桥梁设计理论第十讲
桥梁设计PPT课件

2.安全
(1)桥梁结构在强度、稳定和耐久性等方面有足够的安全储备。 (2)防撞栏杆应具有足够的高度和强度,人与车辆之间应做好防护栏。 (3)交通繁忙的桥梁应做好照明设施并有明确的交通标志。引桥坡度不宜太大。 (4)对河床变迁的河道应设计好导流设施,防止桥梁基础冲刷。 对通航桥应做 好防撞构筑物。
第29页/共109页
W——行车道宽度 C——当计算行车速度≥100km/h时为0.5m,计算行车速度< 100km/h时
为0.25m。 S1——
S2——行车道右侧路缘带宽度,一般为0.5m。 M1,M2——
第30页/共109页
E——建筑高度限界顶角宽度当L≤1m时,E=L;当L>1m时E=1m。 H——净高,汽车专用公路和一、二级公路为5.0m,三四级公路为 4.5m,一条公路应采用一个净高。 L1——左侧硬路肩宽度, L2——右侧硬路肩宽度, L——侧向宽度,高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度 (L1,L2), 其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m。
可行性研究报告是在预可行性研究报告审批后,着重研究工程上的 可行性及投资上的可行性。
前期工作的重点在于论证建桥的必要性和可行性,并确定建桥的地点、 规模、标准、投资控制等一系列宏观和重大的问题。为科学地进行决策 提供依据,避免盲目性及其带来的不良后果。
第41页/共109页
桥梁建设的可行性论证包括工程可行性和经济可行性。 工程可行性——确定桥梁设计标准、桥位、桥式等技术问题。 经济可行性——确定工程投资、资金筹措及偿还等问题。
(1)设计任务的来源和要求 (2)桥址自然条件的基本资料 (3)技术条件的选定 (4)桥位方案的比选,上、下部结构方案的研究比较和确定。 (5)推荐方案及其理由 (6)推荐方案的指导性施工组织
第十讲 桥的运动

人们不太理解,这就需要举些既通俗易懂又 有代表性的例子来加以说明。 作用:把比较复杂的事物说得具体明白。如 《大自然的语言》一文中为了说明“纬度位 置对物候的影响”,作者便例举了南京和北 京的桃花、刺槐花开花的时间加以说明。
2、分类别
可以根据形状、性质、成因、 功能等方面的异同,把事物或事理按一定的 标准分成若干类,然后依照类别,逐一加以 说明。 作用:有条理地说清楚事物或事理。
即按照事物或事理的内部联系成人们认识事
物的过程来安排说明顺序。事物的内部联系 包括因果关系、递进关系、主次关系、总分 关系、并列关系等;认识事物或事理的过程 则指由浅入深、由具体到抽象、由现象到本 质、由性能到功用、由一般到特殊、由整体 到局部等等。层层深入,逻辑条理十分清楚。
六、说明文的语言
比喻说明 用“人坐在板凳上,把板凳坐弯”来比喻 说明“车在桥上过,它的重量就使桥身变 形”; 用人坐板凳时力的传递,来比喻说明车在 桥上驶过时的重量传递; 用凳子上的重力与泥土的抵抗相平衡来比 喻说明桥上的重量终为地下抵抗所平衡的 道理。 比喻说明方法,可以把深奥的道理解说得 通俗易懂。
第一部分(1):明确提出“桥的小动、微动”
分秒不停。 第二部分(2-4):具体说明桥的运动的种种 形式及其原因。[文章主体部分] 第三部分(5):点明全文的主旨 “桥的运 动是桥的存在形式。”
主体部分层次:
第一层,说明桥的重量、重车疾驰、狂风 暴雨、冷热变化、地震等外因作用下的运动 形式——“变形”。 第二层,说明桥的运动是在平衡状态中的 运动。先指出:“天地间没有固定的东西”, “桥总是在动的平衡状态中的”;然后再从 “平衡就是矛盾的统一”的哲学高度说明了 桥的平衡是“桥的运动的一种特殊状态”。
桥梁设计理论

三、箱形截面的构造要点
(一)外形:由顶板、底板、腹板及梗胁组成
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。 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。
二 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 第二节 箱形梁的受力特点
第一节 箱形梁的结构特点及其应用
一、箱形结构的优点:
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; 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
2、刚性扭转
刚性扭转即受扭时箱形的周边不变形。扭转产生扭转角θ。 分自由扭转与约束扭转。
(1)自由扭转:箱形梁受扭时,截面各纤维的纵向变形是自由的, 杆件端面虽出现凹凸,但纵向纤维无伸长缩短,能自由翘曲,因而不产 生纵向正应力,只产生自由扭转剪应力 。
(2)约束扭转:受扭时纵向纤维变形不K 自由,受到拉伸或压缩,截 面不能自由翘曲。约束扭转在截面上产生翘曲正应力 和约束扭转剪
目录
一概述 二 薄壁箱梁的结构与受力特点 三 薄壁箱梁的弯曲剪应力 四 薄壁箱梁剪力滞的变分解法 五 薄壁杆件的自由扭转 六 薄壁杆件的约束扭转 七 薄壁杆件的组合扭转 八 薄壁箱梁的畸变 九 曲线梁桥计算理论 十 斜桥计算理论
一概述
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。 使学生能从原理上和从问题的本质上去认识桥梁结构的受
第十讲 主梁内力、横隔梁内力计算

来加以抵消,使竣工后的桥梁达到理想
的线型。
活载挠度:使梁引起反复变形,变形的
幅度(即挠度)愈大,可能发生的冲击
和振动作用也愈强烈,对行车的影响也
愈大。
在桥梁设计中需要通过验算活载挠度来
体现结构的刚度特性。
《公路桥规》规定:
钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥:
三、内力组合
承载能力极限状态 正常使用极限状态
四、内力包络图
沿梁轴的各个截面处的控制设计内力值的连线
横隔梁内力计算方法
横梁的作用与受力特点作用: • • •
加强结构的横向联系 保证全结构的整体性
偏压法计算横隔梁内力
1、力学模型:
将桥梁的中横隔梁近似地视作竖向支承在多根弹性
主梁上的多跨弹性支承连续梁。 可由平衡条件求解连续梁
一、恒载内力计算——应重视 1、恒载内力
前期恒载内力SG1 (主要包括主梁自重)
后期恒载内力SG2 (桥面铺装、人行道、栏 杆、灯柱〕
2、计算恒载的确定: (1)一般简支梁桥:将横梁、人行道、铺装层、
栏杆等恒载均摊到各根主梁 (2)组合式简支梁桥: 按施工组合情况,分阶 段计算 (3)预应力简支梁桥: 分阶段 得到计算荷载g后,按《材料力学》公式计算内力 M、Q
结构不记入自重,汽车荷载(不计冲击 力),此时计算的上部结构跨中最大竖 向挠度时采用可变荷载的频遇值产生的
跨中长期挠度,不应超过
l / 600
预拱度(指跨中的反向挠度):为了消 除恒载挠度而设置 其值取等于全部恒载和一半可变荷载频 遇值所产生的竖向挠度值,
一般小跨径的钢筋混凝土梁桥,当结构自重
第十讲 桥的运动课件

目录
• 桥的种类与结构 • 桥的运动形式与特性 • 桥的运动对设计的影响 • 桥的运动与维护管理
01
桥的种类与结构
梁式桥
总结词
一种常见的桥型,以水平梁作为主要 承重结构。
详细描述
梁式桥通常采用混凝土或钢材建造, 具有较大的承载能力和刚度,适用于 跨越河流、道路等。其结构形式简单 ,施工方便,维护成本较低。
对监测数据进行分析,评估桥梁的承 载能力和健康状况,为维护管理提供 科学依据。
实时监测
利用先进的监测技术,如传感器和遥 感技术,对桥梁进行实时监测,及时 发现异常情况。
维修与加固
预防性维护
采取预防性维护措施,如涂装保 护、防腐处理和排水设施维护,
延长桥梁使用寿命。
应急维修
在发现桥梁损坏或发生事故时, 及时进行应急维修,确保桥梁尽
当有车辆在桥上行驶或风力作用在桥 梁上时,桥梁的某些部分会发生转动 。这种转动运动可能导致桥面扭曲或 梁体发生微小的转动,需要关注其对 桥梁结构的影响。
挠曲运动
总结词
指桥梁在垂直荷载作用下发生的弯曲变形。
详细描述
当有车辆或其他重物在桥上行驶时,会对桥面施加垂直荷载,导致桥梁发生挠曲变形。这种变形会影响桥面的平 整度和车辆行驶的舒适性,需要在设计时进行优化和控制。
态负载。
防震性能
为了应对地震等自然灾害,桥的设 计也需要考虑到防震性能,提高桥 的安全性。
防洪性能
对于在河流或水道上的桥,防洪性 能也是一个重要的考虑因素,确保 桥在极端天气下仍能保持安全。
04
桥的运动与维护管理
检查与监测
定期检查
数据分析
对桥梁进行定期检查,包括外观检查 、结构检测和损伤评估,确保桥梁安 全可靠。
第十讲无缝线路

1
第六章 无缝线路
本讲主要内容
概述 无缝线路基本原理 无缝线路纵向温度力分布 无缝线路稳定性分析 无缝线路结构设计 桥上无缝线路 跨区间无缝线路
长期运营条件下中和轨温会逐渐下降,其机理尚不明!
15
三、无缝线路纵向温度力分布
1、线路纵向阻力*
接头阻力、扣件阻力、道床纵向阻力 均是抵抗钢轨自由伸缩的作用力
扣件阻力与道床阻力是串联关系,它们与接头阻力是并联关系
这三种阻力均具有滑动摩擦力的性质,只要有位移发生即达到滑动 极限值,与弹簧性质不同,不随钢轨伸缩位移的增大而增大
F 2( 1 2 ) P
橡胶垫板扣件 1 2 0.8
小阻力扣件实现途径: 减小扣压力 降低摩擦系数
19
三、无缝线路纵向温度力分布
3、扣件阻力*
扣件阻力随钢轨位移的增加而增大。当钢轨位移达到某一定值之后, 钢轨产生滑移,阻力不再增加
轨下胶垫产生残余压缩变形,以致 扣件阻力下降
基地吊装
长钢轨运输
6
一、概述
无缝线路关键技术
机械化铺轨技术
基地焊接
铺轨列车
7
一、概述
无缝线路关键技术
机械化铺轨技术
1
2
3
4
前进方向
8
一、概述 无缝线路关键技术
机械化铺轨技术
5
6
7
布枕过程
9
一、概述 无缝线路关键技术
现代桥梁设计的新理念课件

• 材质改变——焊接热过程使焊接接头区附近母材 (HAZ)强度提高,塑性韧性下降。
• 工艺损伤——加工过程,施工过程制造的缺陷如 焊接缺陷,特别容易由不合理的结构设计带来
(钢管拱节点采用肋钣加劲,导致疲劳寿命降低 2/3)。
JSSC(日本钢协)桥梁钢结构焊接裂纹统计 结果表明:因结构和细节设计不良占47%,因加 工工艺占31%,因材料占17%,因其它占5%,可
学习交流PPT
18
学习交流PPT
19
六、设计观念的更新
• 传统的结构理论,材料力学不能解决损伤问题, 简单的安全系数不能保证结构的安全。
• 引入损伤力学的概念,不再追求“完美无缺”的 材料和结构,采用IIW(国际焊接协会)提出的“合 于使用”(Fitness for Purpose)的新概念。
焊接接头缺陷的控制水平:承受静力荷载≤7%, 承受动力荷载≤3%;
• 宜宾小南门桥L=240m,采用21-7φ5普通钢绞线 吊索(R=1500Mpa),简易防腐,设计安全系数 K=2.4,服役11.5年断裂。
学习交流PPT
15
五、损伤导致桥梁破坏的实例
2:广西百色右江大桥——钢管拱肋裂纹失
稳扩展事故
L=120m,采用Q345Aφ750钢管拱,哑铃型 拱肋腹板因焊接过程与母材缺陷组合,在灌注砼 过程中发生失稳开裂,裂缝长达7.73m。
• 损伤容限是指结构在规定的使用周期内抵抗由缺 陷,裂纹或其它损伤而导致破坏的能力。
• 损伤容限的设计概念是承认结构在使用前就带来 初始缺陷,但必须通过设计的方法把这些缺陷或 损伤在结构使用期间内控制在一定范围内保证结 构使用的安全与耐久性。
• 前人对损伤容限的概念并不陌生,如在天然石料 的应用中,“十拱九裂”的说法古而有之,带裂 缝工作的石拱桥并未危及使用安全。
桥梁设计理论第六讲

第六讲 薄壁杆件的约束扭转第一节 基本假定薄壁杆件的自由扭转是指杆件受扭时,截面的纵向翘曲位移不受约束,因而纵向翘曲应变和相应的正应力都不存在。
当截面的纵向翘曲位移受到约束时,便产生约束正应力和相应的附加剪应力,这便是约束扭转。
约束扭转的分析,可以从确定截面上纵向翘曲位移着手,进而利用弹性理论的几何方程确定纵向翘曲应变;利用物理方程确定翘曲正应力;最后利用微单元的平衡方程确定相应的翘曲剪应力。
薄壁杆件的约束扭转分析中,除沿用前两章的若干基本假定(包括平面假定、线性假定、小变形假定和周边投影不变形假定)外,补充的基本假定有:1、约束扭转产生的正应力和剪应力沿壁厚均匀分布(参见图5-7),并且杆件纵向纤维不存在正应力。
据此假定,由图3-2所示薄壁单元体s z d d 在z 轴方向的平衡条件,可得到截面正应力和剪应力间的微分关系,即式(3-19)0=∂∂+∂∂zt s q σ(6-1)(3-19) 2、在约束扭转分析中,杆件纵向翘曲位移w 采用自由扭转时的表达式。
根据弹性理论,参照图6-1,薄壁单元体s z d d 的剪切应变为:=γzs w ∂∂+∂∂ξ(6-2)由周边投影不变形假定有:ρφξ=。
这里,φ为扭转角,ρ为扭转中心S 到点P 切线的垂直距离c ρ(见图3-4),于是式(6-2)可写为:=γ+∂∂swφρ' 那么,纵向翘曲位移的一般表达式便可由此积分求得,即⎰⎰+'-=ssw s s w 0d d ρφγ (6-3)式中0w 为s =0处的翘曲位移值。
0)≠γa图6-10)=γb参照第三讲剪力中心推导中关于扇性坐标的定义有:⎰=ss d ρω (6-4)(3-30-1) 式中ω为自积分起点至扇性零点(s =0,)0=ω到s 点所包围的扇性面积的2倍。
于是,纵向翘曲位移的一般表达式(6-3)可写为:00d w s w s⎰+'-=ωφγ (6-5)对于开口薄壁杆件,其在中面上的自由扭转剪应变0=中γ,代入上式便得截面的纵向翘曲位移表达式0/w w +-=ωφ (6-6)对于闭口薄壁杆件,其在中面上的自由扭转剪应变0≠中γ,根据虎克定律Gτγ=,分别按单室或多室闭口截面确定剪应力τ剪应变γ。
桥梁设计理论第七讲

第七讲 薄壁杆件的组合扭转上二讲分别讨论了薄壁杆件的自由扭转和约束扭转,建立了相应的扭转角微分方程。
而实际工程中的杆件受扭时,扭转角应该是自由扭转和约束扭转的综合变形。
即作用在截面上的扭矩T M (图7-1)为自由扭转剪应力(z τ)形成的扭矩Z M 及约束扭转剪应力(ωωττ或)形成的扭矩ϖM (或ϖM )的组合,亦即ωτττ+=z T (或T z ωτττ=+)以及开口截面 z T M M M ω+= (7-1-1) 闭口截面 T T M M M =+ω (7-1-2)第一节 开口薄壁杆件组合扭转的微分方程对于开口薄壁截面杆件自由扭转和约束扭转,分别取式(5-19)和式(6-27)代入式(5-1)有T T GI EI M ωφφ''''-= (7-2)上式对z 求导(见图7-2a )),两边同时除以EI ω,得:2Tm k EI ωφφ''''''-=-(7-3) 此式即为开口薄壁杆件扭转角微分方程。
式中:ωEI GI k T=(7-4) 称为薄壁截面的弯扭特征。
即截面自由扭转刚度和约束扭转刚度之比。
而 TT d d M m z=(7-5) T m 为扭矩沿杆长的分布集度。
ωτ+a) 自由扭转b) 约束扭转c) 组合扭转图7-1第二节 闭口薄壁杆件组合扭转的微分方程对于闭口薄壁杆件,仍从式(7-1)出发,此时约束扭转力矩ωM 以待定函数θ表示,即用式(6-44)代入,于是组合扭转微分方程可表达为:T T m GI EI -=''-''''φθω (7-6)(7-1)方程中包括两个未知函数θ及φ。
现根据静力学条件建立未知量θ及φ间的关系,以便与式(7-6)联立求解。
设自由扭转与约束扭转产生的总剪力流为q ,它对扭转中心的扭矩应等于作用于截面的荷载扭矩T M 。
即T 0d M s q =⎰ρ(7-7)根据虎克定律并引用式(6-2),剪力流可写成:)(zs w Gt t G t q T ∂∂+∂∂===ξγτ 或 )(0φρ'+∂∂=swGt q (7-8) 而 0w w θω'=-+ (7-9)(6-15)上式对s 求导后代入式(7-8),再将式(7-8)代入式(7-7),积分化简得:ρTGI M μμφθ-'=' (7-10) 其中: ρT 1I I -=μ (7-11) 称为截面翘曲系数。
桥梁设计理论

桥梁设计理论桥梁设计理论导语:桥梁,一般指架设在江河湖海上,使车辆行人等能顺利通行的构筑物。
为适应现代高速发展的交通行业,桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。
桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成,上部结构又称桥跨结构,是跨越障碍的主要结构;下部结构包括桥台、桥墩和基础;支座为桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置;附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。
1引言桥梁设计工作中,因桥与建筑设计工作和施工方法及结构设计的紧密联系,使得桥梁设计师,即是建筑师,又是结构师。
随着桥梁建筑的迅速发展,我国现在的桥梁建设越来越趋向超大跨径,这就需要桥式设计理论的同步发展。
本文依据实际的桥梁设计经验及建筑美学,结合工程力学原理对桥梁设计中的最优设计理论加以探讨。
2桥梁设计的基本规律桥梁结构设计的合理形式并非是特定的形式,也非单一的结构形式,但在总体上仍然具有其统一的基本规律,本文即以此为基本标准来讨论合理桥式设计的一些原则与规律。
一般来说,在实际的桥梁建筑中,桥梁设计师基于长期的工作实践,遵循桥梁结构合理形式的一般规律,并形成自己的基本套路和风格,只是把这些规律与经验系统理论的总结归纳做得比较少,因此可以说,我国桥式理论相对薄弱,需要广大桥梁设计师勇于把自己的经验系统化、理论化,使其具有逻辑性、层次感,把难以定量化的规律用语言的形式归纳出来。
本人结合自己的工作实际,认为桥梁设计的基本规律有如下几点:2.1良好的结构方案。
良好的结构设计方案是完美的结构的重要前提和基础,在桥梁的实际设计过程中,方案构思与结构计算应交叉进行、相互协作。
但无论多么完美的结构计算都无法弥补结构方案中结构构思的不足。
相反,良好的结构方案却能够部分弥补结构计算中的不足,甚至能够推动结构计算的进一步提高,由此可见结构构思的重要性。
良好的结构方案还要保证在设计寿命期内安全可靠,即结构强度、刚度、稳定性及耐久性均应满足要求。
桥梁理论 PPT课件

用桥面连续的预应力混凝土简支梁桥。
开封黄河公路大桥
开封黄河公路大桥,共108孔,77孔为50米预应力T梁,31孔为20
米钢筋混凝土T梁,450米一连桥面连续;
3
7-1 装配式简支梁桥的类型
• 模板化生产,易于系列
化、标准化;
• T型、箱型、TT型截面,
9
一般构造、截面尺寸
• 20米以下跨径;
– 高跨比的经济范围 1/11~~1/16
• 10米跨,梁高0.9米;
13米跨-梁高>1.0米; 16米跨--梁高>1.1米; 20米跨--梁高>1.3米
• 腹板厚度15~18厘米 • 横隔梁比主梁稍矮,约3/4主
梁高,肋宽12~16厘米;
• 翼板比梁宽小2厘米;根部厚
– ◎ “偏心距”变化—预应力筋弯起, – “偏心力”基本不变(弯起角不同,有少量变化)。 – ◎以变化的“预加弯矩” 来抵抗荷载效应。
– ◎◎ “预加弯矩” 在不同的阶段(或截面) ,其效应不同;
– ◎◎在施工阶段(梁端)一部分是负效应;
– ◎◎ “预加弯矩”要获得更大的正效应、避免过大的负效应,必须使
度不小于主梁高1/12端部不 小于8厘米;
10
钢筋砼铺装层构造
11
T 梁受力特点—弯距包络图
12
主梁配筋特点
• 包括纵向受力钢筋、弯起
(斜)钢筋、箍筋、防裂钢 筋、架立钢筋、分布钢筋 (构造)、局部加强钢筋;
• 受力特点抛物线正弯距,可
弯起部分主筋;但至少2根不 小于20%主筋通过支承截面;
• 抗剪要求斜筋,起角45度;
– ◎ “内力偶距”、 “内力”的乘积构成抵抗弯矩; – ◎ “内力偶距” 基本不变,
桥梁设计理论第四讲

第四讲 薄壁箱梁剪力滞的变分解法第一节 概 述初等梁弯曲理论的基本假定是变形的平截面假定,它不考虑剪切变形对纵向位移的影响,因此,弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。
但是,在箱形梁中,产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板,而剪应力在翼板上的分布是不均匀的,在肋板与翼板的交接处最大,随着离开肋板而逐渐减小,因此,剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。
由于翼板剪切变形的不均匀性,引起弯曲时远离肋板的翼板之纵向位移滞后于近肋板的翼板之纵向位移,所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。
这种由于翼板的剪切变形造成的弯曲正应力沿梁宽方向不均匀分布的现象称为“剪力滞”现象或称为“剪力滞(后)效应”。
肋板相距越宽,“剪力滞”现象越显著。
剪力滞概念与有效分布宽度是一回事,前者用不均匀应力表示,而后者用一等效板宽表示。
有效分布宽度用于开口截面,而剪力滞则用于闭合截面。
在我国的现行规范中,关于T 梁的“翼缘板有效分布宽度”有明确的规定,而对于箱形截面,则非常含糊地写道“在无更精确的计算方法,箱形梁也可参照T 形梁的规定处理”。
最早涉及剪力滞问题的的理论推导是T. V . Karman ,他利用最小势能原理与梁的应力对等原则得到解答。
被称为Karman 理论。
在航空工业上,飞机的金属外壳由板与肋组成,剪力滞效应的分布格外突出。
美国工程界将这种弯曲应力分布的不均匀现象称为“剪力滞后效应”,在英国取名为“应力离散现象”。
过去对这种应力集中状态漠然视之,从1969年11月到1971年11月分别在奥地利、英国、澳大利亚与前联邦德国相继发生四起钢箱梁失效或破坏事故。
事故发生后,许多桥梁专家对四座桥的设计和计算方法进行了研究与分析,揭示出这四座桥的计算方法存在严重的缺陷,其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞效应”,因此导致应力过分集中,造成结构的失稳或局部破坏。
目前,国内外均建造了大量的箱形薄壁梁桥、T 形刚构、斜拉桥。
特别是跨宽比小,上下板的惯矩与整个箱形截面惯矩之比较大的连续箱梁支点处,剪力滞效应更为严重,不容忽视。
第10讲:模态分析

一、步进式正弦激励法
步进式正弦激励法是一种测量频响函数 的经典方法。在预先选定的频率范围内,从 最低频到最高频选定足够数目的离散频率值, 每次用一个频率给出激励信号,测出该激励 的稳定响应,再步进到下一个频率,进行同 样的测量。直到所有预先设定的离散点全都 步进完毕。
对于复杂的空间结构,一般情况下将表 现为三维空间变形。这就要求在结构上一个 几何点测量三个方向的响应。在这种情况下, 测量点数和几何点数并不相等。所有测点均 应在测量之前在结构上编号注明。
三、试验频段的选择
试验频段的选择应考虑机械或机构在正 常运行条件下激振力的频率范围。通常认为, 远离振源频带的模态对结构实际振动响应的 贡献较小,甚至认为低频激励激出的响应不 含高阶模态的贡献。实际上,高频模态的贡 献的大小除了与激励频带有关外,还与激振 力的分布状态有关。因此,试验频段应适当 高于振源频段。
五、激振器的支承
1. 当激振器外壳刚性固接于地面时,由 于支承刚度很大,可使激振系统的固有频率
远高于结构的弹性振动频率b>>s,适于用
来激振固有频率较低的结构。
2. 若将激振器外壳通过软弹簧接地,或
采用悬吊支承时,将有b<<s,适用于激振 固有频率较高的结构;为了尽量降低b,可
将重物附加在激振器上,以增加激振系统的 质量。
m1=20m2, 1:2=1 : 20,则二自由度系统
的第二阶固有频率与试件固有频率仅相差 1.2%,可近似为试件接地状态。
近似接地支承方法及等效二自由度系统
二 测点及测量方法的安排 测点位置、测点数量及测量方向的选定 应考虑以下两方面的要求: (1) 能够明确显示在试验频段内的所有模 态的变形特征及各模态间的变形区别; (2) 保证所关心的结构点(如在总装时要与 其他部件连接的点)都在所选的测量点之中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第十讲 斜桥计算理论
第一节 概述
一、斜梁结构的型式
支承线与梁轴线(行车方向)不成直角的梁式结构通常称为斜梁结构。
斜梁结构包括斜肋板式结构、斜格子梁和斜箱梁结构等型式。
斜梁结构的平面形状,由于环境条件的限制会有各种各样的形式,图10-1表示了几种最主要的形式。
其中图10-1a 、b 所示的平行四边形斜梁结构在工程上用得最多,但图10-1c 、d 所示的等腰梯形和直角梯形斜梁结构也常会遇到。
显然,各支承线的方向可以是任意的,这样便形成了各种平面形状的斜梁结构。
当所有支承线与梁轴线都成直角时即为一般的正梁结构,可见正梁结构是斜梁结构的特例。
按静力特性,斜梁可分为简支梁、悬臂梁、连续梁和竖腿刚架等型式,每种斜梁的结构和受力特性均不尽相同。
二、斜角与斜度的定义
目前国内外关于斜角的定义有两种方法。
如图10-l 中的α和ϕ所示。
为清楚起见,将梁轴中心线与支承线构成的不大于90
的角ϕ称为斜(交)角,而将梁轴中心线的垂线与支承线构成的角α称为斜度。
显然,斜度α和斜角ϕ互为余角。
应该注意,图l0-la 、b 表示的平行四边形斜梁结构在许多方面是不同的。
为区分起见,相对梁轴线而言,当ϕ在右边时称为右斜(图10-1b ),当ϕ在左边时称为左斜(图10-la )。
如左、右斜的方向搞错,则成为方向相反的平行四边形斜梁结构。
斜度α的正方向为从支承线向梁轴中心线垂线方向的旋转为逆时针方向(图10-la );反之,向顺时针方向旋转时,
α为负(图10-lb )。
α的变化范围为9090α-<<。
显然,当所有α均为零时即为相应图10-1 斜梁结构的平面形状
的正梁结构。
三、基本假定及分析途径
进行斜梁结构的分析,首先要选择合适的计算图式。
例如,对于图10-2a 所示的较窄的箱形截面简支斜梁桥,可以采用单根斜梁的计算图式,如图l0-2b 所示,其中主梁既有抗弯刚度也有抗扭刚度。
一般情况下,箱梁的端部在支承方向均设有刚劲的端横隔板(或端横梁),因此支承线上横梁AB 和CD 的抗弯刚度可假定为无限大,而抗扭刚度可假定为零,主梁刚结在横梁AB 和CD 之间。
这样,受载时主梁沿横梁方向的扭转为零,而在垂直横梁方向可以自由转动。
工程实践中常遇到的斜梁结构,在很多情况下都可以简化为主梁和十分刚劲的斜横梁构成的单主梁式斜梁结构进行分析,这在国内外的很多文献中均有论述。
但是,要进行多梁式斜梁系结构的实用分析计算,也需要单根主梁斜梁结构的分析作为基础。
因此,必须首先对各种类型的单根主梁斜梁结构(简称斜梁)进行深入的分析和讨论。
本讲首先以单根斜梁为对象研究其计算方法,讨论其受力特性并给出若干便于应用的计算图表,然后进一步研究斜梁系结构的实用计算方法。
斜梁和正梁的基本微分方程是相同的,但由于斜支承的存在使支承处的边界条件不易精确满足,故一般不采用基本微分方程进行求解。
有限单元法、有限条法等数值方法是分析斜梁结构的有效方法,然而设计计算这类结构时,上机条件、所费机时是一个不可忽视的因素。
分析斜梁的另一有效途径是采用杆件系统的结构力学方法。
对于图10-2所示的斜梁,主要承重构件——“主梁”,虽为一直线形杆件,但由于斜支承的存在,使主梁中的弯曲和扭转相互耦合,因此从本质上说,斜梁的分析属空间分析的范畴。
因而,可采用研究空间杆系的结构力学方法来分析斜梁结构。
此法不但简单明了,便于分析斜梁结构的受力特性,而且能得到计算图式的精确解。
一般说来,对于钢筋混凝土或预应力混混凝土结构,薄壁结构效应较小,故分析对可忽略横截面翘曲所引起的内力影响。
另外,对于箱梁中设有一定数量横隔板的斜梁,其截面畸变也可忽略。
因此,单根斜梁可以采用单纯扭转理论进行分析,其基本假定概括为如下两点:
(1)斜梁的横截面在变形后仍保持为平面,即不产生翘曲扭矩和翘曲双力矩; (2)变形后斜梁的横截面周边形状保持不变,即无畸变内力。
如有必要,斜梁的翘曲内力和畸变内力,也可像正梁结构的实用分析计算时一样另行计
T EI GI =∞
=
T 图10-2 简支斜交箱梁桥的计算图式
a)
b)
算。
第二节各向同性斜交板位移的微分方程第三节斜梁桥的计算
第四节超静定简支斜梁的内力
以上三节内容详见文献[1]第五章。
复习思考题
1、箱形梁结构有何特点?P.2
2、试述箱形梁截面的构造要点。
P.3
3、在偏心荷载作用下,箱形梁会产生哪几种变形状态?对应于各种变形状态会出现哪些应力?P.4-5
4、薄壁杆件弯曲分析的基本假定是什么?P.7
5、对于下图所示的开口截面,若假定剪应力沿壁厚均匀分布,试证明截面正应力与剪应力之间的关系式为:
0q t s z σ
∂∂+=∂∂。
P.10
6、何谓剪力中心?有人把剪力中心又称为弯曲中心,为什么?P.11
7、开口截面上任一点的扇性坐标、扇性惯矩的定义如何?P.12
8、闭合截面上任一点的广义扇性坐标、广义扇性惯矩的定义如何?P.17
9、何谓“剪力滞”现象?试绘出薄壁箱梁的弯曲正应力示意图。
并说明剪力滞系数的概念。
P.20、28
10、试述微分与变分的区别。
P.22
11、变分法求解矩形箱梁剪力滞效应的基本假定有哪些?P.24-25
12、对于等截面梁,剪力滞效应沿跨度方向是如何分布的(分简支、连续二种情况叙述)?P.30
13、从式(4-44)分析出现负剪力滞的原因。
P.32 14、自由扭转和约束扭转有何区别?P.38
15、何谓比拟法?自由扭转分析一般采用薄膜比拟法,试列出两者的比拟关系。
P.41-42 16、试述约束扭转分析中的基本假定。
P.56
17、求下图所示梯形箱梁的畸变荷载1P 、2P 、3P 、4P 。
s d
z d
t
18、畸变产生的位移包括哪几种?等截面箱梁畸变结构分析中采用了哪些基本假定? 19、在应用弹性地基梁比拟法求解箱梁的畸变问题时,对于剪力刚性,但可自由翘曲的横隔板、剪力柔性,又可自由翘曲的横隔板、剪力刚性,又翘曲刚性的横隔板,分别对应于弹性地基梁的什么边界条件?请用示意图说明。
P.104
20、曲线梁桥区别于直线梁桥的主要特征有哪些?P.105 21、曲线梁桥纵向分析的前提条件是什么?P.105
22、请列几种举弯梁桥横向分布的计算方法,并选择一种方法说明其基本假定或适用范围。
P.111、文献[1]P.76
23、请标出下图中二座斜桥的斜角ϕ和斜度α。
并说明该斜桥是左斜还是右斜。
P.113
24、单根斜梁采用纯扭转理论分析的基本假定有哪些?采用刚性横梁法计算斜梁桥的横向分布的前提条件是什么?,P.114、文献[1]P.86
25、谈谈你对本课程教学的意见与建议。
2
参考文献
[1] 项海帆. 高等桥梁结构理论, 人民交通出版社, 2001.
[2] 陆楸, 汤国栋. 薄壁杆件, 人民交通出版社, 1996.
[3] 郭金琼. 箱形梁设计理论, 人民交通出版社, 1991.
[4] 胡海昌. 弹性力学的变分原理及其应用, 科学出版社, 1981.
[5] [美] C. P. 汉斯. 常岭, 吴绍本译校. 结构杆件的弯曲与扭转, 人民交通出版社, 1981.1.
[6] 姚玲森. 弯梁桥, 人民交通出版社, 1989.
[7] 邵容光, 夏淦. 混凝土弯梁桥, 人民交通出版社, 1996.5.
[8] 孙广华. 曲线梁桥计算, 人民交通出版社, 1995.2.
[9] 夏淦, 邵容光. 斜梁结构分析, 江苏科学技术出版社, 1995.9.
[10] 黄平明. 混凝土斜梁桥, 人民交通出版社, 1999.5.
[11] 姚玲森. 曲线梁桥的实用计算方法, 土木工程学报, 1982年9月, 第15卷第3期.
[12] 姚玲森, 李新平. 曲线梁桥的实用计算方法----比拟正交异性板法, 土木工程学报, 1986年8月, 第19卷第3期.。