第00讲-梁格法.pdf
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第00讲-梁格法.pdf
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桥梁上部结构桥梁上部结构梁格分析理论梁格分析理论梁格分析理论梁格分析理论桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用概述概述高速公各种复杂的异型桥梁结构大量采用斜交桥、弯斜坡桥、超宽桥、道路线形、适应周高速公路及城市交通分叉匝道桥等、适应周围环境的需要结构越来越复杂:
纵梁、横梁相互交错布置的梁板桥;异形桥;曲线市交通的发展需要美观要求桥具有明显空间受力特征美观要求自然对结构分析的要求也就越来越高!
桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用常用分析方法常用分析方法?
一般概念一般概念以一个单索面下承式拱桥为例,在各种荷载作用下,我们希望通过结构分析,能够把握:
以一个单索面下承式拱桥为例,在各种荷载作用下,我们希望通过结构分析,能够把握:
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纵梁纵梁横梁横梁拱圈拱圈桥面板桥面板吊杆的吊杆的内力分布内力分布?
纵梁纵梁、横梁横梁、拱圈拱圈、桥面板桥面板、吊杆的吊杆的内力分布内力分布?
支座反力支座反力?
面内、面外稳定性能面内、面外稳定性能显然,这些内容不能通过面内的分析而全部得到。
显然,这些内容不能通过面内的分析而全部得到。
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常用方法:
常用方法:
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空空间梁单元间梁单元间梁单元间梁单元?
空间实体单元(板壳、块体)空间实体单元(板壳、块体)?
梁格法梁格法桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用方法一:
空间梁单元方法一:
空间梁单元?
采用一维梁单元,能给出结构整体意义上的内力和变形。
采用一维梁单元,能给出结构整体意义上的内力和变形。
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根据受载后截面是否保持平面,可分为自由扭转理论和翘曲扭转理论。
一般混凝土梁可用前者分根据受载后截面是否保持平面,可分为自由扭转理论和翘曲扭转理论。
一般混凝土梁可用前者分析析钢箱梁则必须用后者分析钢箱梁则必须用后者分析析析。
钢箱梁则必须用后者分析钢箱梁则必须用后者分析。
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对于宽箱梁分析,本方法计算有问题对于宽箱梁分析,本方法计算有问题不能得不能得到横梁内力到横梁内力到横梁内力到横梁内力桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用?
当桥梁上部结构宽度和跨度之比达到这样的程度,以至于荷载使桥梁上部构造沿其纵向产生弯曲和整体扭转外,还必须当桥梁上部结构宽度和跨度之比达到这样的程度,以至于荷载使桥梁上部构造沿其纵向产生弯曲和整体扭转外,还必须考虑整个截面的横向变形这样就不能采用空间直梁、曲线梁简化模型,而必须考虑具有弹性刚度横向构件的结构体考虑整个截面的横向变形这样就不能采用空间直梁、曲线梁简化模型,而必须考虑具有弹性刚度横向构件的结构体系系自然也需要采用其它方法如实体自然也需要采用其它方法如实体单元单元梁格法等梁格法等方法二方法二空间实体单元空间实体单元(块体块体板壳板壳)系系自然也需要采用其它方法如实体自然也需要采用其它方法如实体单元单元、梁格法等梁格法等方法二方法二:
空间实体单元空间实体单元(块体块体、板壳板壳)?
属于通用方法,可作精确分析、适用范围广;属于通用方法,可作精确分析、适用范围广;存在应力集中现象存在应力集中现象存在应力集中现象存在应力集中现象?
某些情况下模拟存在问题横梁(尺寸大)某些情况下模拟存在问题横梁(尺寸大)?
给出的是应力状态与桥规按内力配筋不匹配给出的是应力状态与桥规按内力配筋不匹配。
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给出的是应力状态与桥规按内力配筋不匹配给出的是应力状态与桥规按内力配筋不匹配。
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数据量大、烦琐,不便于结构设计与验算,也无法正确评价结构受力特征。
数据量大、烦琐,不便于结构设计与验算,也无法正确评价结构受力特征。
桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用?
移动活载作用效应的计算较为麻烦。
移动活载作用效应的计算较为麻烦。
此外,还有限条法、折板分析法,但其只局限于没有内横隔板的等截面弯梁桥方法三:
梁格法方法三:
梁格法隔板的等截面弯梁桥?
这是一种分析桥梁上部结构比较适用有效的空间分析方法。
这是一种分析桥梁上部结构比较适用有效的空间分析方法。
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特点:
用等效梁格代替上部结构,分析梁格的受力状态就可以得到特点:
用等效梁格代替上部结构,分析梁格的受力状态就可以得到实桥的受力情况实桥的受力情况实桥的受力情况实桥的受力情况。
1、概念清晰,易于理解和使用。
概念清晰,易于理解和使用2、数据处理工作量小、计算量小3、输出截面内力可用于配筋设计应用广泛应用广泛桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用梁格法的应用范围梁格法的应用范围?
适用于由纵梁和横梁组成的格子梁桥,特别是弯桥、斜桥、曲线桥等各种弯斜坡异型桥梁各种弯斜坡异型桥梁?
适用于板式(实体板、空心板)、梁肋式、箱梁截面的上部结构上部结构?
或由以上几种不同类型截面的组合结构桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用梁格法梁格法实质实质用用一一个等效的个等效的平面梁格或空间构架平面梁格或空间构架来代来代实质实质用个等效的用个等效的平面梁格或空间构架平面梁格或空间构架来代来代替实际桥梁的上部结构替实际桥梁的上部结构分析此平面梁格或空间构架分析此平面梁格或空间构架得到实际桥梁上部结构纵横向内力与变形得到实际桥梁上部结构纵横向内力与变形如何等效呢如何等效呢?
即即如何描述实如何描述实如何等效呢如何等效呢?
即即如何描述实如何描述实际桥梁与比拟梁格的等效关系?
际桥梁与比拟梁格的等效关系?
主要表现在平面梁格或空间构架的主要表现在平面梁格或空间构架的网格划分网格划分和梁格各构件和梁格各构件截截面特性面特性的计算上的计算上这与实际桥梁上部结构截面形式布置有关。
这与实际桥梁上部结构截面形式布置有关。
桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用梁格法梁格法要求实际弯斜坡异型桥梁上部结构要求实际弯斜坡异型桥梁上部结构与等效梁格与等效梁格承受相同的荷载承受相同的荷载时时必必等效原则与等效梁格与等效梁格承受相同的荷载承受相同的荷载时时,必必须须具有恒等的挠曲具有恒等的挠曲,等效梁格每一,等效梁格每一构件的内力等于该梁所代表的实际构件的内力等于该梁所代表的实际构件的内力等于该梁所代表的实际构件的内力等于该梁所代表的实际桥梁截面应力的合力。
桥梁截面应力的合力。
“等效”梁格只能是“等效”梁格只能是近似的,近似的,但但精度满足要求精度满足要求原因是原因是但但精度满足要求精度满足要求,原因是原因是:
桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用梁格法梁格法?
梁格法中任意梁内的弯矩严格与其曲率成正比梁格法中任意梁内的弯矩严格与其曲率成正比,而在原结构中任一,而在原结构中任一方向方向上上的弯矩和该的弯矩和该方向方向及及正正交交方向方向上上的曲率有关的曲率有关;泊松泊松比比方向的弯矩和该方向的弯矩和该方向方向及及交交方向的曲率有关方向的曲率有关;泊松泊松MEIy=22wx梁:
其中:
221010100xyxMwMDyM=板:
3212
(1)EhD=?
实际实际板板结构中结构中任单元的平衡要求任单元的平衡要求扭矩和扭率在正交方向上是相扭矩和扭率在正交方向上是相210022xyMwxy(单位长度)?
实际实际板板结构中结构中,任任一一单元的平衡要求单元的平衡要求扭矩和扭率在正交方向上是相扭矩和扭率在正交方向上是相等的等的,在等效梁格中,由于两类结构特性不同,无法使扭矩和扭率在正,在等效梁格中,由于两类结构特性不同,无法使扭矩和扭率在正交方向的节点上相等交方向的节点上相等。
当梁格密度相当细密时当梁格密度相当细密时,梁格随着挠曲而成梁格随着挠曲而成一一曲曲交方向的节点上相等交方向的节点上相等当梁格密度相当细密时当梁格密度相当细密时,梁格随着挠曲而成曲梁格随着挠曲而成曲面,在正交方向上可近似相等。
面,在正交方向上可近似相等。
大量的研究和分析表明大量的研究和分析表明对于大部分桥梁结构形式对于大部分桥梁结构形式使用梁格法具有足够的精度使用梁格法具有足够的精度桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用大量的研究和分析表明大量的研究和分析表明:
对于大部分桥梁结构形式对于大部分桥梁结构形式,使用梁格法具有足够的精度使用梁格法具有足够的精度。
梁格法的应用梁格法的应用?
四种典型结构四种典型结构?
板式板式?
肋板式肋板式?
箱形梁箱形梁?
铰接板、梁铰接板、梁?
方向规定方向规定(右手螺旋法则右手螺旋法则)?
方向规定方向规定(右手螺旋法则右手螺旋法则)?
x纵桥向纵桥向?
y横桥向横桥向?
y横桥向横桥向?
z竖桥向竖桥向桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用一、板式上部结构梁格分析一、板式上部结构梁格分析?
板式结构的分类:
板式结构的分类:
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实体板实体板空心板空心板空心高度超过60%则应视为箱梁?
实体板实体板、空心板空心板;空心高度超过60%则应视为箱梁?
带悬臂、不等厚带悬臂、不等厚?
板平面内各个方向传递轴力板平面内各个方向传递轴力剪力剪力弯矩和扭矩是连续的弯矩和扭矩是连续的?
板平面内各个方向传递轴力板平面内各个方向传递轴力、剪力剪力、弯矩和扭矩是连续的弯矩和扭矩是连续的。
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在梁格分析中,整块板可由纵向与横向刚度在梁格分析中,整块板可由纵向与横向刚度近似地与该处纵横梁所近似地与该处纵横梁所代表代表局部范围局部范围内板的内板的刚度相同的等效梁格刚度相同的等效梁格代表代表这种处理的计算结果与精确解非常吻合。
这种处理的计算结果与精确解非常吻合。
桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用
(一)网格划分梁格划分应使梁格重合于设计受力线,如平行于预应力线或强度线,沿着边梁及支座上的受力线等。
1、实体板或空心板1、实体板或空心板纵向梁格的数目可根据桥宽确定,间距宜小些,宜在23倍板厚,且最大间距不得超过1/4倍有效跨径。
纵向板的扭转剪力流在板边缘的扭转垂直剪力确定原则确定原则边缘梁格分量由边缘梁格承担,每根边缘梁格形心须接近于上部结构边缘的垂直剪力流的合力处。
确定原则确定原则力处?
实体板:
边距约为0.3倍板高(图2)?
空心板:
边距应设在边肋的中心线上。
图图2梁格边缘的扭转力梁格边缘的扭转力桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用图图2梁格边缘的扭转力梁格边缘的扭转力横向构件的间隔应小于1/4倍有效跨径,在支点附近突变区内应适当加密。
区内应适当加密纵、横向构件的间距必须适当地接近相等,使荷载分布较为灵敏(图3)。
为灵敏(图3)。
图图3内支点突变区加密梁格网格内支点突变区加密梁格网格桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用2、具有薄的悬臂和薄的连接板的不等厚实体板纵向构件的布置见图4a。
为了便于布置二期恒载防撞墙及确定活载移动的桥面范围以适应影响面加载则必须在防撞墙重心活载移动的桥面范围,以适应影响面加载则必须在防撞墙重心线下增设虚梁1、2和3,如图4b。
(a)(b)图图4具有薄悬臂和薄连接板的纵向梁格布置具有薄悬臂和薄连接板的纵向梁格布置?
各个纵梁截面宽度的划分应尽量使各纵梁截面惯性矩大致相等性矩大致相等?
纵梁位置通过各部分截面的竖向形心轴确定?
在支座支承位置必须设置纵梁桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用3、斜交板斜交板桥内力分布特点:
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纵向弯矩在宽度上的变化,在边缘处与斜跨方向平行,板中央与支撑线垂直;斜交板桥内力分布特点:
支撑线垂直;?
靠近钝角处出现上拱弯矩;?
钝角角隅处出现较大的剪力和反力,而在锐角处反力很小,甚至发生翘起;?
上部结构承受很大的扭转。
基于以上特点,斜交板桥的梁格划分应尽量与力的作用板桥的梁格划分应尽量与力的作用方向或结构配筋方向一致桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用斜交桥网格划分原则:
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斜交角较小时(小于20),采用斜交网格?
桥面较窄且斜交角较大时,梁格划分应平行设计强度线?
当桥台宽度大于跨度时,以受力方向进行划分图图5斜板网格划分斜板网格划分(a)斜网格斜网格;(;(b)垂直跨长网格垂直跨长网格;(;(c)垂直网格垂直网格桥梁结构计算方法及应用桥梁结构计算方法及应用(a)斜网格斜网格;(;(b)垂直跨长网格垂直跨长网格;(;(c)垂直网格垂直网格4、变宽板4、变宽板?
城市立交桥经常采用变宽形式的板式上部结构城市立交桥经常采用变宽形式的板式上部结构?
城市立交桥经常采用变宽形式的板式上部结构城市立交桥经常采用变宽形式的板式上部结构。
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梁格分析时不需作特殊处理。
梁格分析时
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- 关 键 词:
- 00 梁格法