弯桥计算理论

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对于两端设抗扭支承的超静定曲梁,支承的偏心只能
改变支承处各个支座上的反力分布而绝不能改变梁的扭矩
分布。如果一侧支承斜向变化时,该支点截面随斜角的增
大而增加负弯矩。而斜角需到某一个负角内,该截面都有
正弯矩产生。此负角度将随弯扭刚度比值的增大而增大。
这里规定当曲梁半径顺时针转动与斜支承线重合时,所得 到的锐角为正角,反之则为负角,如图b)所示。另外,
d 2 s
ds 2
GId s
EI
d 3
ds 3
1 r
d3w ds 3
GI
d
d
ds
1 r
dw ds
经整理有平面曲梁的符拉索夫方程。
由于平面弯梁的平面内变形与垂直水平面的变形相对
独立,若仅考查所关心的后者,则略去
翘曲作用,以 ds rd代入则有
mn
,并不计截面
EIn r4
d4w
d 4
0 22.5 ~ 30时 ,C11极小,即可足够精确地用跨径 l r0
的直梁来计算的纵向弯矩。 F.莱昂哈特将此范围扩大
k 止 0 50 分析还发现, 值增加时,由曲率因素导致的扭转变形
显著增大,即采用抗弯刚度EI较小,抗扭刚度
EI
较大的箱
d
形截面或低高度梁应为首选
2) 荷载特点
除一般直桥的荷载特点处,主要表现在:
s
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u r
n
d2w ds 2
r
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d2u ds 2
u r2
s
d
ds
1 r
dw
ds
N
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d2w ds 2
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(3)符拉索夫方程 弹性体材料本构关系
My
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E
I
y
d2u ds 2
u r2
符合虎克定律,则有
T
EI
GI d r4
d2w
d 2
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d 2 d 2
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0
EIn GId r3
d2w
d 2
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d 2 d 2
EIn
r2
ms
0
注意到坐标轴方向不用,则上式在文献[5]中已给出
2) 简支超静定弯梁的汉斯(Heins)一斯贝特思(Spates)解
利用数学手段将符拉索夫方程式的后两式中的位移
弯梁及其坐标系
从第二、三式可以看出,必须联立求解才能得到竖向
w 变位 和扭角 ,这就是弯、扭耦合作用,即当外荷载
作用时,截面内产生弯矩(扭矩)的同时,必然地伴随着 产生耦合扭矩(弯矩),其变形亦如此,且无论是恒载还 是工作荷载作用
(2)受力不均匀现象 由于扭矩的存在,弯桥外边缘弯曲应力大于内边缘,
中,正号内力示于图b)中。 (1)静力平衡方程
利用六个空间平衡条件: Fi 0, Mi 0(i n, y, s)
微段弯梁的截面内力
可以导得弯梁 的六个静力平衡 方程[2、3]为
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my
0
Qn s
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0
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qs
0
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mn
0
T s
事实上,偏心点铰支承连续曲梁的内力,可以看成是由 中心支承时连续曲梁的内力和中心支承连续梁上作用的偏 心支承中扭矩的内力两部分组成。支承偏心只能调整曲梁
的扭矩,但绝对不能消除扭矩。
平面弯梁的符拉索夫方程及其解法 1) 符拉索夫方程的推导
在如后图所示的三维流动直角坐标系中,取一微段
ds rd其上作用的六种荷载及六种截面内力亦示于图a)
2my s 2
my r2
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EIn
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w EI IV
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ms
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wIV
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EIn
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mn s
上式的第一式与二、三式相对独立,它表示弯梁平面内变
形与垂直于水平面的变形相对独立,前者相当于拱承竖向 荷载作用,后者则反应了弯梁在竖向荷载作用下的特点
e 对应一力般和公活载路所桥引,起支的座扭偏矩心影距响不c 小大于。2m时,偏心距对预加
a)为单跨静定 曲梁中心布置
b)为单跨静定 曲梁偏心布置
c)为单跨超静定 d)为单跨超静定
曲梁中心布置
曲梁偏心布置
(2)多跨弯桥支座布置
a)两端点 均设抗扭支 座,中间跨 设铰支座
b)当跨数较多 ,两端点设抗 扭支座,中间 也设置一定数 量的抗扭支座 ,其余均为中 心铰支座
(1)离心力是弯桥特有的与桥轴线垂直的水平荷载。
在曲率半径较小时( r 250m),应计及其作用
(2)弯桥冲击力的研究还不够深入,目前多以与桥轴弧 线长相同的直桥计算,且对弯曲冲击和扭转的冲击不作区 分,略显粗糙。
3) 支承布置特点
支座布置如下图所示,
a)为单跨静定曲梁中心布置, b)为单跨静定曲梁偏心布置; c)为单跨超静定曲梁中心布置, d)为单跨超静定曲梁偏心布置。
c)为减小扭 矩,两端设置 抗扭支座,中 间跨设置向外 侧有偏心的铰 支座
பைடு நூலகம்
d)为增大全 桥抗侧倾稳 定性,两端 设置抗扭支 承,中间交 替布置偏心 铰支承
中间设置偏心铰支承的连续曲梁,不仅在造型上比较美 观,而且受力性能也比全抗扭支承或中间为中心铰支座具 有更大的优越性。中间铰支点在外侧方向预设一定的偏心 值,可以调整梁内的扭矩分布,有利于降低曲梁的扭矩
Mn r
ms
0
Qy s
qy
0
消去剪力项 Qn Qy 和轴向力 N 后,可得
3M y s 3
1 r2
M y s
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my r2
2M x s 2
1 r
T s
qy
mn s
T s
1 r
Mx
ms
(2)几何方程 铁木辛柯( S.Timoshenko ) 导出的几何方程 为[4]
量 w(s消) 去,可得
EI v1
2
EI r2
GI d
1v
1 r2
EI r2
弯桥计算理论
弯桥特征 平面弯梁的符拉索夫方程及其解法
纯扭转时简支曲梁分析 曲梁分析的能量原理 非径向支承弯梁计算
小结
弯桥特征
1) 力学特点
(1)弯、扭耦合作用 取如下图所示的坐标系,据文献[1]推导,等曲率平面 弯梁的基本微分方程(符拉索夫方程)为
EIy u 2
2 r2
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1 rr4
u
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外边缘挠度大于内边缘,即使等截面主梁承受均匀荷载, 此现象依然存在,应引起设计重视。
(3)圆心角与弯扭刚度比 k 对内力的影响。
分析两边抗扭支承的单根曲梁,可得跨中截面的挠度
影响线为
w cp
r3 EI
(C10
k C11 )
式中: k EI / EI d
进一步对扭转有关的系数 C1分1 析表明,当圆心角
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