《混凝土弯桥(第二章)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土弯桥(第二章)（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、混凝土弯桥,重庆交通大学桥梁工程系,第二章 弯梁桥特点,关于弯梁桥的特点可以分别从：力学性质方面、荷载方面、构造方面和施工方面等加以阐明。但其中最为重要者，当首先应对弯梁桥的力学性质有十分清晰的概念和认识。弯梁桥的特点是相对于直梁桥而言的。在讨论弯梁桥的性能前首先应对一根独立弯梁的工作特性有所掌握。,一、弯梁桥的力学特点 1、“弯一扭”耦合作用 与直线梁相比较，曲线梁由于曲率的影响，导致曲线梁产生弯扭耦合作用。也即在外荷载作用下，梁截面内产生“弯矩”的同时必然伴随着产生“耦合扭矩”;同理，在产生“扭矩”的同时也伴随着产生相应的“耦合弯矩”。因此，其相应的竖向挠曲变形也与扭转角之间对应的产生耦合
2、效应。,（22）,（21）,（23）,符拉索夫微分方程,由于曲线梁桥中存在着较大的扭矩和扭转角变形，欲把曲线梁按杆件结构力学的方法作为纯扭转理论分析则必须符合下列基本假定： (1)横截面各项尺寸与跨长相比很小时才容许将实际结构作为集中在梁轴线上的曲线形弹性杆件来处理； (2)曲线梁的横截面在变形后仍保持为平面； (3)曲线梁变形后，横截面的周边形状保持不变，即截面不发生畸变； (4)截面的剪切中心轴线与截面形心轴线相重合。,从图中可以看出，该曲线梁为外部一次超静定结构。如果释放B点的抗扭约束作为静定结构的基本体系，则不难根据B点扭转角为零的变形协调条件求出赘余扭矩TB，从而即可分析曲线梁的全部
3、内力和变形。,简支曲梁,上图为一双跨连续弯梁，其左支座与中支座采用可动式球铰支座，右支座则采用固定式球铰支座，则此双跨连续弯梁在竖向荷载作用下的计算图式属空间静定结构，它仍可按静力平衡条件求解出各个支座反力和各验算截面上的计算内力和变形。,双跨连续曲梁,从以上两个例子可以看出，简支曲梁可以是超静定结构，连续曲梁也可以是静定结构，这和直梁是不同的。对于曲线梁而言，必须充分估计到支点处的实际抗扭约束情况，从而来判别结构的计算图式，而不能简单地用“简支”或“连续”的方式来判别结构物是“静定”或“超静定”。,圆心角0,主梁的弯曲程度是影响弯桥受力特性的最重要因素，但是曲率半径并不能全面地反映弯曲程度，
4、曲率半径相同时跨径越大弯曲程度越大。能全面反映主梁弯曲程度的参数是圆心角0 ，它是跨长与半径的比值，反映了与跨径有关的相对弯曲关系。在跨径相同的条件下，圆心角0的大小就代表了梁的曲率，它与扭转特性密切相关，当圆心角0较小时，扭转作用对挠度的影响很小，可以忽略不计，即可以将曲线梁近似作为直线梁处理，并且随着圆心角0的减小，曲线梁的性质愈接近直线梁。尤其是纵向弯矩相当接近，但剪力和扭矩的影响要比同等跨径的直线梁要大，所以截面尺寸和配筋量会有所增加。,圆心角0,圆心角0的大小与扭转特性密切相关，按照单曲 线梁可推导出跨中截面的挠度与 0的关系。,绘制出关系c10、c11与0的曲线,当圆心角0较小，与
5、扭转相关的c11极小，对挠度的影响很小，可以忽略不计，即可以将曲线梁近似作为直线梁处理，并且随着圆心角减小，曲线梁的特性就愈接近直线梁。曲线梁中的挠曲变形和扭转变形也是耦合，在计算竖向挠度时，可以将挠曲变形和扭转变形叠加(或相减)，箱梁外侧腹板的竖向挠度比内侧腹板大，也比同跨径的直线梁大，而且曲线梁半径r愈小，跨径愈大，其圆心角0相对愈大，弯扭效应也愈明显。,弯扭刚度比kEIGId 曲线梁桥中的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系。在c10、c11与0的曲线中可以看出，当集中荷载P作用下的超静定简支曲线梁，在k 1，10，100时所得到的三根曲线c11，10c11和100c11。
6、即k值愈大，则由于曲率因素而导致的扭转变形显著增大。因此，对于弯梁桥而言，在满足竖向变形(抗弯刚度EI)的前提下，宜尽可能地减小EI值，增大GId值。所以在曲线梁桥中，低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形（封闭形）截面是合理的横截面形式。,在曲线梁桥进行计算时，应充分考虑桥梁宽度的因素，尤其在宽桥时，车辆荷载偏载时，将会加剧曲线梁桥的扭转反应。 加拿大安大略省公路桥梁设计规范(简称OHBDC)中，采用L2bR1.0作为判别是否可以按直线梁桥计算的条件，式中L为桥梁轴线弧长，R为曲线梁桥的半径，b为桥梁半宽。 设L30m，R200 m，b6m，则L2bR90012000.751.0，此时可按直线梁桥计算
7、其结构内力和变形。设Rl00m时，则L2bR1.51.0，此时应按弯梁桥的有关方法进行结构分析。,a）截面5弯距影响线,b）截面5弯距影响线,三跨连续梁竖向力P1作用下内力影响线,c）截面0弯距影响线,d）截面5扭距影响线,e）截面0扭矩影响线,f）截面5剪力影响线,g）截面0剪力影响线,随着圆心角0的减小，则曲线梁的性质就愈接近直线梁的情况。由三跨连续曲梁在竖向力P1作用下的内力影响线中可以看出，其弯矩影响线的形状和直线梁是完全相似的，但其影响线坐标的绝对值是随着0值的增加而增加。其扭矩影响线和剪力影响线的坐标绝对值，也同样地比直线梁大。出此，可以得出结论，在相同跨径情况下，曲线梁桥的截面内
8、力较同跨径的直线梁桥要大，因而，其截面尺寸和用钢量等指标都将有所增加。,三跨连续曲线梁在扭矩T1作用下的内力影响线,曲梁受力变化规律： 1) 当圆心角90度时，曲率对弯矩有明显的影响； 3) 当圆心角=180度时，弯矩和扭矩均趋于无穷大，结构失稳； 4) 支座反力和支座截面的剪力与直梁完全相同。,由上图可以看出，当0值变化时，曲线梁的跨中弯矩Mp和Mp0 (视作跨径为L 0R 的直线梁)、以及支点扭矩Tp的变化。如果当0 1300时，曲线梁的跨中弯矩Mp将是直线梁跨中弯矩 Mp0的2.0倍。,2、内梁和外梁受力不均 在曲线梁桥中，由于存在较大的旋转扭矩，因而通常会使外梁超载，内梁卸载，尤其在宽
9、桥情况下更会增大内外梁的差异。弯桥的变形比同样跨径直线桥大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显；因此，在进行截面设计时常会增加复杂性，甚至构成明显不经济的断面尺寸和配筋。 有时内、外梁支点反力会相差悬殊，当活载偏置时，内梁支点甚至有可能产生负反力。当曲率半径小、跨径大、恒载小时，更应注意在设计计算上控制内梁支点反力的问题，必要时应在构造上采取相应措施予以保证。,3、曲线梁桥中横梁的功能 曲线桥梁中横梁的功能，除具有直线梁中的功能外，还担负着保持全桥稳定的作用，尤其对于薄腹箱梁来说，增设横隔板是减小截面畸变变形的最优方案。与直线桥相比，中横梁的刚度一般较大； 4、
10、预应力对支反力的影响 曲线梁桥中预应力效应对支反力的分配有较大影响，计算支座反力时必须考虑预应力效应的影响。,5、曲线梁桥中均布恒载的横向分布 在直线梁桥中，均布恒载可以假定各根主梁均匀受力，但是在曲线梁桥中，各根主梁的恒载内力是不均匀的，尤其在多梁式开口截面的情况时，其恒载也存在荷载横向分布的问题，外侧边梁受力最大，因而，需要在构造上采取措施以增加整个梁桥的抗扭刚度，以弥补上述各梁内力分布不均匀的问题。,二、弯梁桥的力学特点 根据曲线梁桥的受力特点，除必须考虑直梁桥中的各种荷载外，当曲线梁桥的曲线半径等于或小于250m时，应计算离心力作用。离心力为车辆荷载(不记冲击力)乘以离心力系数c，离心
11、力系数c可按下式计算: c=V2 /127R 式中：V一一计算行车速度，应按桥梁所在路线等级的规定采用(km/h ) ； R一一曲线半径(m)。,二、弯梁桥的力学特点 在计算四车道的离心力时，应考虑车道折减系数，汽车荷载可折减30% 。当曲线梁桥在恒载作用下，既在截面内产生弯矩和剪力，同时也产生扭矩，各根主梁所分配到的内力也很不均匀。 关于曲线梁桥中冲击力的计算，在现行桥梁规范中未见有明确的条文。由于桥梁的冲击系数与车辆的动力特性、冲击的随机性和统计性等因素密切相关，尤其与桥面的平整度有着密切的关系，在目前尚无充分研究成果以前，建议可以暂取现行“公桥规”的公式进行计算。总之，关于曲线梁桥的冲击
12、系数问题，还有待作更进一步的研究后才能妥善解决。,三、弯梁桥的构造特点 曲线梁桥的构造特点，可从多方面来阐明，根据曲线梁桥的受力特征，其主要构造特点为： 支座设置的特点； 车辆在圆弧上行驶时必须设置超高和加宽的特点； 外弧长内弧短的特点； 上部结构和下部结构必须构成有利于抵抗“弯扭剪”的特点； 在构造上必须能适应纵横向平面位移和转动的特点等。,左图为圆心角为900之单跨梁，在均布荷裁q作用下的扭矩MT()，其支承条件分别为： a)纵向无箝固； b)纵向弯曲单侧箝固； c)纵向弯曲双侧箝固。 从图中可以看出，在曲梁中所产生的扭矩(a)远大于(b)和(c)。从图中说明了改变支承条件是调整结构内力的
13、有效方法之一，虽然是改变了抗弯约束的条件，但却有效地减小了支点截面处的扭矩。,下图为一座双跨连续曲梁桥，其圆心角为600，在均布荷载和集中荷载作用下，研究中间支承采用不同构造时的影响和差异。设在中间支承处采用三种图式：各向可转动的球铰支座；横向刚结，纵向铰结；纵横向均为弹性固结。,均布荷载作用下双跨梁的弯距和扭矩,集中荷载作用下双跨梁的弯距和扭矩,三种支承图式在内力分布方面虽有一定差异，但从本例来说，相差并不悬殊。结合国内的实际情况，对于多跨连续弯箱梁桥的中墩支承，大都采用盆式橡胶支座或圆形板式橡胶支座，以使适应桥梁纵横向的变形要求。但是，如果在采用墩高较大的独柱式中墩构造时，更宜采用“墩梁”
14、弹性固结构构造，充分利用桥墩的柔性以适应曲线梁桥的变形要求，从而可以获得较好的经济效果，因为盆式橡胶支座的费用是十分昂贵的。,在曲线梁桥中，有时由于整个线路布设的要求，而把缓和曲线段布置在桥孔上，因而有可能要把曲线梁桥设计成变宽度的型式。对于一级公路或高速公路等高等级公路，当其纵坡大于4时，可能会在桥上设置专门的爬坡车道；当高速公路互通式立体交叉、服务区、车站等处，也有可能会在桥上设置变速车道等。所以，在曲线梁桥设计时，常有可能出现桥面变宽的情况。 在平曲线桥梁的桥面上设置超高，这是为了保证行车的安全。超高的横向坡度按计算行车速度、半径大小、桥面种类、自然条件和车辆组成等情况确定。高速公路和一
15、级公路的超高横向坡度不应超过10，其它各级公路也不应超过6。,在曲线梁桥的设计和施工中，对于桥梁标高的精确控制常是比较复杂的。因为在平面上有平曲线(圆曲线和缓和曲线)；在纵面上有纵坡度和竖曲线，在横断面上有桥面超高和单向或双向横坡度，同时还有加宽或变宽的情况。因而，在曲线梁桥设计和施工中，对桥梁标高的控制必须十分细致和谨慎。 在曲线梁桥中，出于外弧远比内弧要长，因而在布置栏杆和其它细部构造(如灯柱、缘石、泄水孔等)时要充分注意到这一特点。,四、弯梁桥的施工特点 钢筋混凝土及预应力混凝土曲线梁桥多采用整体现浇工艺施工，有时也采用预制构件工艺施工。 由于曲线梁桥几何形状是一根曲杆，因而在预制、移动
16、、翻身和吊装时要倍加小心。对于预制的曲线梁构件，其构件中心位置有可能位于构件轴线之外，因而极易倾倒失稳或者扭曲变形，尤其在搬运和起吊时应该设置副起吊点，在堆放搁置时需要增设临时支撑，以确保构件在施工过程中的稳定性。 由于曲线梁桥在荷载作用下内、外梁产生的竖直挠度差异较大，因而在预拱度设置方面，不能完全套用直梁桥的概念，应在设计中进行计算确定。,由于曲线梁桥在平面、纵横断面上的变化较大，因而在施工放样、标高控制、中线控制等方面都会增加很多麻烦，应反复核对检查，严格要求。 对于连续梁桥的中支点断面，由于在受力上属于“弯、扭、剪”复合受力的性质，且常是全桥中必须严格控制的关键性截面，在构造上又是配筋最密集的区域，施工工作面又比较狭小，因而在施工中应采取措施切实保证施工质量。,
