橋梁計(jì)算算例

1、橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)程序 “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。 “工可”階段研究制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提出多個(gè)橋型方案,并估算造價(jià),基本落實(shí)資金來源和投資回報(bào)等問題。 方案設(shè)計(jì)_確定設(shè)計(jì)方案。 技術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)重大技術(shù)問題進(jìn)行探討,完善橋型方案,修正概算。 施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算,繪制施工詳圖, 編制預(yù)算。畢業(yè)設(shè)計(jì)的步驟方案比選尺寸擬定結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計(jì)算汽車、人群荷載內(nèi)力計(jì)算作用效應(yīng)組合配筋計(jì)算驗(yàn)算是否滿足要求繪制施工圖紙整理設(shè)計(jì)計(jì)算書否是一、橋梁設(shè)計(jì)方案的比選 橋梁設(shè)計(jì)方案的比選和確定可按下列步驟進(jìn)行。 明確各種標(biāo)高的要求 橋梁分孔和初擬橋型方案草圖 方案初篩 詳繪橋型方案 編制估算或概算

2、 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(shí)）。 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(zhǎng)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，跨中區(qū)域的腹板較薄。三、變截面連續(xù)梁橋?qū)嵗?位于

3、湖南省道1831線上的湖南益陽市白沙大橋建成于2002年，主橋?yàn)樗目缫宦?lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋(50+90+150+90m)，橋梁全長(zhǎng)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： 計(jì)算模型應(yīng)盡量符合實(shí)際結(jié)構(gòu)； 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)； 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(jì)算時(shí)間。 桿系單元?jiǎng)澐值脑瓌t：根據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)，實(shí)際問題的需要和計(jì)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： 各關(guān)鍵控制截面處;構(gòu)件交接點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn);截面突變處; 不同材料結(jié)合

4、處；所有支承點(diǎn)；施工縫處； 等直截面直桿：自然交結(jié)點(diǎn)處；中間結(jié)點(diǎn)根據(jù)驗(yàn)算截面的要求以及求影響線時(shí)單位力作用點(diǎn)的要求確定； 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?jiǎng)澐謱?shí)例（二）幾種結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)澐謱?shí)例（二）幾種結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)澐謱?shí)例（三）局部構(gòu)造的模擬方法 剛臂的處理 幾個(gè)構(gòu)件剛性交會(huì)于同一結(jié)點(diǎn)； 構(gòu)件軸線偏心交會(huì)； 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 用特殊單元模擬； 鉸結(jié)端多編一個(gè)結(jié)點(diǎn)。（四）截面幾何特性計(jì)算 計(jì)算內(nèi)容截面面積、形心、面積矩、慣性矩、截面模量等。 主要的計(jì)算方法梯形分塊法，三角形分塊法三角形

5、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(shí)針編號(hào)時(shí), 計(jì)算結(jié)果均為正。反之,如為順時(shí)針編號(hào)時(shí),則計(jì)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(hào)應(yīng)該沿截面周邊逆時(shí)針循序進(jìn)行,不可以隨意編號(hào)。 對(duì)于閉口箱形截面,需在每個(gè)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(gè)連續(xù)的周邊。 編號(hào)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(shí)針循序進(jìn)行。 對(duì)于帶有曲邊的截面,可用折線來代替曲線,折線段越多,計(jì)算結(jié)果越精確。 橋梁計(jì)算示例 基本資料橋型布置：350m等截面連續(xù)梁橋橋面凈空：凈-920.25m安全帶 設(shè)計(jì)荷載：汽車-20級(jí)，掛車-100

6、，不計(jì)人群荷載 橋面縱坡：0 橋面橫坡：1.5% 橋梁計(jì)算示例 材料規(guī)格 主梁：采用40號(hào)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(jì)入恒載； 橫隔板：按每道200kN計(jì)入。橋梁計(jì)算示例（荷載計(jì)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(jì)：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主梁上。 主梁自重按26kN/m3的容重，以計(jì)主梁自重的形式計(jì)入結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)中。墩頂處主梁設(shè)

7、置的橫隔梁以重量重量按非結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算。 橋梁計(jì)算示例（幾何特性計(jì)算） 用三形分塊法(GE02程序)計(jì)算主梁截面的幾何特性，截面編號(hào)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(jì)算示例（結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計(jì)算） 結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計(jì)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(jì)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 (影響線數(shù)據(jù)文件)橋梁計(jì)算示例（結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)計(jì)算） 利用利用WORD、EXCEL軟件對(duì)計(jì)算

8、結(jié)果進(jìn)行整理。軟件對(duì)計(jì)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(jì)算結(jié)果。 找到結(jié)果文件D9-1.ded。 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(jì)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(zhǎng)期變形影響時(shí)，應(yīng)根據(jù)最終位移量計(jì)算構(gòu)件的效應(yīng)。 支座變位作用的影響計(jì)算可按照下面的步驟進(jìn)行。假定中間兩橋墩相對(duì)兩邊墩下沉20mm。見數(shù)據(jù)文件d9-1-2.dat。 單獨(dú)計(jì)算支座變位作用的影響時(shí)，應(yīng)不計(jì)結(jié)構(gòu)自重和作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。橋梁計(jì)算示例(支座變位作用的影響) 支座變位作用的影響計(jì)算基本數(shù)據(jù)D9-1-2.DAT只須將原有的D9-1

9、.DAT進(jìn)行修改后，再利用FR2程序進(jìn)行計(jì)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(jì)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(shí)，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(jì)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(jì)算。 單獨(dú)計(jì)算支座變位作用的影響時(shí)，應(yīng)不計(jì)結(jié)構(gòu)自重和作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。 只需在D9-1.DAT的基礎(chǔ)上，修改非結(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。

10、固端力的符號(hào)規(guī)定與桿端力一致。非結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算非結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算非結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算橋梁計(jì)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(jì)算原理如下： 在設(shè)計(jì)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(jì)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。 htytyhAEH21)(上上ahttIEM)(21a橋梁計(jì)算示例(溫度作用的影響) 令： 則： 其中：e0_形心軸處由

11、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(duì)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(jì)算。htytyh210)(上上aehtt)(21acAEH0eIEMc斜拉索張拉計(jì)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(jì)算中。 這時(shí),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(jì)算如果已知張拉力增量(PV),要計(jì)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。 將該單元的剛度從結(jié)構(gòu)中去掉, 指定其桿端軸力增量為PV,并將反號(hào)作為等效結(jié)點(diǎn)荷載即可。把這種已知張拉力增量的

12、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(jì)算示例 汽車、人群荷載內(nèi)力計(jì)算、作用效應(yīng)組合 可自行編程計(jì)算(參照橋梁結(jié)構(gòu)電算程序設(shè)計(jì)中的ADLOAD和HZZH程序)； 也可利用EXCEL軟件進(jìn)行計(jì)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(jì)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(jì)算。橋梁計(jì)算示例(預(yù)應(yīng)力效應(yīng)計(jì)算) 通常采用等效荷載法計(jì)算; 若單元?jiǎng)澐州^細(xì)，預(yù)應(yīng)力可按單元長(zhǎng)分段，每一段上作用一對(duì)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(duì)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(gè)分量。 修改結(jié)