桥梁工程课件:6第六章 弯、斜梁桥与立交桥.pptx
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- 桥梁工程 课件 第六 斜梁桥 立交桥
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1、福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 6.2 6.2 斜梁(板)桥斜梁(板)桥 6.3 6.3 立交桥与高架桥立交桥与高架桥 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ n一、一、 概概 述述n弯桥:桥梁轴线在平面上呈曲线的桥。弯桥:桥梁轴线在平面上呈曲线的桥。n弯梁桥:承重结构为梁式结构的弯桥。弯梁桥:承重结构为梁式结构的弯桥。 (1) 按曲线平面形状:扇形弯梁桥按曲线平面形状:扇形弯梁桥 ;斜交弯梁桥;斜交弯梁桥 日本伊王岛大桥日本伊王岛大桥扇形弯梁桥和斜交弯梁桥扇形弯梁桥和斜交弯梁桥 bbbRRR福州大学福州大学桥梁工程桥
2、梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 圆曲线圆曲线 、 缓和曲线缓和曲线 圆曲线采用得最多,其次是采用缓和曲线,有时还圆曲线采用得最多,其次是采用缓和曲线,有时还 采用采用 由两种不同曲线组合由两种不同曲线组合 而成的曲线而成的曲线 。 (3)建造材料)建造材料 :钢弯梁桥、钢筋混凝土弯梁桥和预应:钢弯梁桥、钢筋混凝土弯梁桥和预应 力混凝士弯梁桥。力混凝士弯梁桥。(4)横截面:)横截面: 板、板、T梁、梁、I梁和箱梁。梁和箱梁。(5)结构体系:连续梁体系。)结构体系:连续梁体系。(6) 施工方法:整体现场浇筑施工方法:整体现场浇筑 施工施工 、预制拼装、预制拼装 施工、施工、 顶推法
3、等。顶推法等。 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 、弯梁桥的受力特点、弯梁桥的受力特点1. 弯梁桥的受力弯梁桥的受力 弯梁桥体积重心的偏心弯梁桥体积重心的偏心 即使桥面上为均布荷载,即使桥面上为均布荷载,对弯梁桥的作用也可分解对弯梁桥的作用也可分解为一个作用于桥中心线的为一个作用于桥中心线的垂直分力和向外弧侧倾翻垂直分力和向外弧侧倾翻的扭矩。的扭矩。 R( 1 ) 恒载作用恒载作用 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 2 ) 活载作用活载作用
4、n1)汽车荷载)汽车荷载 弯桥受集中力弯桥受集中力 P 作用作用 在桥跨内每个截面上在桥跨内每个截面上除了弯矩以外,还产生除了弯矩以外,还产生有扭矩,曲率半径愈小,有扭矩,曲率半径愈小,此扭矩值愈大。此扭矩值愈大。 e00PCABTBRBTARAO福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 弯梁桥横坡和离心力的影响弯梁桥横坡和离心力的影响 et1t2hcpvphG内弧外弧福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ n 在结构自重作用下,除支点截面以外,弯梁桥外在结构自重作用下,除支点截面以外,弯梁桥外边缘的挠度一般大于内边缘的挠度,而
5、且曲线半径边缘的挠度一般大于内边缘的挠度,而且曲线半径愈小这种差异愈严重。愈小这种差异愈严重。 n 在自重和外荷载作用下,梁截面内在产生弯矩的在自重和外荷载作用下,梁截面内在产生弯矩的同时,必然伴随产生同时,必然伴随产生“耦合扭矩耦合扭矩”,即所称的,即所称的“弯弯扭扭”耦合作用。耦合作用。 n 对于两端均有抗扭支座的弯梁桥,其外弧侧的支对于两端均有抗扭支座的弯梁桥,其外弧侧的支座反力一般大于内弧侧,曲率半径较小时,内弧侧座反力一般大于内弧侧,曲率半径较小时,内弧侧还可能出现负反力。还可能出现负反力。 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 弯梁桥的平面内变形
6、特点弯梁桥的平面内变形特点n(1)由于温度变化和混凝土收缩引起的水平位移)由于温度变化和混凝土收缩引起的水平位移 温度变化和混凝土收缩引起的水平位移温度变化和混凝土收缩引起的水平位移 rr012300福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ r0r00123福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ n混凝土收缩、徐变、温度变化和外荷载作用引起的变混凝土收缩、徐变、温度变化和外荷载作用引起的变形很复杂,轴向位移时常伴有形很复杂,轴向位移时常伴有“横桥向位移横桥向位移”,这个,这个“横桥向位移横桥向位移”长期累积后,会出现桥跨结构发生
7、偏长期累积后,会出现桥跨结构发生偏转转“爬移爬移”现象。现象。n弯梁桥的爬移实际上是由横桥向的水平累计位移引起。弯梁桥的爬移实际上是由横桥向的水平累计位移引起。解决的方法是在墩台上设置限制侧向位移的构造。解决的方法是在墩台上设置限制侧向位移的构造。福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 2000年年6月,该桥月,该桥A匝道第三联突然产生向曲线外侧匝道第三联突然产生向曲线外侧的整体位移与转动,致使交通中断。检测发现,其跨的整体位移与转动,致使交通中断。检测发现,其跨中向外位移达中向外位移达47cm,且联端内支座脱空,中间支座大,且联端内支座脱空,中间支座大部分被
8、剪切破坏。部分被剪切破坏。 墩号A5A6A7A8A9A10A11径向(cm)18183347162319切向(cm)16137392022转角2.42/2.35福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 3. 弯梁桥受力特性的主要影响因素弯梁桥受力特性的主要影响因素n(1 1)圆心角)圆心角 n(2 2)桥梁宽度与曲率半径之比)桥梁宽度与曲率半径之比n(3 3)弯扭刚度比)弯扭刚度比n(4 4)扇性惯矩矩)扇性惯矩矩福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 平面和纵、横断面布置平面和纵、横断面布置n平面布置:服从整体线型布置的要求平
9、面布置:服从整体线型布置的要求 。n立面布置立面布置 :结构体系的选择,桥梁分孔,梁:结构体系的选择,桥梁分孔,梁高选择,墩、台型式选择和基础方案的选用。高选择,墩、台型式选择和基础方案的选用。 桥梁纵坡一般服从全线纵坡设计的要求。桥梁纵坡一般服从全线纵坡设计的要求。n横断面布置横断面布置 :超高横坡设置在墩顶;或通过:超高横坡设置在墩顶;或通过在墩顶或梁底设置垫块;或在桥面铺装上进行在墩顶或梁底设置垫块;或在桥面铺装上进行调整。调整。(a)单箱单室(b)双箱单室(c)工字钢组合福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 弯梁桥的横截面形式弯梁桥的横截面形式n截面
10、形式:板式、肋板式、肋式和箱式截面形式:板式、肋板式、肋式和箱式n板式、肋板式、肋式截面多采用整体式和预制装配式;板式、肋板式、肋式截面多采用整体式和预制装配式;n箱式则多采用现浇方式箱式则多采用现浇方式 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 3. 弯梁桥的构造及布置弯梁桥的构造及布置n对支架现浇和平面曲度较大的预制装配式弯梁桥,腹板应做成曲线形。对支架现浇和平面曲度较大的预制装配式弯梁桥,腹板应做成曲线形。n对平面曲度不大的弯梁桥,其横截面形状可以采用直线桥的横截面形对平面曲度不大的弯梁桥,其横截面形状可以采用直线桥的横截面形状(以折代弯),但由于弯梁桥的
11、工作特性与直线桥不同,横截面的状(以折代弯),但由于弯梁桥的工作特性与直线桥不同,横截面的刚度应设计得比同类直线桥大。刚度应设计得比同类直线桥大。 装配式弯梁的布置装配式弯梁的布置 (a)弯梁桥 (b)以折代弯(用封锚块调整) (c)以折代弯(墩顶楔形块调整) 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ ttp:/ ttp:/ ttp:/ ttp:/ 弯梁桥的墩台形式弯梁桥的墩台形式n设计中应考虑以下几点:设计中应考虑以下几点:(1)必须配合支座布置,合理设计抗扭约束的墩台;)必须配合支座布置,合理设计抗扭约束的墩台;(2)弯梁桥内外侧梁的受力不均,在设计中应注意
12、墩台在)弯梁桥内外侧梁的受力不均,在设计中应注意墩台在横桥向的受力不均;横桥向的受力不均;(3)桥面上存在离心力和横向力矩作用,对横向刚度小的)桥面上存在离心力和横向力矩作用,对横向刚度小的独柱墩构造,应注意此项作用的影响。独柱墩构造,应注意此项作用的影响。 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 弯梁桥的支座布置弯梁桥的支座布置n单跨弯梁桥:简支静定结构和简支超静定单跨弯梁桥:简支静定结构和简支超静定 n连续弯梁桥连续弯梁桥 :一般在一联的两端设置抗扭支座,对于中:一般在一联的两端设置
13、抗扭支座,对于中间支承,当弯梁曲率半径较大时,可在每个墩上布置抗间支承,当弯梁曲率半径较大时,可在每个墩上布置抗扭支座,也可每隔扭支座,也可每隔23个支墩交替采用当弯梁曲率半径个支墩交替采用当弯梁曲率半径较小,上部结构采用具有较大抗扭刚度的箱梁结构时,较小,上部结构采用具有较大抗扭刚度的箱梁结构时,可将中间墩全部布置成独柱墩、点铰支承的构造可将中间墩全部布置成独柱墩、点铰支承的构造 。 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ a)b)c)d)e)固定支座 单向活动支座 多向活动支座 侧向限位支座 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 t
14、tp:/ ttp:/ ttp:/ 计算工作量小,能较准确模拟实际结构,且计算结计算工作量小,能较准确模拟实际结构,且计算结果为截面内力,与现行规范一致。果为截面内力,与现行规范一致。 n数值计算方法,如有限元、有限条法等,这一类方数值计算方法,如有限元、有限条法等,这一类方法根据采用的单元不同,可分为杆系有限元法和三法根据采用的单元不同,可分为杆系有限元法和三维实体有限元法维实体有限元法 。n三维实体有限元法:计算工作量大,且计算结果为三维实体有限元法:计算工作量大,且计算结果为应力,比较适合于结构的研究分析应力,比较适合于结构的研究分析 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精
15、品课程 ttp:/ 五、预应力混凝土弯梁桥预应力筋的布置原则五、预应力混凝土弯梁桥预应力筋的布置原则n1. 1. 预应力筋的力学特性预应力筋的力学特性byRqvqv.byRh0qhc2(剪心)NyNy支承线qbR0bz()f)h0/2LfNy2e2e11h0NyqvD1b)a)c)(内弧)(外弧)(形心)yzRc1qvd)qhe)g) 预预应应力力等等效效荷荷载载 福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ (1) 等效垂直分力,可以分解为作用于中轴线上的均布力和均等效垂直分力,可以分解为作用于中轴线上的均布力和均布扭矩等效分布径向力除作为水平径向均布荷载作用在布
16、扭矩等效分布径向力除作为水平径向均布荷载作用在“平拱平拱结构结构”上外,还对扭转中心产生非均匀分布的扭矩上外,还对扭转中心产生非均匀分布的扭矩 是索位至是索位至截面扭心的距离截面扭心的距离 ,并且所有这些垂直力和扭矩都将对结构产,并且所有这些垂直力和扭矩都将对结构产生次内力。生次内力。n(2) (2) 由于预应力索具有双曲率,故它的摩阻损失比直线梁中的由于预应力索具有双曲率,故它的摩阻损失比直线梁中的要大,因此,当在连续曲线梁中采用贯通全长的长预应力索时,要大,因此,当在连续曲线梁中采用贯通全长的长预应力索时,必须仔细分析各索段产生的预应力摩阻损失,至于其余的预应必须仔细分析各索段产生的预应力
17、摩阻损失,至于其余的预应力损失则与直梁桥的计算相同。力损失则与直梁桥的计算相同。n(3) (3) 由于连续曲线梁桥存在弯扭耦合作用,相邻两支座之间的由于连续曲线梁桥存在弯扭耦合作用,相邻两支座之间的次弯矩图不再呈线性变化,因此,就不能再应用连续直梁桥中次弯矩图不再呈线性变化,因此,就不能再应用连续直梁桥中通过调整中支座处索的竖向位置后梁内各截面的总预矩仍保持通过调整中支座处索的竖向位置后梁内各截面的总预矩仍保持不变,而达到吻合力索的效果。不变,而达到吻合力索的效果。福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 空间曲线预应力筋的摩阻损失计算空间曲线预应力筋的摩阻损失
18、计算n平面曲线预应力筋,其与管道壁之间磨擦产生的预应平面曲线预应力筋,其与管道壁之间磨擦产生的预应力损失计算式:力损失计算式:()11kxlcone福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 预应力筋的布置原则预应力筋的布置原则n鉴于弯桥中存在弯扭耦合作用,难以像正桥一样配置较为理想的鉴于弯桥中存在弯扭耦合作用,难以像正桥一样配置较为理想的吻合索,吻合索,“线性变换线性变换”原理也不再适用。原理也不再适用。(1)预配索。参照连续直梁桥的方法,按照抵抗弯矩的要求计算)预配索。参照连续直梁桥的方法,按照抵抗弯矩的要求计算所需预应力筋的数量和线形。所需预应力筋的数量和线
19、形。(2)移动抗弯预应力筋,尽量抵消外扭矩。)移动抗弯预应力筋,尽量抵消外扭矩。 具体可采用以下二个方法:具体可采用以下二个方法: 内外侧腹板采用不同线形的预应力筋;内外侧腹板采用不同线形的预应力筋; 内外侧腹板上预应力筋线形对称,但张拉力(或数量)不同。内外侧腹板上预应力筋线形对称,但张拉力(或数量)不同。(3)计算剩余扭矩和剩余剪力,配置局部预应力筋或普通钢筋。)计算剩余扭矩和剩余剪力,配置局部预应力筋或普通钢筋。(4)全桥预应力效应校验。)全桥预应力效应校验。福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 近似地认为近似地认为qh作用在腹板净高作用在腹板净高h0
20、的中的中点,并将腹板视为嵌固于顶底板之间点,并将腹板视为嵌固于顶底板之间的单向板进行计算。为了简化分析,的单向板进行计算。为了简化分析,也可以取高也可以取高h0简支板跨中弯矩的简支板跨中弯矩的0.8倍,来验算腹板的侧向承载能力,以倍,来验算腹板的侧向承载能力,以避免腹板发生侧向崩裂。避免腹板发生侧向崩裂。 防崩筋预应力筋福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 斜梁(板)桥斜梁(板)桥 n一、概一、概 述述n斜桥:桥梁上部结构的轴线与桥台、桥墩的支承线不斜桥:桥梁上部结构的轴线与桥台、桥墩的支承线不垂直的桥梁。垂直的桥梁。n斜梁桥:上部结构为梁式结构。斜梁桥:上
21、部结构为梁式结构。福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ (b) 斜桥正做斜桥正做 (c) 斜桥斜桥水流桥轴线支承线垂直线桥轴线支承线支承线111方向桥轴线a)b)c)斜交角的定义斜交角的定义?福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ ttp:/ 斜板桥的受力特点斜板桥的受力特点(1)支承边反力:斜板在支承边上的反力很不均匀。)支承边反力:斜板在支承边上的反力很不均匀。(2)跨中主弯矩:斜板的荷载一般有向支承边的最短距)跨中主弯矩:斜板的荷载一般有向支承边的最短距 离传递的趋势。离传递的趋势。 斜斜板板桥桥的的受受力力状状态态
22、ABECDFABCDEAABDDCa)b)c)d)e)沿自由边的横向弯矩福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ 。n(4)横向弯矩)横向弯矩n横向弯矩的增加量大致上可以认为等于纵向弯矩的减小量横向弯矩的增加量大致上可以认为等于纵向弯矩的减小量 n(5)扭矩)扭矩比拟比拟Z字形连续梁字形连续梁 钝角钝角钝角钝角锐角锐角锐角锐角ABECDABCDE福州大学福州大学桥梁工程桥梁工程福建省精品课程福建省精品课程 ttp:/ ttp:/ 斜板桥的钢筋布置及构造特点斜板桥的钢筋布置及构造特点ls支承的中心间隔支承的中心间隔支承线支承线ls支间方向版全幅Ba)ls/B1.5
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