2015年5月17日星期日
桥梁-构件
从受力角度上分,构件主要包括
(1) 受弯构件:梁、板
(2)拉压构件:杆、索
(3)压弯构件:拱圈、桥塔、墩柱
受弯构件,主要是由弯矩和剪力共同作用,而轴力可以忽略不计的构件。其中桥梁工程中,梁、板为受弯构件的代表构件。
梁的传力路径示意图。
注意其中,梁底部受力点不同,造成的传力路径差异。
桥梁工程中的受弯构件,
1. 截面形式
主要有板式,肋式,箱式。
1.1 肋式截面
主要有pi式,I形,T形
当装配式肋式梁桥中多设置横隔梁,其刚度越大,桥梁的整体性越好,构件间的协同工作能力越强。
1.2 箱式截面
在偏心竖向荷载下,箱梁会同时存在竖向弯曲,扭转,畸变和剪力滞,当腹板间距较大时,也需要考虑横向受力的情况。
为了适应不同的桥型和工程需求,梁也有很多变化。如组装式钢梁桥这种适应施工现场需求的组装式梁型,截面多有工字型和小钢箱梁型,其中桁架桥是一种常用的钢梁形式,构件多为轴向受拉、压,在铁路桥中有较多应用。又如,组合截面中的折形钢腹板,取代混凝土腹板,来构成新型箱梁截面。
拱桥中的梁构件,主要是指主梁和横向风撑。当拱桥为有推力结构时,主梁以受弯为主,且拱上吊杆(立柱)的间距一般较小,所以梁内弯矩不大;当为部分推力或无推力时,主梁以拉弯构件为主。中小跨径的拱桥多由纵梁和横梁构成,纵梁为过桥通道,横梁多为复杂的传力构件。其中横梁分为固定横梁,普通横梁和刚架横梁。
悬索桥体系中,加劲梁受力特性多由节间弯矩影响。当跨径不断变大时,横向风荷载和抗风振为主要的设计关注点。
2. 梁的主要受力特点
2.1 简单梁理论
简单梁理论的建立基础是两大假设:
(1)平截面假定:梁变形后仍为平面
(2)中性层假定:某一纵向层不伸不缩
在上述两大假设的基础上,选取一个微段进行分析,由梁截面内力平衡条件,可以得到
公式1反应了截面变形的重要特性。利用公式1,可以得到公式2 截面的弯曲正应力
同样得到公式3 截面的弯曲剪应力
其中Sx为截面的自由表面至所求剪应力处的面积矩。参考链接http://zh.wikipedia.org/wiki/面积矩
剪应力的求解,对于实心矩形截面、T形类的开口截面、箱梁均不同。
实心矩形截面
开口截面剪应力
箱梁剪应力
2.2 剪力滞
产生弯曲的竖向剪力通过肋板传给翼缘板,使得顶板的剪切变形在横向是不均匀的,从
而导致顶板的截面正应力沿横向不均匀分布。这种力学现象称为“剪力滞”效应。剪力滞系数
剪力滞系数分为正剪力滞、负剪力滞
2.3 箱梁受力
综合箱梁在偏心荷载作用下,四种基本变形与位移状态引起的应力为:
正应力为,弯曲正应力+约束正应力+畸变剪应力
剪切力为,弯曲剪应力+自由扭转剪应力+约束扭转剪应力+畸变剪应力
箱梁设计很重要,经常可以看到关于城市高架桥倾覆的工程事故,超载无疑是一个关键的诱发因素,但是在箱梁设计阶段,如果重视侧倾覆的设计问题,并且在国家和行业设计规范中有所照顾,那么相关安全事故势必会有所减少。
2.4 梁的屈曲
随梁高增大和弯曲内力的增加,梁构件也存在屈曲问题。对于受横向荷载的梁,其受压翼缘容易失稳而发生侧向弯曲,与此同时受拉翼缘则力图保持其原来的挺直状态,于是就发生了梁的侧向弯曲和扭转屈曲,简称梁的侧向屈曲。钢箱梁截面还可能发生顶、底板或腹板的局部屈曲。
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