關(guān)于梁式橋內(nèi)力計(jì)算理論的研究

1、關(guān)于梁式橋內(nèi)力計(jì)算理論的研究摘要:梁式橋是一種在豎向挪動(dòng)荷載作用下無(wú)程度反力的構(gòu)造體系,與建筑工程中的梁相似。它構(gòu)造簡(jiǎn)單,但跨越才能有限。其上部構(gòu)造在鉛垂荷載作用下,支點(diǎn)只產(chǎn)生豎向反力。梁式橋?yàn)闃蛄旱母倔w系之一。制造和架設(shè)均比擬方便,使用廣泛,在橋梁建筑中占有很大比例。目前應(yīng)用最廣的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁跨度為5至25米,預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁跨度為10至50米。關(guān)鍵詞:梁式橋;內(nèi)力;計(jì)算;設(shè)計(jì)本文主要對(duì)梁式橋的設(shè)計(jì)理論進(jìn)展了討論。我國(guó)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,幾乎都采用懸臂澆筑法施工。一般采用5060號(hào)高標(biāo)號(hào)混凝土和大噸位預(yù)應(yīng)力鋼束,如今,有人正準(zhǔn)備設(shè)計(jì)300左右跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),在我看來(lái)

2、,假設(shè)能采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土材料,其跨徑有望達(dá)300左右。由于連續(xù)剛構(gòu)跨徑加大,自重隨著加大,恒載比例已高達(dá)90%以上,故片面增大跨徑,已無(wú)實(shí)際意義。一、梁式橋的分類1、按上部構(gòu)造的材料分有木梁橋、石梁橋、鋼梁橋、鋼筋混凝土梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋以及用鋼筋混凝土橋面板和鋼梁構(gòu)成的結(jié)合梁橋等。木梁橋和石梁橋只用于小橋;鋼筋混凝土梁橋用于中、小橋;鋼梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋可用于大、中橋。2、按主要承重構(gòu)造的形式分有實(shí)腹梁橋和桁架梁橋兩大類。實(shí)腹梁橋的截面積主要由彎矩決定,而彎矩大致與跨度的平方成正比(均布荷載條件下),當(dāng)跨度大時(shí),梁的腹板上的平均法向應(yīng)力頗小,不能使材料充分利用,所以跨度不宜做得太大

3、;桁架梁橋的桿件承受軸向力,材料能充分利用,自重較輕,跨越才能大,多用于建造大跨度橋。但實(shí)腹梁橋構(gòu)造簡(jiǎn)單,制造與架設(shè)均較方便。由于這兩種梁式橋的受力性質(zhì)不同,實(shí)腹梁橋以用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋?yàn)橹?而桁架梁橋那么多用于鋼橋。3、按上部構(gòu)造的靜力體系分主要有簡(jiǎn)支梁橋,連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。簡(jiǎn)支梁橋。簡(jiǎn)支梁橋的支座,一端為固定支座,用以固定主梁位置,使橋端在平面內(nèi)不得發(fā)生挪動(dòng),但可豎向轉(zhuǎn)動(dòng);另一端為活動(dòng)支座,用以保證主梁在荷載、溫度、混凝土收縮和徐變作用下能自由伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng),以免梁內(nèi)產(chǎn)生額外附加內(nèi)力(見(jiàn)橋梁支座)。簡(jiǎn)支梁橋的缺點(diǎn)是鄰孔兩跨之間有異向轉(zhuǎn)角,影響行車平順。為此,現(xiàn)代公路橋多采用橋面連續(xù)的簡(jiǎn)支梁橋

4、來(lái)改善。此外,簡(jiǎn)支梁橋的橋墩上需設(shè)置兩跨橋端的支座,體積增大,較連續(xù)梁橋和懸臂梁橋要多消耗一些材料,阻水面積也大一些。連續(xù)梁橋。主梁假設(shè)干孔為一聯(lián),在中間支點(diǎn)上連續(xù)通過(guò),是超靜定構(gòu)造,最大正彎矩發(fā)生在跨中附近,而最大負(fù)彎矩(絕對(duì)值)發(fā)生在支點(diǎn)截面上。由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的存在?？墒箍缰姓龔澗乇韧绲暮?jiǎn)支梁減少很多。連續(xù)梁橋的缺點(diǎn)是,當(dāng)?shù)鼗l(fā)生差異沉降時(shí),梁內(nèi)要產(chǎn)生額外的附加內(nèi)力,為此在設(shè)計(jì)中須考慮在支點(diǎn)處設(shè)置頂梁與調(diào)整支座標(biāo)高的裝置。懸臂梁橋。在連續(xù)梁橋的彎矩圖中的零值彎矩點(diǎn)(反彎點(diǎn))處設(shè)鉸,從構(gòu)造設(shè)計(jì)上使此處彎矩為零(鉸只能承受剪力而不能受彎矩),當(dāng)設(shè)鉸的數(shù)目等于連續(xù)梁的超靜定次數(shù)時(shí),這就將超靜定

5、的連續(xù)梁橋變成靜定的懸臂梁橋。其內(nèi)力不因地基不均勻沉陷而變,故可適用于地質(zhì)不良的地區(qū),但仍具有支點(diǎn)負(fù)彎矩卸載的優(yōu)點(diǎn).懸臂梁橋也合適采用懸臂拼裝或懸臂灌筑法施工。其缺點(diǎn)是錨固孔一旦破壞,將株連懸掛孔和懸臂的倒塌;構(gòu)造剛度不如連續(xù)梁大,而且橋面伸縮縫多,不利于高速平穩(wěn)行車。二、梁式橋內(nèi)力計(jì)算1、把具有相當(dāng)寬度的橋梁簡(jiǎn)化為單根細(xì)梁計(jì)算總內(nèi)力,其精度與平安性把具有相當(dāng)寬度的橋梁簡(jiǎn)化為單根細(xì)梁計(jì)算總內(nèi)力,其誤差怎樣?以寬跨比為1.12/1的兩跨連續(xù)板梁為例,分別用很密的平面網(wǎng)格和單根無(wú)限細(xì)梁計(jì)算它在單位集中力作用下的總內(nèi)力,并以前者為準(zhǔn)確值進(jìn)展比擬。比擬結(jié)論為:對(duì)于控制設(shè)計(jì)的內(nèi)力,如支點(diǎn)剪力、跨中彎矩、

6、支點(diǎn)負(fù)彎矩,單根無(wú)限細(xì)梁法的精度達(dá)98%左右;單根無(wú)限細(xì)梁法的結(jié)果偏于平安。從能量原理很容易解釋結(jié)論:當(dāng)集中力作用于寬橋上時(shí),橋面發(fā)生雙向撓曲,集中力作的功,成為兩個(gè)方向上的變形能耗散掉了;對(duì)于單根無(wú)限細(xì)梁,同樣集中力作的功,只變?yōu)橐粋€(gè)方向上的變形能,因此算得的變形要略微大些,內(nèi)力是從變形算變形算來(lái)的,所以內(nèi)力也略微大些。這個(gè)比擬結(jié)論證明,無(wú)論是過(guò)去的荷載橫向分配理論,還是如今的內(nèi)力橫向分配理論,都是可用于設(shè)計(jì)的平安方法。2、梁式橋荷載橫向分配理論只適用于開(kāi)口截面的直梁橋?qū)τ陂_(kāi)口截面的直梁橋,每個(gè)主梁分配到的荷載的橫向比例,與主梁分配到的彎矩、剪力的橫向比例根本一致,主梁分配到的扭矩可以不考慮

7、。對(duì)于直線形箱型梁橋和任何截面形式曲線梁橋,每個(gè)主梁分配到的彎矩、剪力的橫向比例完全不同,主梁分配到的扭矩也必須考慮。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3、內(nèi)力橫向分配理論以平面曲線形、橫截面左右不對(duì)稱的箱型梁橋?yàn)閷?duì)象(當(dāng)?shù)装搴穸葹?時(shí),即成為開(kāi)口截面)。把橫截面假想地劃分成假設(shè)干工字形,每個(gè)工字形主梁用具有同樣抗彎、抗剪、抗扭剛度的細(xì)梁模擬,細(xì)梁的平面位置與工字形主梁形心位置一致;懸臂板和頂、底板用具有同樣橫向抗彎、抗剪、抗扭剛度的扇形單向厚板模擬;這個(gè)模型稱為平面板梁力學(xué)模型。用等作用量半波正弦荷載依次作用在各節(jié)線上,可算出每個(gè)主梁的撓度和改變角,進(jìn)而可算出每個(gè)主梁的彎矩、剪力。各主梁彎矩除以總彎矩,

8、得彎矩的橫向分配影響線。剪力類同。假設(shè)橫截面上總的內(nèi)扭矩等于1,它在箱型截面上產(chǎn)生的各個(gè)環(huán)形剪力流,每個(gè)工字形主梁分配到的是左、右環(huán)形剪力流;對(duì)于開(kāi)口截面,每個(gè)工字形主梁分配到的較小的扭矩,這種左、右環(huán)形剪力流或較小的扭矩,可以作為扭矩的橫向分配系數(shù)。由于溫度變化產(chǎn)生的平面彎曲內(nèi)力,可分解為各工字形主梁的軸向力。這樣,各種設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,全局部解為各主梁的彎矩、剪力、左、右環(huán)形剪力流或扭矩以及軸向力。彎矩的不均勻橫向分配,一定程度上反映了雙力矩的效應(yīng),左、右環(huán)形剪力流一定程度上反映了截面翹曲剪力的效應(yīng)。可以說(shuō),內(nèi)力橫向分配理論不但全面地反映了箱型梁、曲線梁的主要力學(xué)現(xiàn)象,而且極大地簡(jiǎn)化了它

9、們的設(shè)計(jì)計(jì)算。它是開(kāi)口、閉口截面、直線、曲線梁式橋在各種設(shè)計(jì)荷載下的統(tǒng)一算法,是荷載橫向分配理論的重要開(kāi)展。4、曲梁橋的支座設(shè)計(jì)由于橋梁在程度面內(nèi)一般具有很大的彎曲剛度,假設(shè)溫度變化發(fā)生的彎曲變形受到約束,往往會(huì)產(chǎn)生很大的程度力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致構(gòu)造破壞,橋越寬、程度彎曲半徑越小,這種現(xiàn)象越顯著。曲梁橋承受制動(dòng)力的墩臺(tái)上,一般只應(yīng)有一個(gè)支座是制動(dòng)支座;沿程度彎曲半徑方向,假設(shè)可以允許梁有微小位移,例如采用板式橡膠支座,或者墩身較細(xì)柔,可以使得沿程度彎曲半徑方向的溫度力大大減校5、點(diǎn)鉸式獨(dú)柱墩預(yù)設(shè)偏心改善橋臺(tái)支座受力及梁的內(nèi)力采用點(diǎn)鉸式獨(dú)柱墩的連續(xù)曲梁的扭矩包絡(luò)圖,在梁端數(shù)值較大,且每端的正負(fù)扭矩差異較大,這帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題:橋臺(tái)上兩支座受到的豎向力差異較大,甚至有負(fù)反力,支座選型困難;梁的內(nèi)扭矩大,抗扭鋼筋數(shù)量增多。中墩預(yù)設(shè)偏心的大小,必須、也只能通過(guò)試算確定。橋臺(tái)(一般采用抗扭支座)和抗扭或固接的中墩,預(yù)設(shè)偏心對(duì)扭矩包絡(luò)圖影響較校扭矩包絡(luò)圖對(duì)于判斷曲梁橋改變性狀的重要參考。近年出事故的曲梁橋,其所用軟件(包括進(jìn)口軟件)都不輸出扭矩包絡(luò)圖,設(shè)計(jì)帶有盲目性。扭矩包絡(luò)圖還要計(jì)算正確。有兩點(diǎn)被某些軟件忽略了:必須正確計(jì)算各種形狀截面的剪力中心;必須正確計(jì)算恒載對(duì)剪力中心的偏心(即使是左右對(duì)稱的截面,其恒載對(duì)剪力中心也有