第三章第三~七节 整体型拱桥计算.ppt
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- 第三章第三七节 整体型拱桥计算 第三 整体 拱桥 计算
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1、三、桁架拱的计算要点1、桁架拱各部位的受力情况拱形桁架部分的杆件拱形桁架部分的杆件主要承受轴向力轴向力;实腹段部分实腹段部分承受轴向力和弯矩轴向力和弯矩;拱形桁架拱形桁架部分的上弦杆上弦杆除轴力轴力外,还受弯矩弯矩和剪力剪力;(一)桁架拱三、桁架拱的计算要点1、桁架拱桥的主要受力特点有以下几点:拱上建筑参与拱圈的共同作用,使结构各个部分的材料都能得到充分利用。拱形桁架部分各杆件主要承受轴向力,这与普通桁架拱的受力相似;实腹段部分承受轴向力和弯矩,与拱圈的受力相类似。桁架部分的上弦杆除了作为整体桁架杆件承受轴向力外,在运营时还要直接承受局部荷载产生的弯矩,尤其是第一个节间不但间距大,而且杆件长,
2、局部荷载产生的弯矩最大,常是控制设计的杆件。(一)桁架拱三、桁架拱的计算要点 2 2、计算的基本假定、计算的基本假定:以以一片桁架拱作为计算单元一片桁架拱作为计算单元,用荷载横向分,用荷载横向分布体现横向的影响,将空间简化为平面布体现横向的影响,将空间简化为平面 。桁架拱按外部桁架拱按外部一次超静定结构一次超静定结构计算,两端支计算,两端支座简化为固定铰;赘余力选取拱脚水平推力座简化为固定铰;赘余力选取拱脚水平推力假定桁架各节点为假定桁架各节点为理想铰接理想铰接(一)桁架拱三、桁架拱的计算要点(一)桁架拱3 3、荷载横向分布系数、荷载横向分布系数对于恒载,各桁架片通常是对于恒载,各桁架片通常是
3、均匀受力均匀受力;对活载沿横向各桁架片的分布一般采用对活载沿横向各桁架片的分布一般采用偏偏心压力法或杠杆法心压力法或杠杆法。当桥由三片组成而宽跨比大致在当桥由三片组成而宽跨比大致在3 3以上时,以上时,宜采用宜采用偏压法偏压法计算横向分布系数;计算横向分布系数;三、桁架拱的计算要点(一)桁架拱4 4、结构内力计算、结构内力计算有条件时尽量采用有条件时尽量采用程序电算程序电算;常以水平推力作为赘余力,求算常以水平推力作为赘余力,求算水平推力影响线水平推力影响线,通过静力平衡条件求各杆件和实腹段内力影响线。通过静力平衡条件求各杆件和实腹段内力影响线。通过内力影响线按通过内力影响线按最不利情况布载求
4、结构内力最不利情况布载求结构内力。5 5、配筋验算、配筋验算桁架拱各杆件的内力组合、配筋验算按照规范进行。桁架拱各杆件的内力组合、配筋验算按照规范进行。三、桁架拱的计算要点桁架拱结构和杆件节点计算图式三、刚架拱的计算要点(二)刚架拱两边腹孔梁受弯构件其余构件(与拱类似)压弯构件1、基本假定及计算图式三、刚架拱的计算要点(二)刚架拱 刚架拱一般采用电算,无条件时也可采用手算法,刚架拱一般采用电算,无条件时也可采用手算法,计算图式可简化为一次超静定的两铰拱,但拱轴线计算图式可简化为一次超静定的两铰拱,但拱轴线并非光滑。仍以拱脚水平推力为赘余力计算。并非光滑。仍以拱脚水平推力为赘余力计算。三、刚架拱
5、的计算要点(二)刚架拱 2、结构计算刚架拱:属高次超静定结构,各构件均为压弯构件,用有限元法计算内力。四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算中、下承式钢筋混凝土拱桥计算的主要内容有:主拱内力计算及截面强度验算;主拱内力计算及截面强度验算;主拱纵、横向稳定性验算;主拱纵、横向稳定性验算;吊杆计算;吊杆计算;桥面系计算等。桥面系计算等。四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算1、钢筋混凝土主拱抗压承载力验算、钢筋混凝土主拱抗压承载力验算主拱内力计算和截面强度验算与普通型上承式拱桥并不太区别,但无拱上结构联合作用;进行内力计算和作用效应组合时,在车辆荷载的内力中须计入荷载横向分布系数;荷载横向分布系数一般采用杠杆
6、原理法和偏心压力法;主拱主拱采用钢筋混凝土矩形或工字型截面偏心受压构件的正截面抗压承载力;箱形截面简化为工字型截面。四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算2、拱肋横向稳定性验算、拱肋横向稳定性验算拱肋横向稳定性可用空间程序或采用近似法;近似法按轴心受压强度稳定验算公式;具有横向风撑联接的肋拱稳定验算无风撑联接且为柔性吊杆的抛物线肋拱稳定验算四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算2、拱肋横向稳定性验算、拱肋横向稳定性验算对无风撑的中下承式拱桥需要考虑吊杆拉力的非保向力效应;假定吊杆是不可拉伸但无拉弯刚度的受拉构件,吊杆将以其张力的水 平分力施加到拱肋上,从 而增强了拱肋的侧向稳定 性,这个效应被称之为吊杆的
7、“非保向力效应”。四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算2、拱肋横向稳定性验算、拱肋横向稳定性验算刚性吊杆铰支承失稳的拱肋临界力为:四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算3、吊杆计算、吊杆计算通常分为柔性吊杆和刚性吊杆。柔性吊杆只承受轴向拉力,而不承受弯矩,按轴向受拉构件计算;刚性吊杆与拱肋及横梁的联结一般是刚性联结,吊杆兼受轴力和和弯矩,故按偏心受拉构件计算。柔性吊杆的计算与桥道系布置有关,当纵梁简支在吊杆横梁上时,吊杆力按简支梁计算;当纵梁连续在吊杆横梁上时,吊杆力按弹性支承连续梁计算。计算汽车和人群荷载时,考虑荷载横向分布系数;吊杆的安全系数不应小于3.0。四、中、下承式钢筋混凝土拱桥计算4、桥面系
8、计算、桥面系计算通常包括横梁、纵梁、桥面板等。五、钢管混凝土拱桥计算1、设计理论概述、设计理论概述采用它作为主拱承压用的结构材料。它既可以被应用到上承式拱桥上,但比较多地被用在中、下承式地拱桥上。钢管混凝土拱桥内力计算与施工过程密切相关。钢管混凝土作为一种钢-混凝土组合材料,一般采用叠加法(合成法)确定钢管混凝土的基本性能。我国应用钢管混凝土拱桥全是超静定结构,对于温度变化、混凝土收缩和徐变产生的次内力尚缺乏系统的试验和理论研究。五、钢管混凝土拱桥计算1、设计理论概述、设计理论概述统一理论统一理论统一理论统一理论把钢管混凝土视为统一体,是钢管和混凝土组合而成的一种组合材料;其工作性能随材料物理
9、参数、统一体的几何参数和截面形式,以及应力状态的改变而改变;其材料本构关系包含了套箍效应;钢混凝土组合结构设计规程五、钢管混凝土拱桥计算1、设计理论概述、设计理论概述极限平衡理论极限平衡理论极限平衡理论极限平衡理论根据结构处于极限状态时的平衡条件直接算出极限状态荷载数值的一种方法;绕过了统一理论须考虑的弹塑性阶段,无需确定材料的本构关系,概念清晰,方法简单;属于承载力叠加法,将钢管和混凝土承载力相叠加,引入套箍效应;钢管混凝土结构与施工规程、高强混凝土结构技术规程。两种理论结果基本一致,精度相当。五、钢管混凝土拱桥计算2、主拱承载力及变形影响因素分析、主拱承载力及变形影响因素分析钢管混凝土拱桥
10、采用自架设施工方法,主拱圈逐步形成,强度验算有应力叠加法和内力叠加法两种。在施工 过程中,采用应力叠加法验算钢拱架的强度与稳定性,并用容许应力法进行验算。当管内混凝土达到设计强度后,采用内力叠加法计算内力,并采用极限状态法。对于钢管混凝土构件,混凝土的裂缝开展受到钢管 的约束而较迟出现且不发育,弹、塑性性能均强于钢筋混凝土结构,而且其含筋率较高,因此可以不考虑折减。五、钢管混凝土拱桥计算2、主拱承载力及变形影响因素分析、主拱承载力及变形影响因素分析钢管混凝土的收缩徐变不但会引起构件的内力和应力重分布,还会导致变形增大;钢内混凝土的收缩终值远小于徐变值,内部混凝土处于封闭状态,无法与大气交换水分
11、;徐变影响因素多,机理复杂,徐变对承载力的影响的因素不尽相同;混凝土的徐变将导致截面上原先由混凝土承担的应力部分向钢管转移,使钢管应力增大。五、钢管混凝土拱桥计算2、主拱承载力及变形影响因素分析、主拱承载力及变形影响因素分析和龙温度的取值直接影响到钢管混凝土拱桥的承载力和变形计算;钢管初应力是指在形成钢管混凝土组合材料前,在钢管中存有初始应力。钢管初应力对承载力有影响,但是不大,10%。钢管对核心混凝土的套箍作用只有当构件处于轴心或小偏心受压状态,且混凝土进入塑性状态后才能显现,对于轴心或小偏心受压构件的承载能力极限状态验算,可考虑套箍作用的有利影响,其它情况一概不考虑。五、钢管混凝土拱桥计算
12、2、主拱承载力及变形影响因素分析、主拱承载力及变形影响因素分析两根和两根以上钢管混凝土组成的拱肋除进行 整体承载力验算外,还需进行组成构件的局部承 载力验算,以防局部破坏。对于桁式断面,还应 对腹杆、平联等进行局部受力验算。钢管混凝土肋拱面内承载力是二类稳定问题,它小于一类弹性稳定临界荷载,拱肋整体进行二 类问题的验算。同时,还需进行钢管混凝土肋拱 侧向极限承载力(即横向稳定性)的验算。五、钢管混凝土拱桥计算2、主拱承载力及变形影响因素分析、主拱承载力及变形影响因素分析钢管混凝土拱桥由于材料强度高,主拱圈的刚度 相对较小,而且桥面系一般均为梁板式结构,活载横向分布作用明显,而拱上建筑联合作用较
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