橋梁工程荷載橫向分布計算PPT課件

1、1一、荷載橫向分布的基本概念1-1、研究橫向分布的意義 問題：結(jié)構(gòu)力學(xué)縱向影響線及其應(yīng)用？解決了縱向移動活載加載問題 荷載橫向分布解決活載橫向移動問題；即：合理地計算各根主梁所分配到的車輛、人群等活荷載的效應(yīng)（的比例） 。第1頁/共50頁21-2、橫向分布計算的兩大類型1）鉸接板橋和無內(nèi)橫梁的鉸接梁橋；2）整體式板橋和剛接板（梁）橋；第2頁/共50頁31-3、荷載橫向分布系數(shù)的概念導(dǎo)入對于簡支梁橋彎距M（跨中）及剪力Q（支點），活載位置及主梁片數(shù)有關(guān)；右圖：跨度l=6.0m，凈寬2.7m 人行道橋，由兩根預(yù)制鋼筋混凝土梁上鋪設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土板組成，人群荷載p=3kn/m2,求主梁所受人群荷載。

2、 設(shè)：a1=1.0m,a2=1.5m;簡支橋面板的支承力按杠桿原理分布：PPPPPPbaRbaR4 . 05 . 20 . 16 . 05 . 25 . 1112121第3頁/共50頁41-3、荷載橫向分布系數(shù)的概念導(dǎo)入（續(xù)）假定P=1kN依次作用在不同的位置，如：a1=0, 1.0 , 2.5m, 可得到1#梁受的荷載R1=1、 0.6 、 0 （kN）, 就1#主梁的荷載橫向分布影響線而言，任意荷載 P 對主梁的橫向分布為：PR11PR22要使1#梁獲得最大的人群荷載效應(yīng)，則在橫向分布影響線正值的橋?qū)挿秶鷥?nèi)布載：maxR1=A p=1/2 1.04 2.6 p= p人群荷載橫向分布系數(shù) m

3、第4頁/共50頁51-4、 梁橋荷載橫向分布模型試驗簡介試驗內(nèi)容：有端橫梁，但中間分無內(nèi)橫梁、一根跨中橫梁、三根內(nèi)橫梁試驗彎距、撓度、支承力分布第5頁/共50頁6【屬于1-4】試驗結(jié)果無內(nèi)橫梁主梁彎距分布第6頁/共50頁7【屬于1-4】試驗結(jié)果三根內(nèi)橫梁主梁彎距分布第7頁/共50頁81-5、 主梁內(nèi)力橫向分布計算橫向分布計算原理：橫向分布計算原理：整體橋梁結(jié)構(gòu)必須采用影響面整體橋梁結(jié)構(gòu)必須采用影響面加載計算最不利荷載加載計算最不利荷載; ;)()(),(21yxyx縱向影響線荷載橫向分布影響線第8頁/共50頁9 qqm 210rrm0汽車人群忽略主梁間的橫向結(jié)構(gòu)的聯(lián)系作用，把橋面板視作支承載主

4、梁（肋）上的簡支或懸臂梁；相鄰主梁上分配到的荷載效應(yīng)，服從杠桿原理。二、 杠桿原理法第9頁/共50頁10三、剛性橫梁法（偏心受壓法）3-1 基本假定基本假定將多梁式橋梁簡化為由縱梁及橫梁組成的梁格，計算各主梁在外荷載作用下分到的荷載；橫梁剛度無限大；橋梁較窄時(B/L0.5)橫梁基本不變形。適用條件： 具有可靠聯(lián)結(jié)的中間橫隔梁且寬跨比小于或接近于0.5時B/l 0.5 。第10頁/共50頁11【屬于3-1】主梁變形示意圖第11頁/共50頁123-2、變形的分解第12頁/共50頁133-2、變形的分解（續(xù)）1）純豎向位移21nwww tgawii 2）純轉(zhuǎn)動第13頁/共50頁143-3、各主梁位

5、移與內(nèi)力的關(guān)系第14頁/共50頁151）與豎向位移的關(guān)系（荷載與撓度關(guān)系）2）與轉(zhuǎn)角的關(guān)系 tgawii 348iiiiiwIREIlRw或iiiiiiiaItgaIwIR 3-3、各主梁位移與內(nèi)力的關(guān)系（續(xù)）第15頁/共50頁163-4、內(nèi)外力平衡條件1）豎向位移時的平衡（豎向力平衡） niiiniiniiiIPawPIawR111PIIRniiii 1 121iiiniiiePIaaR niiiiiiIaIaePR12 12iiiIaeP iiiRRR PeaIaIPIIiniiiiniii211 2）轉(zhuǎn)動時的平衡（力矩平衡）第16頁/共50頁173-5、反力分布圖與橫向分布影響線 反力分

6、布圖 選定荷載位置，分別計算各主梁的反力 橫向分布影響線 選定主梁，分別計算荷載作用在不同位置時的反力（兩邊梁）PeaIaIPIIRiniiiiniiii211 各主梁剛度相等iniiiaaePnPR 12第17頁/共50頁18【屬于3-5】橫向分布影響線第18頁/共50頁193-6、 橫向分布系數(shù)在橫向分布影響線上用規(guī)范規(guī)定的車輪橫向間距按最不利位置加載本方法的精度： 邊梁偏大，中梁偏小。第19頁/共50頁203-7、考慮主梁抗扭剛度的修正剛性橫梁法修正剛性橫梁法a3第20頁/共50頁21【屬于3-7】豎向反力與扭矩的關(guān)系iiiTiTiEIlRwGIlM4843 和和 iiawtg iiTi

7、iTiEIaGIlRM122 iiialEIR348 第21頁/共50頁22【屬于3-7】轉(zhuǎn)動時的扭矩平衡eMaRTiii 1iiiiiiTiiiiiTiiiiiiIaIeaIaEIGlIaIeaIEGlIaIeaR222222121112 iniiiiniiiiIIeaIRaI1211121122 iiTiIaEIGl iiialEIR348 iiTiiTiEIaGIlRM122 e、ai同側(cè)取正號，異側(cè)取負(fù)號第22頁/共50頁23四、比擬正交異性板法（G-M法）對橫向結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)剛性不同程度的假設(shè)B/L較大第23頁/共50頁244-1、計算原理適用條件：由主梁、連續(xù)的橋面板、多橫隔梁組成的橋

8、梁，且寬跨比較大時。 尤其適用于密排主梁上多橫梁的梁式結(jié)構(gòu)。 將由主梁、連續(xù)的橋面板和多橫隔梁所組成的梁橋，比擬簡化為一塊矩形的平板； 求解板在半波正弦荷載下的撓度 利用撓度比與內(nèi)力比、荷載比相同的關(guān)系計算橫向分布影響線第24頁/共50頁25【屬于4-1】比擬板示意圖第25頁/共50頁26【屬于4-1】比擬原理任何縱橫梁格系結(jié)構(gòu)比擬成的異性板， 可以完全仿照真正的材料異性板來求解。第26頁/共50頁274-2、橫向分布計算 根據(jù)荷載、撓度、內(nèi)力的關(guān)系：1k=Cw12k=Cw23k=Cw3nk=Cwn第27頁/共50頁28111)(1321 niiknkkkk 根據(jù)內(nèi)、外力的平衡：)(11)(1

9、321wCAwCCwCwCwCwniin )(1wAC wBwA 2)(wBC21 【屬于4-2】第28頁/共50頁29wBwCwikikik2 wBwkiki2 位移互等定理wwKkiki 引入BKkiki2 Kki是欲計算的板條位置k、荷載位置i、扭彎參數(shù)以及縱、橫向截面抗彎剛度之比 的函數(shù)，已經(jīng)被制成圖表。影響系數(shù)：荷載作用在任意位置i時的k點撓度值與同一荷載下的平均撓度之比4JJyxLB制表人Guyon、Massonnet，本方法稱G-M法【屬于4-2】第29頁/共50頁30查表 )(010kkkk表中只有9點值，必須通過內(nèi)插計算實際位置值bBKbRkikiki 2 nKnBBKRki

10、kiki 22nBb2 某主梁荷載橫向影響線坐標(biāo)主梁中距【屬于4-2】第30頁/共50頁31【屬于4-2】第31頁/共50頁32【屬于4-2】第32頁/共50頁33查表值校對： 8291)(161811iiwwww8)(219182 wwwwwwii 82918)(21iiKKK【屬于4-2】第33頁/共50頁344-3、彎扭參數(shù)計算 抗彎慣矩計算必須考慮受壓翼板有效工作寬度第34頁/共50頁35【屬于4-3】抗扭慣矩計算 必須區(qū)分連續(xù)寬板與獨立主梁翼板第35頁/共50頁361、計算幾何特性： 1）主梁、橫梁的抗彎慣矩Ix、Iy，及比擬單寬抗彎慣矩Jx、Jy 2）求主梁、橫梁的抗扭慣矩ITx、

11、ITy，及比擬單寬抗扭慣矩JTx、JTy；并求“JTx+JTy” 計算扭彎參數(shù) 用2、計算 、；3、計算各主梁橫向影響線坐標(biāo) 1) （查表） K1 、 K0 2）求實際各梁位（必要時內(nèi)插）處的K1 、 K0 3）用 值、公式 求K 4)用主梁數(shù)n除K，求得 4、繪影響線，“最不利”布載，計算跨中mc)(010KKKKki4-4、G-M 法的實用計算步驟：第36頁/共50頁375-1 剛接梁法的基本假定與適用條件將多梁式橋梁簡化為數(shù)根并列而相互間橫向鉸接的狹長板（梁）各主梁接縫間傳遞剪力、彎矩、水平壓力、水平剪力用半波正弦荷載作用在某一板上，計算各板（梁）間的力分配關(guān)系。剛接梁法適用條件： 1）

12、相鄰二片主梁的結(jié)合處可承受彎矩，or: 2）橋面系雖未經(jīng)處理，但有多片內(nèi)橫梁，or : 3）橋面澆注成為一塊整體板結(jié)構(gòu)。五、剛（鉸）接板（梁）法簡介第37頁/共50頁38基本假定：基本假定：假定各主梁接縫間僅傳遞剪力g，求得傳遞剪力后，即可計算各板分配到的荷載 451434132312121111543211gpggpggpggpgp號板號板號板號板號板號板號板號板號板號板5-2、鉸接板法 簡介第38頁/共50頁3900004444343242141343433323213124243232221211414313212111ppppgggggggggggggggg【屬于5-2】傳遞剪力根據(jù)板

13、縫間的變形協(xié)調(diào)計算第39頁/共50頁4000222432142413124141343322134231244332211 ppppwbwbw 00004443434343332323232221211212111ggggggggggp 【屬于5-2】變位系數(shù)計算第40頁/共50頁41【屬于5-2】圖第41頁/共50頁42 45115434114323113212112111111gpggpggpggpgp 各板塊不相同時，必須將半波正弦荷載在不同的板條上移動計算。 各板塊相同時，根據(jù)位移互等定理，荷載作用在某一板條時的內(nèi)力與該板條的橫向分布影響線相同。111iiwap iiwap121 ii

14、pp11 iiww11 21aa 位移互等定理板條相同【屬于5-2】橫向分布影響線第42頁/共50頁43在橫向分布影響線上加栽【屬于5-2】橫向分布系數(shù)第43頁/共50頁44為計算方便，對于 不同梁數(shù)、不同幾何尺寸的鉸接板橋的計算結(jié)果可以列為表格，供設(shè)計時查用 0)1(2)1(0)1()1(2)1(0)1()1(2)1(1)1()1(24343232121gggggggggg 00004443434343332323232221211212111ggggggggggp wb/2 引入剛度參數(shù)【屬于5-2】列表計算、剛度參數(shù)計算第44頁/共50頁45EIplw44 TGIpbl222 22244228 . 5422/2 lbIIlbGIEIEIplGIpblbwbTTT 【屬于5-2】半波正弦荷載引起的變形第45頁/共50頁46六、 橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化 對于彎矩：由于跨中截面車輪加載值占總荷載的絕大多數(shù)，近似認(rèn)為其它截面的橫向分布系數(shù)與跨中相同簡化計算。 其它截面一般也可取不變的mc ，但中梁的mo、mc差距較大