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桥梁设计理论讲稿.pdf

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浙江大学桥梁与隧道专业研究生学位课程 《桥梁设计理论》 蔡金标 二00二年九月 《桥梁设计理论》蔡金标目录 目录 第一讲概述………………………………………………………………………………1 第二讲薄壁箱形梁的结构与受力特点……………………………………………………2 第三讲薄壁箱形梁的弯曲…………………………………………………………………6 第四讲薄壁箱梁剪力滞的变分解法………………………………………………………20 第五讲薄壁箱形梁的自由扭转……………………………………………………………38 第六讲薄壁箱形梁的约束扭转……………………………………………………………56 第七讲薄壁箱形梁的组合扭转……………………………………………………………72 第八讲薄壁箱形梁的畸变…………………………………………………………………87 第九讲曲线梁桥计算理论………………………………………………………………105 第十讲斜桥计算理论……………………………………………………………………113 第-I–页 《桥梁设计理论》蔡金标第一讲概述 第一讲概述 本课程是桥隧专业硕士研究生的专业课，它是在本科《桥梁工程》的基础上对内容进行 深化，着重介绍一些设计公式和规范条文的理论依据。使研究生能从原理上和从问题的本质 上去认识桥梁结构的受力特性和性能，为今后从事桥梁工程研究工作打下基础，并掌握基本 的研究方法。 《桥梁工程》的重点是简支梁桥，计算理论是以横向分布为基础，形式以空心板梁和梁 为重点，其中横向分布概念的引入，将桥梁空间结构问题简化为平面问题，极大地简化了梁 桥的计算。但是该方法在其他体系的桥梁如连续梁桥、悬臂梁桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥 及拱桥等，应用很不成功。其主要原因是这些体系的桥梁的主梁常采用箱形截面。 在利用横向分布技术处理箱形梁计算时，通常将箱梁腹板近似看作等截面的梁肋，按修 正偏压法求出活载作用下边腹板的荷载分配系数，再乘以腹板总数，得到箱梁截面活载内力 增大系数ξ，然后求得箱梁内力M=Mg+ξMp[姚玲森《桥梁工程》P.198]，这种方法有 时会引起很大的误差，因为箱梁是一种闭合截面，看作等截面梁肋的做法，是将闭合截面处 理成开口截面，与实际不符。因此，本课程将研究箱梁计算理论，包括箱梁的弯曲、扭转、 畸变等方面设计计算分析方法。 《桥梁工程》中介绍了斜桥的受力特点，但并没有讨论其计算理论，还有随着城市高速 路的发展，立交桥日益增多，为增添城市景观，使桥梁服从线路的平面布置和提高交通枢纽 的使用功能，曲线桥梁应运而生，因此，本课程将斜、弯桥列入。 针对我校本科教学的特点，钢筋混凝土尤其是预应力混凝土桥梁计算理论是薄弱点，本 课程也将这部分内容列入。 第-1–页 《桥梁设计理论》蔡金标第二讲薄壁箱形梁的结构与受力特点 第二讲箱形梁的结构与受力特点 第一节箱形梁的结构特点及其应用 一、箱形结构的广泛应用得益于它的众多优点： （一）截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性； （二）顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋的要 求。适应具有正负弯矩的结构，如连续梁、斜拉桥、拱桥的拱肋和悬索桥加劲梁等； （三）适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等； （四）承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，经济效果良好，同时截面效率 高，适合预应力混凝土结构空间布束，更加收到经济效果； （五）适合于修建曲线桥； 显然，箱形截面也存在一些不足之处，需要引起设计者的充分重视。如箱形截面属薄壁 结构，除受力钢筋外，还需配置大量构造钢筋，这对于中等跨径的桥梁，有时会导致用钢量 比工字形或T形截面增多。而对于大跨径桥梁，由于箱形截面乃实腹式梁，比起空腹式的 桁架式结构自重大。而减轻自重是大跨径桥梁的重要课题，因而在设计时必须采取措施减轻 自重，以节省材料，使造价经济。近年来由于三向（即纵向、横向、竖向）预应力的应用， 可采用薄壁、少肋的所谓宽箱截面，以收到良好的经济效果。 二、箱形截面在各类桥梁上的应用 箱形截面早期应用于普通钢筋混凝土悬壁梁桥和连续梁桥，一般采用在支架上现浇施 工。近代由于预应力混凝土的发展，同时由于现代施工技术的进步，箱形截面更加广泛应用 于各种现代桥梁，而且一般采用无支架施工。据统计，当跨径大于60m后，除极少数外， 其横截面大多为箱形截面，其结构形式有简支、悬臂、T形刚构、连续梁等。截面形式如图 2-1。 1、简支梁一般采用预制安装，单箱或多箱截面形式，公路桥梁最大跨径达76m；铁路 桥梁则采用单箱单室等高梁，