寒冷地区桥面连续构造的受力
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低
温
建
筑
技
术
2012 年第 12 期（ 总第 174 期）
寒冷地区桥面连续构造的受力分析
1， 2 2 2 聂玉东 ， 邢明明 ， 李学刚
（ 1. 哈尔滨工业大学， 哈尔滨 150080 ；
2. 黑龙江省公路勘察设计院， 哈尔滨 150080 ）
【摘
要】 针对常用的桥面连续构造形式， 给出了桥面连续构造内弯矩及应力计算方法， 并对一 6 × 20m 空
聂玉东等： 寒冷地区桥面连续构造的受力分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
55 （ 15 ）
特殊情况， 对两端切缝型桥面连续， 取 M1 = M2 = 0 ， 然 后按公式（ 3 ） ～ 公式（ 6 ） 计算桥面连续段内弯矩及弯曲应 力。 对中间切缝型桥面连续， 将桥面连续中点视为铰接， 可 附加弯矩及最大弯矩计算式如下： 推导杆端弯矩、 杆端弯矩： M1 = M2 = EI （ 6 Δ3 － 6 Δ4 － 3 C φ 3 + 3 C φ 4 ） S2 （ 7） 附加弯矩： ΔM1 － ΔM2 = － 3 EI Δf S2 （ 8） 3
STRESS ANALYSIS OF DECK CONSECUTIVE STRUCTURE IN COLD REGIONS
2 NIE Yudong1， ， XING Mingming2 ， LI Xuegang2
（ 1. Harbin Institute of Technology， Harbin 150080 ， China； 2. Heilongjiang Highway Survey and Design Institute， Harbin 150080 ， China） Abstract： Calculation method of moment and stress was given for deck consecutive structure which is frequently used and the deck consecutive structure of 6 × 20m slabbridge was calculated and analyzed. The results show that： stress is mainly caused by vertical live load， automotive braking force and temperature caused little stress in deck consecutive structure. Key words： bridge engineering； deck consecutive structure； additional moment； vertical live load
“简支桥面连续梁桥 ” 构造简单、 施工方便、 具有良好的 在我国寒冷地区中小跨径桥梁中得到广泛 应 用 。 经济性， “简支桥面连续梁桥 ” 但 桥面连续构造普遍发生早期损坏， 在一定程度上影响这种结构的推广使用 。 设计上对桥面连 续构造的受力认识不够充分， 缺乏专门的计算分析， 是造成 桥面连续构造发生病害的原因之一 。 本文对桥面连续构造 在汽车活载、 环境温度以及二期恒载作用下的受力进行分 析， 给出桥面连续构造受力计算公式， 为桥面连续构造的设 计提供参考。 1 竖向荷载作用 弯曲应力计算 图 1 为简支梁桥面连续计算简图， 主梁高为 H， 桥面连 I， 续厚度为 h， 弹性模量及截面惯矩为 E、 支座间距为 C， 主 桥面连续长度为 S， 桥面连续内钢筋面积及弹性 梁间距为 t， Es ， EZ ， 模量为 A s 、 支座面积及弹性模量为 A Z 、 桥梁竖向荷载 作用下， 在简支梁梁端产生转角位移及竖向位移， 设支座处 φ4 ， 竖向位移分别为 Δ3 、 Δ4 。 转角分别为 φ3 、 2 间桥面连续视为两端固结杆， 将 1、 在上述位移作用 可推导杆端弯矩计算公式如下， 式中弯矩顺时针为正。 下， M1 = EI ［ 6 Δ3 － 6 Δ4 － （ 3 C + S） φ3 + （ 3 C － S） φ4］ S2 （ 1） M2 = EI ［ 6Δ3 － 6Δ4 － （ 3C － S） φ3 + （ 3C + S） φ4 ］ （ 2 ） S2 1. 1 A 点相对于 实际上， 梁端产生转角位移及竖向位移时， 1、 2 点有向上的强迫位移， 在桥面连续内产生附加弯矩， 附 加弯矩计算公式见式（ 3 ） 及式（ 4 ） 。 ΔM1 = ΔM2 = － ΔM1 / 2 = 24 EI Δf S2 24 EI Δf S2 （ 3） （ 4）
σ3 =
F Bh
B 为桥面宽度。 式中， 计算实例 以一 6 孔 20m 空心板桥为例， 说明桥面连续计算过程 。 桥面 宽 度 12. 0m。 空 心 板 计 算 跨 径 L = 19. 26m， 板高 0. 95m， 中板宽 1. 24m， 边板宽 1. 62m。 桥面铺装采用 10cm 厚水泥混凝土。下部结构采用双柱式桥墩， 墩高 7m， 墩柱直 直 径 225mm， 高度 径 1. 0m。支 座 采 用 圆 板 式 橡 胶 支 座， 44mm。3 # 墩顶设固定支座， 其它墩台顶设滑动支座 。 设计 荷载为公路 I 级。
心板桥桥面连续构造进行了计算分析 。结果表明： 桥面连续构造内应力主要由竖向活载引起， 汽车制动力及温度 作用引起的应力很小。 【关键词】 桥梁工程； 桥面连续； 附加弯矩； 竖向活载 【中图分类号】 U441. 5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1001 － 6864 （ 2012 ） 12 － 0054 － 03
式中， Δf 为 A 点强迫位移， 按公式（ 5 ） 计算， 若 Δf ＜ 0 ， 取 Δf = 0 。 Δf = M 2 S2 M1 S－t （1 + ） φ3 － 2 16 EI M2 M max h 2I （ 5）
桥面连续段内弯曲应力为： σ1 － （ 6）
M1 + M2 + ΔM1 / 2 ， 其中： M max = max（ M1 + ΔM2 ， 2 M2 + ΔM2 ）
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2012 年第 12 期（ 总第 174 期）
寒冷地区桥面连续构造的受力分析
1， 2 2 2 聂玉东 ， 邢明明 ， 李学刚
（ 1. 哈尔滨工业大学， 哈尔滨 150080 ；
2. 黑龙江省公路勘察设计院， 哈尔滨 150080 ）
【摘
要】 针对常用的桥面连续构造形式， 给出了桥面连续构造内弯矩及应力计算方法， 并对一 6 × 20m 空
聂玉东等： 寒冷地区桥面连续构造的受力分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
55 （ 15 ）
特殊情况， 对两端切缝型桥面连续， 取 M1 = M2 = 0 ， 然 后按公式（ 3 ） ～ 公式（ 6 ） 计算桥面连续段内弯矩及弯曲应 力。 对中间切缝型桥面连续， 将桥面连续中点视为铰接， 可 附加弯矩及最大弯矩计算式如下： 推导杆端弯矩、 杆端弯矩： M1 = M2 = EI （ 6 Δ3 － 6 Δ4 － 3 C φ 3 + 3 C φ 4 ） S2 （ 7） 附加弯矩： ΔM1 － ΔM2 = － 3 EI Δf S2 （ 8） 3
STRESS ANALYSIS OF DECK CONSECUTIVE STRUCTURE IN COLD REGIONS
2 NIE Yudong1， ， XING Mingming2 ， LI Xuegang2
（ 1. Harbin Institute of Technology， Harbin 150080 ， China； 2. Heilongjiang Highway Survey and Design Institute， Harbin 150080 ， China） Abstract： Calculation method of moment and stress was given for deck consecutive structure which is frequently used and the deck consecutive structure of 6 × 20m slabbridge was calculated and analyzed. The results show that： stress is mainly caused by vertical live load， automotive braking force and temperature caused little stress in deck consecutive structure. Key words： bridge engineering； deck consecutive structure； additional moment； vertical live load
“简支桥面连续梁桥 ” 构造简单、 施工方便、 具有良好的 在我国寒冷地区中小跨径桥梁中得到广泛 应 用 。 经济性， “简支桥面连续梁桥 ” 但 桥面连续构造普遍发生早期损坏， 在一定程度上影响这种结构的推广使用 。 设计上对桥面连 续构造的受力认识不够充分， 缺乏专门的计算分析， 是造成 桥面连续构造发生病害的原因之一 。 本文对桥面连续构造 在汽车活载、 环境温度以及二期恒载作用下的受力进行分 析， 给出桥面连续构造受力计算公式， 为桥面连续构造的设 计提供参考。 1 竖向荷载作用 弯曲应力计算 图 1 为简支梁桥面连续计算简图， 主梁高为 H， 桥面连 I， 续厚度为 h， 弹性模量及截面惯矩为 E、 支座间距为 C， 主 桥面连续长度为 S， 桥面连续内钢筋面积及弹性 梁间距为 t， Es ， EZ ， 模量为 A s 、 支座面积及弹性模量为 A Z 、 桥梁竖向荷载 作用下， 在简支梁梁端产生转角位移及竖向位移， 设支座处 φ4 ， 竖向位移分别为 Δ3 、 Δ4 。 转角分别为 φ3 、 2 间桥面连续视为两端固结杆， 将 1、 在上述位移作用 可推导杆端弯矩计算公式如下， 式中弯矩顺时针为正。 下， M1 = EI ［ 6 Δ3 － 6 Δ4 － （ 3 C + S） φ3 + （ 3 C － S） φ4］ S2 （ 1） M2 = EI ［ 6Δ3 － 6Δ4 － （ 3C － S） φ3 + （ 3C + S） φ4 ］ （ 2 ） S2 1. 1 A 点相对于 实际上， 梁端产生转角位移及竖向位移时， 1、 2 点有向上的强迫位移， 在桥面连续内产生附加弯矩， 附 加弯矩计算公式见式（ 3 ） 及式（ 4 ） 。 ΔM1 = ΔM2 = － ΔM1 / 2 = 24 EI Δf S2 24 EI Δf S2 （ 3） （ 4）
σ3 =
F Bh
B 为桥面宽度。 式中， 计算实例 以一 6 孔 20m 空心板桥为例， 说明桥面连续计算过程 。 桥面 宽 度 12. 0m。 空 心 板 计 算 跨 径 L = 19. 26m， 板高 0. 95m， 中板宽 1. 24m， 边板宽 1. 62m。 桥面铺装采用 10cm 厚水泥混凝土。下部结构采用双柱式桥墩， 墩高 7m， 墩柱直 直 径 225mm， 高度 径 1. 0m。支 座 采 用 圆 板 式 橡 胶 支 座， 44mm。3 # 墩顶设固定支座， 其它墩台顶设滑动支座 。 设计 荷载为公路 I 级。
心板桥桥面连续构造进行了计算分析 。结果表明： 桥面连续构造内应力主要由竖向活载引起， 汽车制动力及温度 作用引起的应力很小。 【关键词】 桥梁工程； 桥面连续； 附加弯矩； 竖向活载 【中图分类号】 U441. 5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1001 － 6864 （ 2012 ） 12 － 0054 － 03
式中， Δf 为 A 点强迫位移， 按公式（ 5 ） 计算， 若 Δf ＜ 0 ， 取 Δf = 0 。 Δf = M 2 S2 M1 S－t （1 + ） φ3 － 2 16 EI M2 M max h 2I （ 5）
桥面连续段内弯曲应力为： σ1 － （ 6）
M1 + M2 + ΔM1 / 2 ， 其中： M max = max（ M1 + ΔM2 ， 2 M2 + ΔM2 ）