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混凝土刚架桥简介

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懂道的人 发表于 2020-4-8 23:00:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1 刚架桥的主要类型及构造特点

桥跨结构(主梁)和墩台(支柱)整体相连的桥梁叫作刚架桥。
                               
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Fig.1 刚架桥
刚架桥的主要受力特点为:

(1) 在竖向荷载作用下,将在主梁端部产生负弯矩,减少了跨中的正弯矩。

(2)  在竖向荷载作用下,支柱除承受压力外,还承受弯矩。

(3)   在竖向荷载作用下,将产生水平推力。所以,必须要有良好的地基条件,或用较深的基础和用特殊的构造措施来抵抗推力的作用。

(4)  超静定次数高,对常年温差、基础变形、日照温均较敏感。

                               
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Fig.2 刚架桥受力
1.1 结构类型

(1)单跨刚构桥:主要用于中小跨度的跨线桥,建筑高度小。单跨的刚架桥一般产生较大的水平反力。为了抵抗水平反力,可用拉杆连接两根支柱的底端,如图Fig3-b。

                               
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Fig.3 单跨刚架桥类型
(2)斜腿刚构桥:受力形式接近拱桥,可获得较大跨度或较小的梁高。斜腿刚架桥适用于跨线桥和谷地桥,不仅造型轻巧美观,施工也较拱桥简单。
                               
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Fig.4 斜腿刚架桥
(3)多跨刚架桥:可以做成非连续式和连续式两类。用于柔性墩或大跨度高墩桥梁。大跨径预应力刚构桥梁截面均为箱形,为吸收足够的负弯矩,尽可能减小跨中正弯矩的配索量,箱梁断面尺寸拟定基本同连续梁桥。连续刚架是墩梁固结的结构,对温度变化、混凝土收缩徐变、行车制动力等因素产生的次内力敏感,通常选择抗压刚度较大、抗推刚度较小的双薄壁式柔性墩。
                               
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Fig.5 连续刚架桥
1.2  构造特点
(1)一般构造
刚架桥的桥面构造和梁式桥相同。
主梁截面形式与梁桥略同,主梁在纵桥向可做成等截面、等高变截面、变高度截面三种形式。有时根据实际需要将主梁做成几种不同的截面形式,以适应主梁内力的变化和方便施工。
支柱有薄壁式和立柱式。立柱式中又可分为多柱和单柱、多柱式的柱顶通常都用横梁相连,形成横向框架,以承受侧向作用力。当立柱较高时,尚应在其中部用横撑将各柱连接起来。对于单柱式,其截面要与主梁截面相配合,腹板要尽可能与主梁腹板布置一致,以利传力。
(2)单跨刚构的节点构造
单跨刚构桥的节点系指立柱(或斜支撑腿)与主梁相连接的部位。该节点必须具有强大的刚性,以保证主梁进而立柱的可靠连接。
                               
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Fig.6 箱形截面斜腿与主梁交点构造

2 刚架桥计算简介

2.1  基本原则和假定
目前,超静定体系桥梁的内力,仍按在运营荷载作用下,结构为弹性的假定进行计算,然后用算得的内力进行截面强度的验算、计算刚架桥内力时,可遵循以下原则和假定:
(1)计算图式的轴线去支柱厚度的中分线和平分主梁跨中截面高度的水平线。对于截面高度或厚度变化较大的刚架桥,则以各截面高度中分点的连线作为计算图式的理论轴线。
(2)计算截面包括全部混凝土截面,不考虑钢筋的影响。对于T形和箱形截面,不论其顶板和底板厚度如何,均应全部计入计算截面。
(3)计算变位时,一般可略去轴向力和剪力,仅计入弯矩的影响。但在计算张拉力作用所产生的次内力时,则必须计入轴向力对变位的影响。
(4)在主梁与支柱交接区域,其截面的惯性矩比其他地方大得多,可视为刚性区域;
(5)当刚架奠基于压缩性甚小的地基中时,支柱底端可以认为是固定的。
(6)关于混凝土的弹性模量Eh,根据规范来确定:Eh=0.8E
2.2 竖直荷载作用下的内力计算
参考结构力学知识或有限元分析程序来计算,可按平面结构计算,也可按空间结构来分析。实际桥梁设计中,多采用有限元法进行分析计算。
3 算例
                               
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Fig.7 三跨连续刚架桥有限元模型
                               
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Fig.8 变形图
                               
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Fig.9  X方向受力图
                               
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Fig.10  Y方向受力图
                               
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Fig.11  Z方向弯矩
命令流:
!三跨连续刚架桥内力分析
/PREP7
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N,21,30.00,20.00,0.00
N,31,70.00,20.00,0.00
N,41,-30.00,0.00,0.00
N,51,-30.00,20.00,0.00
N,61,30.00,0.00,0.00
N,71,30.00,20.00,0.00
FILL,1,11
FILL,11,21
FILL,21,31
FILL,41,51
FILL,61,71
ET,1,BEAM4
MP,EX,1,3.0E+10
MP,DENS,1,2600
MP,ALPX,1,1.0E-5
MP,PRXY,1,0.2
R,1,4.0,1/3,5.333,4,1,,
RMORE,,,4/3
TYPE,1
MAT,1
REAL,1
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  E,I,I+1
*ENDDO
*DO,I,41,50
  E,I,I+1
*ENDDO
*DO,I,61,70
  E,I,I+1
*ENDDO
NUMMRG,NODE, , , ,LOW
/SOLU
ACEL,,9.81,0
D,41,UX,0,,,,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ
D,61,UX,0,,,,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ
D,1,UY,0,,,,,
D,31,UY,0,,,,,
F,16,FY,-1000
ANTYPE,0
/STATUS,SOLU
SOLVE  
POST.MAC
FINISH
/POST1
PLDISP,0
PLNSOL, U,Y, 0,1.0
AVPRIN,0, ,
ETABLE, ,SMISC, 1  
AVPRIN,0, ,
ETABLE, ,SMISC,2
AVPRIN,0, ,
ETABLE, ,SMISC, 6  
AVPRIN,0, ,
ETABLE, ,SMISC,7
AVPRIN,0, ,
ETABLE, ,SMISC, 8  
AVPRIN,0, ,
ETABLE, ,SMISC, 12
PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0
PLLS,SMIS2,SMIS8,1,0
PLLS,SMIS6,SMIS12,1,0  
PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0
 
 
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