桥梁工程 第3章 混凝土简支梁桥

第三章混凝土简支梁桥第一节第二节第三节混凝土简支梁设计及构造混凝土简支梁计算混凝土简支梁的制造及架设桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥第一节混凝土简支梁设计及构造桥梁工程系1.公路钢筋混凝土简支梁设计及构造2.铁路钢筋混凝土简支梁设计及构造3.预应力混凝土简支梁桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥1.公路钢筋混凝土简支梁设计及构造1.1装配式简支梁截面形式空心板式截面T形截面桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥板式截面T形截面第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥1.2板块之间的连接板式截面：企口缝T形截面：湿接缝；预埋钢板焊接；预埋钢板栓接。1.3桥面连续第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥2.铁路钢筋混凝土简支梁设计及构造2.1标准设计适用范围：16m及以下桥跨结构2.2普通高度梁和低高度梁高跨比：普通高度梁1/7.2～1/9.1低高度梁1/11.4～1/14.82.3分片简支梁截面形式：板式截面（跨度≤6m）；T形截面（跨度≥8m）工字形截面；箱形截面第3章混凝土简支梁桥2.4梁的总体设计桥梁跨度；主梁高度；腹板厚度；道碴槽板厚度；横隔板间距、厚度；挡碴墙。桥梁工程系2.5钢筋布置纵向受力筋；弯起钢筋；箍筋；横向受力筋；构造钢筋。T梁钢筋第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥3.预应力混凝土简支梁3.1预应力混凝土梁的特点（1）可以使用高强度钢材和高等级混凝土；（2）提高梁的抗裂性，增强梁的刚度和耐久性；（3）减轻自重，增加梁的跨越能力；（4）提高梁的抗剪能力；（5）提高梁耐疲劳性能。桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥3.2预应力混凝土梁构造（1）截面形式：空心板式截面、T形截面、箱形截面（2）张拉工艺：后张法、先张法（3）预应力钢筋：高强度钢丝、粗钢筋、钢绞线（4）张拉锚固体系预应力钢丝：拉锚体系、拉丝体系预应力钢绞线：穿心式千斤顶锚具动画第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥（5）防止梁端上缘开裂措施后张法：预应力钢筋弯起先张法：直线配筋时进行“绝缘”处理（6）后张法波纹管金属波纹管、铁皮波纹管、塑料波纹管、橡胶管抽芯成型（7）其他型式预应力混凝土梁部分预应力梁、槽型梁、整孔式、双预应力、横向分块式梁、预弯梁第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥第二节混凝土简支梁计算桥梁工程系1.桥梁工程计算的内容2.简支梁桥的计算3.结构尺寸的拟定4.桥面板的计算5.桥梁横向分布计算6.横梁内力计算7.主梁设计及计算第3章混凝土简支梁桥1.桥梁工程计算的内容内力计算：结构力学、桥梁工程、基础工程截面计算：混凝土结构设计原理变形计算桥梁工程系2.简支梁桥的计算上部结构——主梁、横梁、桥面板、支座下部结构——桥墩、桥台、基础第3章混凝土简支梁桥计算过程开始拟定尺寸内力计算截面配筋验算否是否通过是计算结束桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥3.结构尺寸的拟定3.1拟定原则（1）起吊能力（2）构造简单，接头数量少（3）标准化（4）经济性指标3.2截面各部分尺寸桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥（1）主梁高度铁路钢筋混凝土梁：普通高度（1/6～1/9）L低高度（1/11～1/15）L预应力混凝土梁：（1/10～1/12）L公路钢筋混凝土梁：板式截面（1/11～1/20）L肋式截面（1/11～1/13）L预应力混凝土梁：（1/16～1/18）L桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥（2）梁肋厚度梁肋厚度取决于梁内主拉应力和钢筋布置的构造要求，一般根据剪应力的变化采取变厚度。公路、铁路规范对梁肋最小厚度有具体规定。（3）梁肋间距根据桥面板受力、起吊设备能力确定。一般为1.6～2.2m。桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥（4）桥面板桥面板厚度由构造及受力条件确定。规范有最小板厚要求。（5）横隔板横隔板厚度由构造及受力条件确定。铁路桥梁T梁横隔板间距不大于腹板厚的30倍，也不大于6.0m。桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥4.桥面板的计算4.1铁路T形梁计算图式—固结在梁肋上的悬臂梁计算荷载—恒载+活载恒载：自重+道碴重+人行道恒载活载：特种活载、动力系数、人行道活载内力计算—取沿桥梁方向1m宽的板带324°45°5第3章混凝土简支梁桥150250KN250KN250/2KN250/2KN250桥梁工程系120桥面荷载的分布桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥4.2公路行车道板4.2.1行车道板的类型单向板双向板悬臂板铰接板第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥4.2.2车轮荷载的分布车轮均布荷载：a2×b2(纵、横)桥面铺装的分布作用轮压第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥4.2.3有效工作宽度外荷载产生的分布弯矩：mx外荷载产生的总弯矩：分布弯矩的最大值：mxmax第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥设板的有效工作宽度为a假设可得第3章混凝土简支梁桥有效工作宽度假设保证了两点：1）总体荷载与外荷载相同2）局部最大弯矩与实际分布相同通过有效工作宽度假设将空间分布弯矩转化为矩形弯矩分布桥梁工程系需要解决的问题：mxmax的计算影响mxmax的因素：1）支承条件：双向板、单向板、悬臂板2）荷载长度：单个车轮、多个车轮作用3）荷载到支承边的距离桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥（1）两端嵌固单向板a.荷载位于板的中央地带单个荷载作用多个荷载作用第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥b.荷载位于支承边处c.荷载靠近支承边处第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥（2）悬臂板荷载作用在板边时mxmin-0.465P取a=2l0第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥4.2.4桥面板内力计算（1）多跨连续单向板的内力a.弯矩计算模式假定桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥实际受力状态：弹性支承连续梁简化计算公式：桥梁工程系当t/h1/4时：跨中弯矩Mc=+0.5M0支点弯矩Ms=-0.7M0当t/h1/4时：跨中弯矩Mc=+0.7M0支点弯矩Ms=-0.7M0M0——按简支梁计算的跨中弯矩桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥b.考虑有效工作宽度后的跨中弯矩活载+恒载弯矩恒载弯矩c.考虑有效工作宽度后的支点剪力车轮布置在支承附近第3章混凝土简支梁桥（2）悬臂板的内力a.计算模式假定铰接悬臂板——车轮作用在铰缝上悬臂板——车轮作用在悬臂端桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥b.铰接悬臂板活载恒载桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥c.悬臂板桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥活载:恒载:桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.桥梁横向分布计算5.1横向分布影响线P=1在梁上作横向移动时，某主梁在同一纵向坐标上所分配到的不同荷载作用力。5.2横向分布系数主梁上可能分得的最大荷载除以车辆的轴重得到的系数，称为荷载横向分布系数。桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.3计算原理整体桥梁结构必须采用影响面加载计算最不利荷载；第3章混凝土简支梁桥为简化计x21y桥梁工程系算，采用近似影响面来加载，近似影响面纵横方向分别相似；x11yx1y2x2y2桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥加载过程横向分布系数第3章混凝土简支梁桥内力横向分布转化为荷载横向分布各纵向影响线比例关系桥梁工程系轴重轴重与轮重的关系第3章混凝土简支梁桥影响面加载精确方法各纵向影响线在不同位置的比例关系桥梁工程系轴重轴重与轮重的关系第3章混凝土简支梁桥ll桥梁工程系近似方法的近似程度近似的原因：纵向各截面取相同的横向分配比例关系近似程度•对于弯矩计算一般取跨中的横向分配比例关系•跨中车轮占加载总和的75%以上•活载只占总荷载的30%左右第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥荷载横向分布等代内力横向分布的荷载条件半波正弦荷载可满足上述条件第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥常用计算方法–梁格法–板系法–梁系法桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.4杠杆原理法1.基本假定假定荷载只由相邻的两根主梁承担，并且两根主梁承担的荷载按杠杆法则分配。2.适用范围（1）只有两根主梁；（2）有多根主梁，计算桥梁纵向位于桥端支承处荷载；（3）无中间横隔板的桥梁。第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥杠杆原理法挂车汽车人群桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.5刚性横梁法（偏心受压法）5.5.1基本假定将多梁式桥梁简化为由纵梁及横梁组成的梁格，计算各主梁在外荷载作用下分到的荷载。桥梁较窄时(B/L0.5)横梁基本不变形。第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.5.2变形的分解桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥1）纯竖向位移2）纯转动第3章混凝土简支梁桥5.5.3各主梁位移与内力的关系桥梁工程系w=Rl或R=aIiw第3章混凝土简支梁桥1）与竖向位移的关系'i'i'i'3i48EI桥梁工程系2）与转角的关系wi=aitg''ii1）竖向位移时的平衡5.5.4内外力平衡2）转动时的平衡桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.5.5反力分布图与横向分布影响线各主梁刚度相等•反力分布图–选定荷载位置，分别计算各主梁的反力•横向分布影响线–选定主梁，分别计算荷载作用在不同位置时的反力第3章混凝土简支梁桥桥梁工程系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.5.6横向分布系数在横向分布影响线上用规范规定的车轮横向间距按最不利位置加载5.5.7方法的精度边梁偏大，中梁偏小桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥计算示例计算跨径L=19.50m的桥梁横截面如图所示，试求荷载位于跨中时l号边梁在汽车荷载和人群荷载作用下的荷载横向分布系数。计算步骤：•选择计算方法•绘出横向分布影响线•按最不利位置布载•计算横向分布系数a第3章混凝土简支梁桥选择计算方法：此桥设有刚度强大的横隔梁，且承重结构的跨宽比为=2.4＞219.505×1.60=lB故可按偏心压力法计算横向分布系数。桥梁工程系绘出横向分布影响线：各根主梁的横截面均相等，梁数n＝5，梁间距为1.60m，则：2i5i=1=a12+a22+a32+a42+a52=(2×1.60）2＋1.602＋0＋（－1.60）2＋（－2×1.60）2＝25.60m211＝+nai2nai2第3章混凝土简支梁桥1#梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标为：152=0.20+0.40=0.60(2×1.60)225.60+=1a1i=1n=0.200.40=0.201n15=87桥梁工程系a12i=1横向分布影响线及最不利位置布载如下图所示：桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥偏心压力法计算横向分布系数图示（尺寸单位：cm）4.80+0.30+=0.684第3章混凝土简支梁桥计算横向分布系数：设影响线的零点至1#梁的距离为x，则：x0.604×1.60x0.2=桥梁工程系得：x=4.80m1号梁的活载横向分布系数可计算如下：l汽车荷载1212q=mcq=10.6024.80(4.60+2.80+1.500.30)=0.538(q1+q2+q3+q4)=0.7520.604.80xr=11xmcr==l人群荷载桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥5.5.8考虑主梁抗扭刚度的修正刚性横梁法第3章混凝土简支梁桥•竖向反力与扭矩的关系桥梁工程系第3章混凝土简支梁桥•转动时的扭矩平衡桥