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* 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 第二章 刚架桥设计方法及计算理论 1.刚架桥基本尺寸拟定 2.刚架桥设计方法 3.刚架桥计算理论 连续刚构桥设计关键问题 小结 内容简介 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 刚架桥设计方法与计算理论 设计方法 主梁、桥墩关键几何尺寸拟定 主要验算内容:强度、刚度、稳定性 计算理论 刚架桥内力计算理论:基本假定及有限单元法 刚架桥次内力计算:预应力、混凝土徐变、收缩、基础变位 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 1. 刚架桥的基本尺寸拟定 刚架桥的主要尺寸是主梁跨度和高度,支柱高度和厚度,以及桥的横向宽度。主要参数的确定将决定主梁和支柱的刚度比,主梁与支柱的刚度比则决定了刚架的内力分布,对全桥结构的力学特点具有重要影响。另外还要满足结构刚度的要求。(注:主梁与支柱的刚度比决定刚架桥的内力分布——结构力学知识) A 主梁与支柱刚度比很大时:支柱承担弯矩很小,主梁端部负弯矩很 小,跨中正弯矩很大,主梁接近于简支 梁。 B 主梁与支柱刚度比很小时:主梁端部负弯矩大,跨中正弯矩较小,主 梁受力接近于固端梁。 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 1.1 主梁主要尺寸拟定 单跨刚架桥两端悬出的长度为中跨跨度的0.2~0.5倍之间。 注:如果悬臂加长,端支柱弯矩减小,跨中正弯矩也可减小,但 主梁变形较大; 三跨连续刚架桥,边跨约为主跨的0.7倍或相等;个别边跨为中跨 的0.2倍; 斜腿刚架桥的边跨通常为中跨的0.5倍左右; 斜腿刚架桥的斜柱倾斜角度为40~60度之间。 刚架桥的主梁高度对于大跨度预应力刚架桥中,通常为(1/30~1/40)L, 当采用变高度梁时,端部梁高可为跨中梁高的1.2~2.5倍,甚至更高。 注:增加端部梁高,可使主梁正弯矩减小,使主梁大部分承受负弯矩,可使大部分预应力钢筋布置在梁顶部,构造与施工简单。 支柱在纵向的厚度可采用其高度的1/8~1/15,比较高时采用小, 比较矮时采用较大比值; 支柱的横向尺寸要与主梁相配合,并应考虑横桥向的刚度和稳定 性。 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 1.2 支柱主要尺寸拟定 1.3 横截面尺寸拟定 刚架桥的横截面形式根据道路等级、使用功能等来确定,首先选择主梁截面形式,然后参考连续梁桥主梁截面来拟定细部尺寸。 2. 刚架桥设计方法 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 说明:目前刚架桥等超静定结构桥梁的内力,在营运荷载作用下,仍按结构处于弹性工作阶段的假定进行内力计算和截面验算。 2.1 钢筋混凝土刚架桥主梁设计方法 1)主梁承载能力极限状态验算如下内容: 主梁正截面强度验算(正截面钢筋数量及截面复核); 斜截面尺寸复核及剪力分配计算; 弯起钢筋设计及斜筋设计; 斜截面抗剪强度复核。 2)正常使用极限状态验算如下内容: 主梁最大裂缝宽度的验算; 主梁跨中挠度的验算; 3)施工阶段验算内容:主梁施工阶段的正应力验算。 2.2 预应力混凝土刚架桥主梁设计方法 湖南大学土木工程学院风工程试验研究中心、桥梁工程系 1)截面设计 根据设计要求,参照已有的设计图纸和资料,拟定主梁截面形式和相应的尺寸;或直接对弯矩最大的跨中截面,依据截面抗弯的要求初步估算主梁的截面尺寸。 2)内力计算 一般采用桥梁设计软件或通用软件,根据桥梁可能出现的荷载组合,计算出主梁的正常使用和承载能力极限状态内力包络图。 3)钢束估算 根据截面的内力及截面几何参数,估算预应力钢束的数量并进行合理布置,使布置的钢束符合受弯受剪要求。 4)计算截面几何特性 施工阶段按净截面计算,使用阶段按换算截面计算; 5)预应力计算; 6)施工阶段和使用阶段的应力验算; 施工阶段主应力验算; 使用阶段正应力验算、剪应力验算和主应力验算; 7)正截面和斜截面强度计算; “参考《结构设计原理》” 8)主梁变形的计算; 9)锚端局部承压计算 局部承压强度和局部承压
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