桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件

桥梁工程毕业设计

桥梁结构电算2009.05.05桥梁工程毕业设计

桥梁结构电算1主要内容桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁单元划分施工计算阶段的确定预应力钢束的输入桥梁计算结果的复核主要内容桥梁电算的内容及施工方法确定2桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁电算的内容恒载内力活载内力支座沉陷、温度变化引起的附加内力预应力变形应力桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁电算的内容3桥梁电算的内容及施工方法确定施工方法支架法、悬臂施工法、缆索吊装法等特别提醒:

不同的施工方法对桥梁的最终内力的影响是不相同的。桥梁电算的内容及施工方法确定施工方法4连续梁桥、连续刚构桥计算连续梁桥、连续刚构桥计算5连续梁桥、连续刚构桥计算施工方法：悬臂施工节段划分：根据挂篮设计重量确定节段长度，通常为3～5m合龙段：一般为2m现浇段：根据底板预应力束锚固位置划分长度连续梁桥、连续刚构桥计算施工方法：悬臂施工6桥梁单元划分杆件相交处截面突变处连接处为铰（包括主从节点）施工阶（节）段的分界点约束位置（临时约束、永久约束等）需要输出的截面影响线位置桥梁单元划分杆件相交处7桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件8施工阶段单元与节点施工阶段单元与节点9结构离散应遵循的原则符合实际结构的构造与受力特点，反映结构的真实受力（必要时需引入刚臂）；离散后应保持几何不变体；本构关系应反映材料的性质。结构离散应遵循的原则符合实际结构的构造与受力特点，反映结构的10刚臂单元及其应用适用场合节点连接处有一个刚性域（如桁架拱，P30）几个杆件的节点不能重合在一起（如连续刚构桥中的零号块域桥墩，见教材P31）注意：在有限元分析中，是用杆件的形心来表示单元的。桥梁博士处理方法：采用相同的节点编号，不同的节点坐标，程序自动处理为刚臂。刚臂单元及其应用适用场合11刚臂单元应用举例刚臂单元应用举例12连续刚构桥模型连续刚构桥模型13连续梁桥模型连续梁桥模型14施工计算阶段确定1、连续刚构桥悬臂施工主要过程施工过程：浇筑桥墩、施工0#块（连续梁桥临时锚固）、拼装挂篮、浇筑1#块混凝土、张拉预应力钢束、移动挂篮、浇筑2#块、张拉预应力钢束…（中间某个时段支架施工边跨现浇）…直至悬臂施工完成、边跨合拢、中跨合拢、施工桥面系。施工计算阶段确定1、连续刚构桥悬臂施工主要过程15施工计算阶段确定2、施工阶段的划分对1个混凝土阶段，实际包括：移动挂篮（拆除挂篮、安装挂篮）、挂篮加载、挂篮转移锚固（预应力张拉）3个过程。注意：在第一个节段，只有挂篮安装，无挂篮拆除。根据以上1、2两点，即可确定施工计算阶段数。施工计算阶段确定2、施工阶段的划分16预应力钢束的计算步骤1：按照预定的施工过程，计入挂篮，模拟施工过程，计算各个截面的内力；步骤2：计算活载和其它影响下的内力；步骤3：荷载组合；步骤4：根据规范要求，估算出各个截面的预应力束数；步骤5：计算有效预应力；步骤6：预应力布束（需满足间距、最小弯曲半径的要求）；步骤7：分别验算各个截面的应力，当不满足时，调束，重复步骤5、6、7。预应力钢束的计算步骤1：按照预定的施工过程，计入挂篮，模拟施17预应力钢束的输入方法：导线点法、非导线点法参考点的选取：以方便输入为基本原则竖弯束：照例输入平弯束：照例输入空间束：竖弯、平弯同时进行。要求：竖弯、平弯的特征点x坐标一致。预应力钢束的输入方法：导线点法、非导线点法18拱桥拱桥19拱桥计算方法手册法有限元法拱桥计算方法手册法20拱桥计算步骤细化构造尺寸将拱、拱上建筑离散为杆系单元，注意刚臂单元、主从节点的合理应用计算恒载内力计算活载内力：汽车、人群、温差、地基沉陷等内力组合，截面强度、稳定性拱桥计算步骤细化构造尺寸21拱桥计算步骤施工阶段的计算与主拱材料、施工方法有关1)石拱桥，只需验算裸拱状态下的内力2)缆索吊装的钢筋混凝土拱桥，应验算安装阶段的主拱承载力3)钢管拱，需要验算其承载力、稳定绘制构造图拱桥计算步骤施工阶段的计算与主拱材料、施工方法有关22拱桥单元划分原则遵循前面的离散原则控制截面（拱脚、L/8、L/4、3L/8、拱顶等）其他（若有）拱桥单元划分原则遵循前面的离散原则23注意事项注意事项24桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件25施工计算阶段确定施工过程：主拱圈施工、拱上立柱、吊杆横梁施工、桥面系施工等。施工阶段：粗略：按以上施工过程划分；精细：以上施工过程再细分。施工计算阶段确定施工过程：主拱圈施工、拱上立柱、吊杆横梁施工26结果的复核技巧：先定性判断，再定量分析；分段建模，逐渐增加单元；图形显示；善于判断，善于总结；先运行桥博自检。常见错误：约束自由度不够或多余；临时约束不恰当施加、拆除；施加单元错误；预应力施加错误；荷载施加错误。结果的复核技巧：27斜拉桥计算步骤细化截面尺寸确定施工方法（前支点挂篮、后支点挂篮）计算自重、活载作用下斜拉索成桥索力反算斜拉索初始张拉索力模拟施工过程，进行前进分析验算、绘图斜拉桥计算步骤细化截面尺寸28（三）主梁作用效应组合最后将永久作用和几种可变作用按《桥规》规定组合起来，以求得各个控制截面的最大弯矩和最大剪力值。按《桥规》4.1.6条规定，承载能力极限状态的基本组合，其公式为（三）主梁作用效应组合29桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件301.2*恒荷载+1.4*汽车荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.7*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载

+0.6*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.5*（1.4*人群荷载

+1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载31

按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用短期效应组合,其公式为：按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用32

按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用长期效应组合,其公式为：按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用33三.预应力钢束的估算及其布置

根据《公预规》规定，预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。（一）跨中截面钢束的估算和确定

1.按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数对于简支梁带马蹄的T形截面，当截面混凝土不出现拉应力控制是，则钢束数n的估算公式：式中：——持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值

——与荷载有关的经验系数，对于公路二级，取用0.565——一股钢绞线截面积三.预应力钢束的估算及其布置342.按承载能力极限状态估算钢束数根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度,应力图式呈矩形，同时预应力钢束也达到设计强度,则钢束数的估算公式为：

式中：——承载能力极限状态的跨中最大弯矩

——经验系数，一般采用0.75～0.77

——预应力钢绞线的设计强度2.按承载能力极限状态估算钢束数35针对新规范关于荷载组合的处理

承载能力极限状态组合：组合I：基本组合，按规范JTGD60-2019第4.1.6条规定；组合IV：撞击组合，按规范JTGD60-2019第4.1.6条规定；组合VI：地震组合；其余组合不用。正常使用极限状态内力组合：组合I：长期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合II：短期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合V：施工组合；其余组合不用。针对新规范关于荷载组合的处理承载能力极限状态组合：组合I：36针对新规范关于荷载组合的处理

应力组合：组合I：长期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合II：短期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合III：标准组合，所有应力组合时各种荷载的分项组合系数都为1.0，参与组合的荷载类型为规范JTGD60-2019第4.1.7条中短期效应组合中规定的所有荷载类型；组合IV：撞击组合；组合V：施工组合；组合VI：不用。针对新规范关于荷载组合的处理应力组合：组合I：长期效应组合37六.主梁截面承载力与应力验算（一）持久状况承载能力极限状态承载力验算

在承载能力极限状态下，预应力混凝土梁沿正截面和斜截面都有可能破坏，应验算以下两类截面的承载力。

1.主截面承载力验算确定混凝土受压区高度验算正截面承载力按《公预规》5.2.2条，其公式为：式中：——桥梁结构的重要性系数，按《公预规》5.1.5条取用六.主梁截面承载力与应力验算38验算最小配筋率按《公预规》9.1.2条规定，其公式为：验算最小配筋率392.斜截面承载力验算（1）斜截面抗剪承载力验算

《公预规》5.2.6条规定为:距支座中心h/2处截面受拉区弯起钢筋起点处截面锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面箍筋数量或间距改变处的截面构件腹板宽度变化处的截面（2）斜截面抗弯承载力验算2.斜截面承载力验算40（二）持久状况正常使用极限状态抗裂验算长期以来，桥梁预应力构件的抗裂验算，都是以构件混凝土的拉应力是否超过规定的限值来表示的，分为正截面抗裂和斜截面抗裂验算。

1.正截面抗裂验算据《公预规》6.3.1条，其公式为：（二）持久状况正常使用极限状态抗裂验算412.斜截面抗裂验算据《公预规》6.3.1条，其公式为：2.斜截面抗裂验算42（三）持久状况构件的应力验算按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过规范规定的限制。计算时荷载取其标准指，汽车荷载应考虑冲击系数。

1.正截面混凝土压应力验算据《公预规》7.1.5条，其公式为：式中：——在作用标准效应组合下混凝土的法向压应力，按下式计算：

——由预应力产生的混凝土法向拉应力，按下式计算：

——标准效应组合的弯矩值（三）持久状况构件的应力验算432.预应力筋拉应力验算据《公预规》7.1.5条，其公式为：式中：——预应力筋扣除全部预应力损失后的有效预应力

——在作用标准效应组合下受拉区预应力筋产生的拉应力，按下式计算：

——分别为钢束重心到截面净轴的距离，即

——在作用标准效应组合下预应力筋重心处混凝土的法向拉应力

——预应力筋与混凝土的弹性模量比2.预应力筋拉应力验算443.截面混凝土主压应力验算按《公预规》7.1.6条，其公式为：式中：——有作用标准效应组合和预应力产生的混凝土主压应力，按下式计算：式中：——在计算主应力点，由荷载标准组合和预应力产生的混凝土法向应力

——在计算主应力点，由荷载标准组合和预应力产生的混凝土剪应力3.截面混凝土主压应力验算45（四）短暂状况构件的应力验算桥梁构件的短暂状况，应计算其在制作、运输及安装等施工阶段混凝土截面边缘的法向应力。1.预加应力阶段的应力验算据《公预规》7.2.8条，施工阶段正截面应力应符合下列要求：式中：——预加应力阶段混凝土的法向压应力、拉应力，按下式计算：

——与构件制作运输安装各施工阶段混凝土立方体抗压强度相应的抗压强度抗拉强度标准值（四）短暂状况构件的应力验算46十.行车道板计算行车道板可按悬臂板（边梁）和两端固结的连续板（中梁）两种情况计算。（一）悬臂板荷载效应计算由于宽度比大于2，故按单向板计算其悬臂长度。

1.永久作用

2.可变作用

3.承载能力极限状态作用基本组合（二）连续板荷载效应计算

1.永久作用

2.可变作用

3.承载能力极限状态作用基本组合（三）截面、设计配筋与承载力计算十.行车道板计算47桥梁工程毕业设计

桥梁结构电算2009.05.05桥梁工程毕业设计

桥梁结构电算48主要内容桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁单元划分施工计算阶段的确定预应力钢束的输入桥梁计算结果的复核主要内容桥梁电算的内容及施工方法确定49桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁电算的内容恒载内力活载内力支座沉陷、温度变化引起的附加内力预应力变形应力桥梁电算的内容及施工方法确定桥梁电算的内容50桥梁电算的内容及施工方法确定施工方法支架法、悬臂施工法、缆索吊装法等特别提醒:

不同的施工方法对桥梁的最终内力的影响是不相同的。桥梁电算的内容及施工方法确定施工方法51连续梁桥、连续刚构桥计算连续梁桥、连续刚构桥计算52连续梁桥、连续刚构桥计算施工方法：悬臂施工节段划分：根据挂篮设计重量确定节段长度，通常为3～5m合龙段：一般为2m现浇段：根据底板预应力束锚固位置划分长度连续梁桥、连续刚构桥计算施工方法：悬臂施工53桥梁单元划分杆件相交处截面突变处连接处为铰（包括主从节点）施工阶（节）段的分界点约束位置（临时约束、永久约束等）需要输出的截面影响线位置桥梁单元划分杆件相交处54桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件55施工阶段单元与节点施工阶段单元与节点56结构离散应遵循的原则符合实际结构的构造与受力特点，反映结构的真实受力（必要时需引入刚臂）；离散后应保持几何不变体；本构关系应反映材料的性质。结构离散应遵循的原则符合实际结构的构造与受力特点，反映结构的57刚臂单元及其应用适用场合节点连接处有一个刚性域（如桁架拱，P30）几个杆件的节点不能重合在一起（如连续刚构桥中的零号块域桥墩，见教材P31）注意：在有限元分析中，是用杆件的形心来表示单元的。桥梁博士处理方法：采用相同的节点编号，不同的节点坐标，程序自动处理为刚臂。刚臂单元及其应用适用场合58刚臂单元应用举例刚臂单元应用举例59连续刚构桥模型连续刚构桥模型60连续梁桥模型连续梁桥模型61施工计算阶段确定1、连续刚构桥悬臂施工主要过程施工过程：浇筑桥墩、施工0#块（连续梁桥临时锚固）、拼装挂篮、浇筑1#块混凝土、张拉预应力钢束、移动挂篮、浇筑2#块、张拉预应力钢束…（中间某个时段支架施工边跨现浇）…直至悬臂施工完成、边跨合拢、中跨合拢、施工桥面系。施工计算阶段确定1、连续刚构桥悬臂施工主要过程62施工计算阶段确定2、施工阶段的划分对1个混凝土阶段，实际包括：移动挂篮（拆除挂篮、安装挂篮）、挂篮加载、挂篮转移锚固（预应力张拉）3个过程。注意：在第一个节段，只有挂篮安装，无挂篮拆除。根据以上1、2两点，即可确定施工计算阶段数。施工计算阶段确定2、施工阶段的划分63预应力钢束的计算步骤1：按照预定的施工过程，计入挂篮，模拟施工过程，计算各个截面的内力；步骤2：计算活载和其它影响下的内力；步骤3：荷载组合；步骤4：根据规范要求，估算出各个截面的预应力束数；步骤5：计算有效预应力；步骤6：预应力布束（需满足间距、最小弯曲半径的要求）；步骤7：分别验算各个截面的应力，当不满足时，调束，重复步骤5、6、7。预应力钢束的计算步骤1：按照预定的施工过程，计入挂篮，模拟施64预应力钢束的输入方法：导线点法、非导线点法参考点的选取：以方便输入为基本原则竖弯束：照例输入平弯束：照例输入空间束：竖弯、平弯同时进行。要求：竖弯、平弯的特征点x坐标一致。预应力钢束的输入方法：导线点法、非导线点法65拱桥拱桥66拱桥计算方法手册法有限元法拱桥计算方法手册法67拱桥计算步骤细化构造尺寸将拱、拱上建筑离散为杆系单元，注意刚臂单元、主从节点的合理应用计算恒载内力计算活载内力：汽车、人群、温差、地基沉陷等内力组合，截面强度、稳定性拱桥计算步骤细化构造尺寸68拱桥计算步骤施工阶段的计算与主拱材料、施工方法有关1)石拱桥，只需验算裸拱状态下的内力2)缆索吊装的钢筋混凝土拱桥，应验算安装阶段的主拱承载力3)钢管拱，需要验算其承载力、稳定绘制构造图拱桥计算步骤施工阶段的计算与主拱材料、施工方法有关69拱桥单元划分原则遵循前面的离散原则控制截面（拱脚、L/8、L/4、3L/8、拱顶等）其他（若有）拱桥单元划分原则遵循前面的离散原则70注意事项注意事项71桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件72施工计算阶段确定施工过程：主拱圈施工、拱上立柱、吊杆横梁施工、桥面系施工等。施工阶段：粗略：按以上施工过程划分；精细：以上施工过程再细分。施工计算阶段确定施工过程：主拱圈施工、拱上立柱、吊杆横梁施工73结果的复核技巧：先定性判断，再定量分析；分段建模，逐渐增加单元；图形显示；善于判断，善于总结；先运行桥博自检。常见错误：约束自由度不够或多余；临时约束不恰当施加、拆除；施加单元错误；预应力施加错误；荷载施加错误。结果的复核技巧：74斜拉桥计算步骤细化截面尺寸确定施工方法（前支点挂篮、后支点挂篮）计算自重、活载作用下斜拉索成桥索力反算斜拉索初始张拉索力模拟施工过程，进行前进分析验算、绘图斜拉桥计算步骤细化截面尺寸75（三）主梁作用效应组合最后将永久作用和几种可变作用按《桥规》规定组合起来，以求得各个控制截面的最大弯矩和最大剪力值。按《桥规》4.1.6条规定，承载能力极限状态的基本组合，其公式为（三）主梁作用效应组合76桥梁工程毕业设计桥梁结构电算教案-课件771.2*恒荷载+1.4*汽车荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.7*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载

+0.6*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.5*（1.4*人群荷载

+1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载78

按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用短期效应组合,其公式为：按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用79

按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用长期效应组合,其公式为：按《桥规》4.1.7条规定，正常使用极限状态的作用80三.预应力钢束的估算及其布置

根据《公预规》规定，预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。（一）跨中截面钢束的估算和确定

1.按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数对于简支梁带马蹄的T形截面，当截面混凝土不出现拉应力控制是，则钢束数n的估算公式：式中：——持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值

——与荷载有关的经验系数，对于公路二级，取用0.565——一股钢绞线截面积三.预应力钢束的估算及其布置812.按承载能力极限状态估算钢束数根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度,应力图式呈矩形，同时预应力钢束也达到设计强度,则钢束数的估算公式为：

式中：——承载能力极限状态的跨中最大弯矩

——经验系数，一般采用0.75～0.77

——预应力钢绞线的设计强度2.按承载能力极限状态估算钢束数82针对新规范关于荷载组合的处理

承载能力极限状态组合：组合I：基本组合，按规范JTGD60-2019第4.1.6条规定；组合IV：撞击组合，按规范JTGD60-2019第4.1.6条规定；组合VI：地震组合；其余组合不用。正常使用极限状态内力组合：组合I：长期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合II：短期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合V：施工组合；其余组合不用。针对新规范关于荷载组合的处理承载能力极限状态组合：组合I：83针对新规范关于荷载组合的处理

应力组合：组合I：长期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合II：短期效应组合，按规范JTGD60-2019第4.1.7条规定；组合III：标准组合，所有应力组合时各种荷载的分项组合系数都为1.0，参与组合的荷载类型为规范JTGD60-2019第4.1.7条中短期效应组合中规定的所有荷载类型；组合IV：撞击组合；组合V：施工组合；组合VI：不用。针对新规范关于荷载组合的处理应力组合：组合I：长期效应组合84六.主梁截面承载力与应力验算（一）持久状况承载能力极限状态承载力验算

在承载能力极限状态下，预应力混凝土梁沿正截面和斜截面都有可能破坏，应验算以下两类截面的承载力。

1.主截面承载力验算确定混凝土受压区高度验算正截面承载力按《公预规》5.2.2条，其公式为：式中：——桥梁结构的重要性系数，按《公预规》5.1.5条取用六.主梁截面承载力与应力验算85验算最小配筋率按《公预规》9.1.2条规定，其公式为：验算最小配筋率862.斜截面承载力验算（1）斜截面抗剪承载力验算

《公预规》5.2.6条规定为:距支座中心h/2处截面受拉区弯起钢筋起点处截面锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面箍筋数量或间距改变处的截面构件腹板宽度变化处的截面（2）斜截面抗弯承载力验算2.斜截面承载力验算87（二）持久状况正常使用极限状态抗裂验算长期以来，桥梁预应力构件的抗裂验算，都是以构件混凝土的拉应力是否超过规定的限值来表示的，分为正截面抗裂和斜截面抗裂验算。

1.正截面抗裂验算据《公预规》6.3.1条，其公式为：（二）持久状况正常使用极限状态抗裂验算882.斜截面抗裂验算据《公预规》6.3.1条，其公式为：2.斜截面抗裂验算89（三）持久状况构件的应力验算按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过规范规定的限制。计算时荷载取其标准指，汽车荷载应考虑冲击系数。

1.正截面混凝土压应力验算据《公预规》7.1.5条，其公式为：式中