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1、斜交梁板式桥设计浅谈 2014 12 18 2020 4 4 1 内容简介 一 斜交梁板式桥基本概念二 斜交梁板式桥受力特点三 斜交梁板式桥构造设计要点四 斜交梁板式桥抗震措施 2020 4 4 2 3 1 斜交梁板式桥的定义 在高等级公路上的中 小型桥梁 往往为了服从线路的走向 而将桥梁的中轴线与水流的方向设计成斜交的 工程上将这样布置的桥梁称为斜交梁板式桥 简称斜梁桥 定义 支承线与桥梁轴线不成直角的梁式结构通常称为斜梁结构 包括斜肋板式结构 斜梁格子和斜箱梁结构等形式 2020 4 4 4 基本定义 斜度 将桥梁中轴线与支承线构成的小于90度的夹角称为斜度 斜交角 中轴线的垂线 法线 与
2、支承线的夹角称为斜交角 2020 4 4 5 2 斜梁桥的分类及其示例 斜梁桥按其截面形式来分可分为 1 斜板桥空心板实心板 2 斜肋梁桥T型 最大跨径可达40米 工字型 与T梁相比少了顶板翼缘 吊装重量减轻 最大跨度达50米 2020 4 4 6 2 斜梁桥的分类及其示例 3 斜整体断面箱梁桥 截面抗扭刚度大 适应于斜梁桥的受力特点 单箱单室 单箱多室 实际工程应用中居多 4 斜预制小箱梁桥 2020 4 4 内容简介 一 斜交梁板式桥基本概念二 斜板桥受力及构造特点三 斜梁桥受力及构造特点四 斜交梁板式桥抗震措施 2020 4 4 7 8 1 斜板桥受力影响因素 斜交角两种表示方法当斜角小
3、于15度时取斜长按正桥计算 2020 4 4 9 1 斜板桥受力影响因素 宽跨比b l宽桥对斜支承敏感窄桥斜支承只影响支承局部宽跨比越大斜桥特点越明显支承形式支承个数支承方向是否弹性支承横桥向是否可以转动或移动 对斜板的内力分布也有明显的影响 2020 4 4 10 2 斜板桥受力特点 纵向主弯矩比跨径为斜跨长 宽度为b的矩形板小 并随斜交角的增大而减小 2020 4 4 11 2 斜板桥受力特点 荷载有向支承边的最短距离传递分配的趋势 2020 4 4 12 2 斜板桥受力特点 纵向最大弯矩的位置 随斜角的增大从跨中向钝角部位移动 2020 4 4 13 2 斜板桥受力特点 除了斜跨径方向的
4、主弯矩外 在钝角部位的角平分线垂直方向上 将产生接近于跨中弯矩值的相当大的负弯矩 横向弯矩比正板大得多 尤其是跨中 支承边上的反力很不均匀 钝角角隅处的反力可能比正板大数倍 而锐角处的反力却有所减小 甚至出现负反力 2020 4 4 14 2 斜板桥受力特点 斜板的受力行为可以用Z字形连续梁来比拟 2020 4 4 15 2 斜板桥受力特点 斜板的扭矩分布很复杂 板边存在较大的扭矩 2020 4 4 16 3 斜板桥计算方法 有限元法 考虑剪切效应的厚板单元建模 公式计算 恒载简化法计算 活载采用 2020 4 4 17 3 斜板桥计算方法 一 简化方法 l 1 3b 50 时作为宽度b 计算
5、跨径l的矩形板桥来计Mx配筋平行于板边方向My配筋平行于支承边方向 2020 4 4 18 3 斜板桥计算方法 l 1 3b 0 7b时 75 时作为宽度b 计算跨径a的矩形板桥来计算Mx配筋中央垂直于支承边方向 边缘平行与板边My配筋平行于支承边方向 2020 4 4 19 3 斜板桥计算方法 75 50 时作为宽度b 计算跨径 a l 2的矩形板桥来计算Mx配筋中央垂直于支承边方向 边缘平行与板边My配筋平行于支承边方向 2020 4 4 20 3 斜板桥计算方法 L50 时作为宽度b 计算跨径a的矩形板桥来计算Mx配筋平行与板边My配筋平行于支承边方向 2020 4 4 21 3 斜板桥
6、计算方法 局部加强钢筋不论哪种情况 在边缘端部 距自由端b 5的宽度范围内 均假定产生与中部的正弯矩同等大小的负弯矩 必须配置负弯矩钢筋 2020 4 4 22 3 斜板桥计算方法 配筋计算 正交方向上单位板宽上的主弯矩表示成 K 两个主方向的弯矩系数 根据斜角查表 2020 4 4 23 3 斜板桥计算方法 钢筋方向的弯矩通过坐标转换获得 2020 4 4 24 3 斜板桥计算方法 2020 4 4 25 3 斜板桥计算方法 主弯矩方向根据斜角查曲线得 2020 4 4 26 4 斜板桥构造特点 桥梁宽度较大时 纵向钢筋 板中央垂直于支承边布置 边缘平行于自由边布置 横向钢筋平行于支承边布置
7、 2020 4 4 27 4 斜板桥构造特点 2020 4 4 28 4 斜板桥构造特点 窄斜板桥 纵向钢筋平行于自由边布置 横向钢筋 跨中垂直于自由边布置 两端平行于支承边布置 2020 4 4 29 4 斜板桥构造特点 局部加强钢筋在距自由边一倍板厚的范围内设置加强箍筋 抵抗板边扭矩为承担很大的支反力 应在钝角底面平行于角平分线方向上设置附加钢筋 2020 4 4 30 4 斜板桥构造特点 斜板桥在运营过程中 在平面内有向锐角方向转动的趋势 如果板的支座没有充分锚固住 应加强锐角处桥台顶部的耳墙 使它免遭挤裂 对于斜交角大于30度的情况 不宜采用预制空心板 建议采用整体式现浇实体板 对于斜
8、桥 采用圆板式橡胶支座 并适当提高板厚 提高剪切变形能力 空心板按横向铰接板 用简支梁程序计算内力及配筋 对于斜角 40 的斜板需通过空间分析进行复核 2020 4 4 2020 4 4 31 32 2020 4 4 33 下层钢筋承受板底拉力 2020 4 4 34 上层钢筋承受板顶负弯矩 2020 4 4 35 2020 4 4 36 抗震锚栓可以对斜桥扭转平移起到一定限制作用 同时建议大斜交角的横向挡块应适当加强 并在挡块与板间设橡胶垫块 2020 4 4 内容简介 一 斜交梁板式桥基本概念二 斜板桥受力及构造特点三 斜梁桥受力及构造特点四 斜交梁板式桥抗震措施 2020 4 4 37
9、38 1 斜梁桥定义 斜梁桥由多根纵梁及横梁组成的斜格子梁桥 横梁与纵梁可以斜交 也可以正交 2020 4 4 39 2 斜梁桥受力特点 斜梁桥虽然为格子形的离散结构 在梁距不很大 且设一定数量横梁的情况下 仍然具有与斜板类似的受力特点 随着斜交角的增大 斜梁桥的纵梁弯矩减小 而横梁的弯矩则增大 弯矩的减少 边梁比中梁明显 在均布荷载作用下比在集中荷载作用下明显 正交横梁斜梁桥的横向分布性能比斜交横梁斜梁桥好 并且横向刚度越大 横向分布性能越好 在对称荷载作用下 同一根主梁上的弯矩不对称 弯矩峰值向钝角方向靠拢 边梁尤其明显 横梁和桥面的刚度越大 斜交的影响就越大 斜桥的特征就越明显 2020
10、 4 4 40 3 斜梁桥常见计算方法 结构力学单梁计算 横向分布理论计算正桥内力 斜桥修正系数修正的G M法修正的铰接板法杆系梁格理论 2020 4 4 41 4 结构力学单梁计算 横向分布理论 简支单斜梁 内力影响线 连续单梁 全抗扭支承连续斜梁中间点铰支承连续斜梁 2020 4 4 42 5 修正的G M法 基本思路以正桥计算为基础 将由正桥计算求得的M值 用修正系数进行修正 从而得到斜桥的M 1 只计算跨中截面的弯矩 其它截面的弯矩按二次抛物线在跨内内插 2 本法修正系数的取值为集中荷载和均布荷载作用时的平均值 3 只计算中梁和边梁的弯矩 其它梁的弯矩可以按直线内插 学者通过实验得出的
11、表格 只与弯扭刚度比 宽跨比 斜角有关 2020 4 4 43 6 修正的铰接板法 基本思路采用单个集中荷载的斜交折减系数来代替实际车列荷载的折减系数修正系数将只与斜交角 主梁片数 梁位及弯扭参数有关 2020 4 4 44 7 梁格法 基本原理用等效梁格代替桥梁上部结构 将分散在板 梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内 实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内 横向刚度集中于横向梁格内 理想的刚度等效原则 当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时 两者的挠曲将是恒等的 并且每一梁格内的弯矩 剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力 由于实际结构和梁格体系在结构特
12、性上的差异 这种等效只是近似的 但对一般的设计 梁格法的计算精度是足够的 2020 4 4 45 7 梁格法 理论要点 T梁计算前应先对有效宽度进行计算 结构翼板拟定尺寸时尽量控制在有效宽度范围内 有效宽度计算参考规范 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 P16 4 2 2条 对于非密排的T梁 可取单个T梁为一个纵向梁格 若T梁未设横隔板则纵向弯曲由T形截面承受 横向视为通过翼板连接的板条 一般来说 纵横方向上结构的部分刚度可以假定为相似横截面的梁一样 梁格网格的划分以最能反映上部结构的结构性能为好 没有跨中横隔板的横向梁格 其间距可以任意选择 一般约取有效跨径的1 4 1 8 如有横隔
13、板则必须在横隔板处设横向梁格 当横向构件仅代表薄板 由板内横向扭矩引起纵向构件弯矩的不连续性是微小的 设计弯矩取节点两侧弯矩的平均值 若横向构件代表具有足够抗扭刚度的横格梁 则纵向弯矩的不连续性是较大的 设计弯矩应该取节点两侧的不同值 2020 4 4 46 7 梁格法 有限元计算流程 2020 4 4 47 3 斜梁桥的特点 3 1斜梁桥的力学特点 斜梁桥的力学特点与正交桥有很大区别 与曲线梁桥有许多相似之处 1 弯扭耦合 如图3所示的单跨斜梁桥 根据已有文献研究可知 其1 4号支座的反力分别为 式中 Qa Qb分别为左右端梁剪力 数值上为各反力的代数和 即 2020 4 4 48 Ta T
14、b分别为左右端梁扭矩 即 2020 4 4 49 当集中力作用在梁轴线上时 除了产生弯矩外 还产生扭矩 这与直线桥是不同的 2 反力分布 钝角反力大于锐角反力 两者之间的反力差与斜度 弯扭刚度比k有关 斜交角越大 两者的反力差越大 弯扭刚度比k越小 二者反力差越小 锐角处的反力较小 甚至可能出现负反力 3 跨中弯矩折减斜梁桥弯扭耦合的直接后果是跨中弯矩的折减 即相对正交简支梁而言 它的弯矩要小 斜交角越大 弯矩折减也越大 弯扭刚度比越大 弯矩折减也越大 2020 4 4 50 4 平面内位移 与弯桥一样 在外界因素发生变化时 斜桥在各支承处将产生变位 并且会产生以一旋转力矩 从而引起斜桥的 爬
15、行 导致斜桥在其平面内的转动与平移 5 斜交角的影响 斜度是斜梁桥中最重要的一个指标 其大小将影响斜梁桥的弯矩折减 反力分布 随着斜交角的减小 跨中弯矩会减小 并且抗扭刚度越大 对斜交角的变化越敏感 主梁弯矩减小的越多 横向弯矩就增加的越多 6 弯扭刚度比k 斜度一定时 k越小 反力分布越不均匀 弯扭耦合效应越明显 在满足竖向抗弯刚度的前提下 k越大越好 与曲线桥的弯扭耦合效应相反 2020 4 4 51 3 斜梁桥的构造特点 不设刚性支承横隔梁 而在车道板边缘设置边肋 加大主梁间距 使车道板相对做的比较柔 主梁采用抗扭刚度小的薄腹板 锐角处的边梁设水平移动和转动支座 在横向固定支座上的腹板
16、设加劲肋加强 使车道板产生的水平力可靠地传递到固定支座上 2020 4 4 52 3 斜板桥的受力特点 见教材190页的图式 1 支承边反力支承边反力分布不均匀 以钝角处反力为最大 以锐角处反力为最小 甚至可能出现负反力 使锐角向上翘 2 跨中主弯矩当B L较大时 中心处的主弯矩方向接近与支承边正交 在斜板的两侧 则主弯矩方向接近平行自由边 弯矩值沿板宽的方向分布不均匀 A B C D 图5斜板桥受力示意图 2020 4 4 53 3 钝角负弯矩在钝角处产生负弯矩 该值有时大于跨中正弯矩 其弯矩主方向接近与钝角的二等分线相正交 4 横向弯矩斜板桥由于弯扭耦合作用而导致最大纵向弯矩比同等跨径的直桥要小 但横向弯矩却比同等跨径的直桥大得多 并且沿自由边的横向弯矩还可能出现反号 靠近锐角处为正 靠近钝角处为负 5 扭矩参考教材的192页中的图2 7 5图 扭矩分布比较复杂 在设计实践中建议进行有限元的分析 2020 4 4 54 3 3斜板桥的配筋特点 1 主钢筋根据斜交角的大小 主钢筋有两种布置方式 a 斜交角小于15度时 斜板的受力与正交板相近 主筋可平行于桥纵轴线方向布置 b 斜交角大
