橋梁計算示例(溫度作用的影響) 橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)要考慮溫度作用時，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況、結(jié)構(gòu)物使用的材料和施工條件等因素計算由溫度作用引起的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。 也可利用FR2程序進(jìn)行計算。1. 單獨(dú)計算支座變位作用的影響時，應(yīng)不計結(jié)構(gòu)自重和作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。2. 只需在D9-1.DAT的基礎(chǔ)上，修

10、改非結(jié)點(diǎn)荷載部分,增加溫度作用產(chǎn)生的等效非結(jié)點(diǎn)荷載。非結(jié)點(diǎn)荷載 以下列出了11種最基本的非結(jié)點(diǎn)荷載的固端力。固端力的符號規(guī)定與桿端力一致。非結(jié)點(diǎn)荷載計算非結(jié)點(diǎn)荷載計算非結(jié)點(diǎn)荷載計算橋梁計算示例(溫度作用的影響) 表3-2中的第7類荷載為溫度荷載。其中，e0和c的計算原理如下： 在設(shè)計中, 常假定溫度在截面內(nèi)成線性變化。這種溫度變化引起的固端力為: T, 0 , 0 ,MHMHS橋梁計算示例(溫度作用的影響) 式中： 其中：a_材料線膨脹系數(shù); A,I_桿單元截面面積與慣性矩;E_材料彈性模量； h _截面高度;t1,t2_分別為截面上緣和下緣的溫度；y上_截面形心軸距上緣的距離。 htytyh

11、AEH21)(上上ahttIEM)(21a橋梁計算示例(溫度作用的影響) 令： 則： 其中：e0_形心軸處由溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)變； c_由溫度變化產(chǎn)生的截面曲率變化。 對于非線性溫度梯度的情況,只要按平截面假定求出e0和c后,由此引起的溫度次內(nèi)力也可按該類荷載計算。htytyh210)(上上aehtt)(21acAEH0eIEMc斜拉索張拉計算 第6種荷載可以用于斜拉橋中已知斜拉索的張拉延伸量的張拉計算中。 這時,q值為已知的張拉延伸量。輸入格式為：i,6,-q,0,0斜拉索張拉計算如果已知張拉力增量(PV),要計算結(jié)構(gòu)在該索力增量作用下的位移和內(nèi)力增量,可把它作為一種非結(jié)點(diǎn)荷載的形式來考慮。1

12、. 將該單元的剛度從結(jié)構(gòu)中去掉,2. 指定其桿端軸力增量為PV,并將反號作為等效結(jié)點(diǎn)荷載即可。把這種已知張拉力增量的斜拉索張拉作為第12種荷載。輸入格式為： i,12,PV,0,0橋梁計算示例 汽車、人群荷載內(nèi)力計算、作用效應(yīng)組合1. 可自行編程計算(參照橋梁結(jié)構(gòu)電算程序設(shè)計中的ADLOAD和HZZH程序)；2. 也可利用EXCEL軟件進(jìn)行計算。 根據(jù)荷載組合的結(jié)果進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋配置，并計算預(yù)應(yīng)力損失，求得永存預(yù)加力。 根據(jù)預(yù)應(yīng)力配置和有效預(yù)加力的情況進(jìn)行預(yù)應(yīng)力效應(yīng)計算。橋梁計算示例(預(yù)應(yīng)力效應(yīng)計算) 通常采用等效荷載法計算; 若單元劃分較細(xì)，預(yù)應(yīng)力可按單元長分段，每一段上作用一對沿力束方向的集中力Ny，其大小可取單元范圍內(nèi)的平均有效預(yù)加力。 將單元兩端的Ny移至對應(yīng)結(jié)點(diǎn)上，直接作為結(jié)點(diǎn)荷載，求出整體坐標(biāo)系下結(jié)點(diǎn)荷載的三個分量。