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毕业设计：桥梁结构验算毕业设计：桥梁结构验算 广州大学土木工程学院 ? 桥梁内力计算步骤桥梁内力计算步骤 ?1.建立计算模型1.建立计算模型 ?2.加载2.加载 ?3.内力、支反力和变形计算3.内力、支反力和变形计算 ?4.荷载工况组合4.荷载工况组合 ?5.正常使用极限状态下的正应力和主应力验算5.正常使用极限状态下的正应力和主应力验算 ?6.承载能力极限状态下的截面强度验算6.承载能力极限状态下的截面强度验算 ?7.刚度验算7.刚度验算 ?确定梁各断面几何中心位置确定梁各断面几何中心位置 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -划分单元划分单元划分单元划分单元 ?选择单元（梁单元、杆单元）选择单元（梁单元、杆单元） ?确定各单元的材料特性（密度、弹性模量、泊松比）确定各单元的材料特性（密度、弹性模量、泊松比） 公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范（JTJ 023-85）规定： 密度为 公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范（JTJ 023-85）规定： 密度为 2500Kg/m2500Kg/m3 3; 泊松比为; 泊松比为 0.20.2; 热膨胀系数为; 热膨胀系数为 1.0e-51.0e-5。 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -确定材料参数确定材料参数确定材料参数确定材料参数 ? 钢筋钢筋 ? 普通钢筋普通钢筋 公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范（JTJ D62-2004）规定公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范（JTJ D62-2004）规定 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -确定材料参数确定材料参数确定材料参数确定材料参数 ? 预应力钢筋预应力钢筋 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -确定材料参数确定材料参数确定材料参数确定材料参数 ?确定各单元的截面特性确定各单元的截面特性 ?面积面积(area) ?有效剪切面积（有效剪切面积（y方向、方向、z方向）方向） ?抗弯惯性矩（抗弯惯性矩（y方向、方向、z方向）方向） ?抗扭惯性矩（抗扭惯性矩（Ixx） ?开口开口 ?闭口闭口 ?沿沿+y 、 -y方向单元中性轴到边缘 纤维距离 方向单元中性轴到边缘 纤维距离 ?沿沿+z 、 -z方向单元中性轴到边缘 纤维距离 方向单元中性轴到边缘 纤维距离 t ds A24 3 3 1 ab ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -截面特性计算截面特性计算截面特性计算截面特性计算 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -截面特性计算截面特性计算截面特性计算截面特性计算 ?组合截面特性的确定组合截面特性的确定 ?等效换算面积等效换算面积 Areaequ=Astl+AconEc/Es ?等效换算有效剪切面积等效换算有效剪切面积 ASequ=ASstl+ASconEc/Es ?等效换算抗弯惯性矩等效换算抗弯惯性矩 Ieq=Istl+IconEc/Es Astl:钢材面积；钢材面积； Acon：混凝土面积；：混凝土面积；Es:钢材弹性模量；钢材弹性模量； Ec：混凝土弹性模量；：混凝土弹性模量； ASstl:钢材有效剪切面积；钢材有效剪切面积； AScon：混凝土有效剪切面积；：混凝土有效剪切面积； Istl:钢材抗弯惯性矩；钢材抗弯惯性矩；Icon：混凝土抗弯惯性矩。：混凝土抗弯惯性矩。 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -截面特性计算截面特性计算截面特性计算截面特性计算 ?刚度折减刚度折减 ?对于T梁，单边翼缘的 计算宽度为承托以外6 倍板厚 对于T梁，单边翼缘的 计算宽度为承托以外6 倍板厚 ?箱梁的计算可参考T梁箱梁的计算可参考T梁 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -截面特性计算截面特性计算截面特性计算截面特性计算 边界条件边界条件 滑动铰支座滑动铰支座 固定铰支座固定铰支座 全铰全铰 弹簧支座弹簧支座 固定支座固定支座 半铰半铰 27 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 ? 橡胶支座橡胶支座 ?板式橡胶支座（由薄钢板和氯丁橡胶或天 然橡胶或三元乙丙橡胶组成） 板式橡胶支座（由薄钢板和氯丁橡胶或天 然橡胶或三元乙丙橡胶组成） ?矩形板式橡胶支座矩形板式橡胶支座 ?圆形板橡胶支座（多用于弯桥）圆形板橡胶支座（多用于弯桥） ?适用于小跨径桥梁适用于小跨径桥梁 ?聚四氟乙烯滑板式橡胶支座聚四氟乙烯滑板式橡胶支座 ?盆式橡胶支座盆式橡胶支座 ?活动盆式橡胶支座（不锈钢板、聚四 氟乙烯滑板） 活动盆式橡胶支座（不锈钢板、聚四 氟乙烯滑板） ?固定盆式橡胶支座固定盆式橡胶支座 ?适用用于大跨径和支反力较大的桥适用用于大跨径和支反力较大的桥 ? 球形钢支座球形钢支座 ?转动大、承载力高转动大、承载力高 ?适用用于宽桥、曲线桥等适用用于宽桥、曲线桥等 ? 拉压支座拉压支座 ?可承受拉力和压力、转动和水平滑动可承受拉力和压力、转动和水平滑动 ?试用用于连续梁的短跨、斜桥、小半径曲 线桥 试用用于连续梁的短跨、斜桥、小半径曲 线桥 ? 钢筋混凝土摆式支座钢筋混凝土摆式支座 ? 油毛毡支座油毛毡支座 A P1 P HA A T P3 B l RA RB B固定支座 活动支座 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 砂 浆 层 橡 胶 支 座 薄 钢 板 橡 胶 片 外 层 内 层 la lb a a) tg tes1 tes ?板式橡胶支座 ? 1. 1. 建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 ?活动盆式橡胶支座 ?固定盆式橡胶支座 1 35 7 246 上 座 板 下 座 板 顶 板 不 锈 钢 板 聚 四 氟 乙 烯 板 中 间 钢 板 密 封 圈 橡 胶 块 底 盆 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - : 1 2 3 4 5 ? 1. 1. 建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 ?球形支座 1.下座板 2.球面F4板 3.密封裙 4.中座板 5.平面F4板 6.上滑板 7.上座板 2 1 6 5 4 3 7 ? 1. 1. 建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 ?减震支座 1 234 56 7 8 1-上支座盆;2-不锈钢板;3-聚四氟乙烯板;4-中支座板;5-盆式橡胶板;6-下支座 盆;7-橡胶减震器或弹簧-橡胶减震器;8-封密底板以及制动销、防跳动装置等 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 ?拉压支座 ?板式橡胶拉压支座 ?球面拉压支座 1 3 2 5 6 7 2 4 1-上支座板；2-锚筋；3-受拉螺栓；4-承压橡胶 块；5-滑板；6-奥式体钢；7-下支座板 ? 1.1.建立计算模型建立计算模型建立计算模型建立计算模型- -施加边界条件施加边界条件施加边界条件施加边界条件 ? 永久作用永久作用 ?结构重力(包括结构附加重力，如桥梁二期恒载等）结构重力(包括结构附加重力，如桥梁二期恒载等） ?预加力（如混凝土预应力）预加力（如混凝土预应力） ?土的重力土的重力 ?土侧压力土侧压力 ?混凝土收缩和徐变混凝土收缩和徐变 ?水浮力水浮力 ?基础变位基础变位 ? 可变作用可变作用 ?汽车荷载汽车荷载 ?汽车冲击力、离心力、制动力汽车冲击力、离心力、制动力 ?人群荷载人群荷载 ?温度（均匀温度和梯度温度）温度（均匀温度和梯度温度） ?汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力 ?风力、支座摩阻力、流水压力、冰压力风力、支座摩阻力、流水压力、冰压力 ? 偶然作用偶然作用 ?地震力地震力 ?船撞力船撞力 ?汽车撞击汽车撞击 Y Z ? 2.2.加载加载加载加载 ? 自重自重 ? 二期恒载二期恒载 ? 活载活载 ? 2.2.加载加载加载加载定义荷载工况定义荷载工况定义荷载工况定义荷载工况 ? 公路公路I级荷载级荷载 ? 车道荷载车道荷载(均布荷载均布荷载+一个集中力一个集中力) ? 当跨径为小于或等于当跨径为小于或等于5m ? 计算弯矩时：计算弯矩时：qK=10.5KN/m;Pk=180KN ? 计算剪力时计算剪力时: 上述荷载乘以上述荷载乘以1.2 ? 当跨径大于当跨径大于50m ? 计算弯矩时计算弯矩时:qK=10.5KN/m;Pk=360KN ? 计算剪力时计算剪力时:上述荷载乘以上述荷载乘以1.2 ? 车辆荷载（验算横隔梁、行车道板和桥台）车辆荷载（验算横隔梁、行车道板和桥台） ? 采用五轴式货车加载，总重采用五轴式货车加载，总重550KN ? 公路公路II级荷载级荷载 ? 车道荷载车道荷载:公路公路I级车道荷载的级车道荷载的0.75倍倍 ? 车辆荷载车辆荷载:与公路与公路I级相同级相同 ? 人群荷载人群荷载 ? 当桥梁计算跨经小于或等于当桥梁计算跨经小于或等于50m时时,取取3KN/m2; ? 当桥梁计算跨经小于或等于当桥梁计算跨经小于或等于50m时时,取取:2.5KN/m2; ? 对于城镇人群密集区,取上述荷载的1.15倍;对于城镇人群密集区,取上述荷载的1.15倍; ? 专用人行天桥, 专用人行天桥, 3.5KN/m2; ? 2.2.加载加载加载加载公路工程技术标准公路工程技术标准公路工程技术标准公路工程技术标准(B01(B01- -2003)2003) ? 汽车荷载等级汽车荷载等级 ? 二级公路作为干线公路且重车较多时,按公路I级设计;二级公路作为干线公路且重车较多时,按公路I级设计; ? 四级公路重车少,可按公路II级车道荷载效应的0.8,车 辆荷载效应采用0.7倍。 四级公路重车少,可按公路II级车道荷载效应的0.8,车 辆荷载效应采用0.7倍。 ? 2.2.加载加载加载加载公路工程技术标准公路工程技术标准公路工程技术标准公路工程技术标准(B01(B01- -2003)2003) ?公路桥梁冲击系数公路桥梁冲击系数 ?桥梁结构的冲击系数与基频桥梁结构的冲击系数与基频 f 相关相关 ?当当f14HZ，u=0.45 ? 2.2.加载加载加载加载公路工程技术标准公路工程技术标准公路工程技术标准公路工程技术标准(B01(B01- -2003)2003) ? 一期恒载作用下的弯矩、剪力和支反力一期恒载作用下的弯矩、剪力和支反力 ? 二期恒载作用下的弯矩、剪力和支反力）二期恒载作用下的弯矩、剪力和支反力） ? 活载作用下的弯矩、剪力包络图和支反力活载作用下的弯矩、剪力包络图和支反力 ? 3.3.内力、支点反力和变形计算内力、支点反力和变形计算内力、支点反力和变形计算内力、支点反力和变形计算 ?支点处负弯矩折减支点处负弯矩折减M=qa2/8 ?折减后的弯矩不得小于由使用荷载产生支点弯矩的折减后的弯矩不得小于由使用荷载产生支点弯矩的0.9倍倍 ? 3.3.内力、支点反力和变形计算内力、支点反力和变形计算内力、支点反力和变形计算内力、支点反力和变形计算 ?基本组合基本组合 ? 包括永久作用设计值效应和可变作用设计值效应组合包括永久作用设计值效应和可变作用设计值效应组合 ? 用于结构的常规设计，所有公路桥梁都应考虑用于结构的常规设计，所有公路桥梁都应考虑 ? 基本组合表达式：基本组合表达式： += = m i n j QjkQjckQQGikGiud SSSS 12 1100 ?结构重要性系数，结构重要性系数，1.1,1.0,0.9 ?承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值 ?第第i个永久作用效应的分项系数个永久作用效应的分项系数 ?第第i个永久作用效应的标准值个永久作用效应的标准值 ?汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的分项系数汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的分项系数 ?汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值 ?除汽车荷载效应外的其他可变作用效应的组合系数除汽车荷载效应外的其他可变作用效应的组合系数 ?除汽车荷载效应、风荷载外的其他第除汽车荷载效应、风荷载外的其他第j个可变作用效应的 分项系数 个可变作用效应的 分项系数 ?除汽车荷载效应外的其他第除汽车荷载效应外的其他第j个可变作用效应的标准值个可变作用效应的标准值 ? 4.4.荷载工况组合荷载工况组合荷载工况组合荷载工况组合- -承载能力极限状态设计组合承载能力极限状态设计组合 ? 作用短期效应组合作用短期效应组合 ? 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应组合永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应组合 ? 组合表达式：组合表达式： Qjk n j j m i Giksd SSS = += 1 1 1 ?第一项：作用短期效应组合设计值第一项：作用短期效应组合设计值 ?第二项：永久作用标准值（不乘系数）第二项：永久作用标准值（不乘系数） ?第三项：可变作用效应的频遇值的组合第三项：可变作用效应的频遇值的组合,第第j个可变作用效应 的频遇值系数 个可变作用效应 的频遇值系数 ? 4.4.荷载工况组合荷载工况组合荷载工况组合荷载工况组合- -正常使用极限状态设计组合正常使用极限状态设计组合 ? 作用长期效应组合作用长期效应组合 ? 包括永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应组合包括永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应组合 ? 组合表达式：组合表达式： Qjk n j j m i Gikld SSS = += 1 2 1 ?第一项：作用长期效应组合设计值第一项：作用长期效应组合设计值 ?第二项：永久作用标准值（不乘系数）第二项：永久作用标准值（不乘系数） ?第三项：可变作用效应的准永久值的组合第三项：可变作用效应的准永久值的组合-第第j个可变作用效 应的准永久值系数 个可变作用效 应的准永久值系数 ? 4.4.荷载工况组合荷载工况组合荷载工况组合荷载工况组合- -正常使用极限状态设计组合正常使用极限状态设计组合 ? 全预应力混凝土构件：在短期组合下不允许出现拉应力 ? 在作用短期效应组合下正截面拉应力验算 ? 在作用短期效应组合下斜截面主拉应力验算 主拉应力验算位置：支点处梗肋、形心轴和下梗肋处 ? 部分预应力构件 ? A类构件：可以出现拉应力但不能超限 ? B类构件：拉应力超限，混凝土开裂 ? 跨度超过100m的桥梁不宜进行部分预应力混凝土的设计 085. 0 pcst 2 2 22 + + +