浅谈对梁式桥设计与计算程序的研究(2)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-04
(五)点铰式独柱墩预设偏心改善桥台支座受力及梁的内力
桥台(一般采用抗扭支座)和抗扭或固接的中墩,预设偏心对扭矩包络图影响较小。
扭矩包络图对于判断曲梁桥扭转性状的重要参考。近年出事故的曲梁桥,其所用软件(包括进口软件)都不输出扭矩包络图,设计带有盲目性。扭矩包络图还要计算正确。有两点被某些软件忽略了:1、必须正确计算各种形状截面的剪力中心,2、必须正确计算恒载对剪力中心的偏心(即使是左右对称的截面,其恒载对剪力中心也有偏心)。
二、钢筋混凝土曲梁配筋计算
公路桥规关于“受扭构件”的条文有以下缺点:1、对纯剪、纯扭、剪扭构件无定义、无分类;2、未提及剪扭共同作用构件的强度折减;3、对剪扭构件的适筋范围简单地沿用了纯剪构件的适筋范围,似欠科学;4、所指的受扭构件是矩形截面,不便于桥梁应用。我国混凝土结构设计规范是我国众多科研单位十几年实验研究的总结,具有很高水平。
它关于“受扭构件”的条文有许多优点:1、对构件分类,当构件受到的扭矩小于一定值,定义为纯剪构件,当受到的剪力小于一定值,定义为纯扭构件,当剪力、扭矩的联合效果大于一定值,定义为剪扭构件,非常科学;2、对每类构件按其受力的大小分为四类;3、对剪扭共同作用构件的强度折减系数有详细的规定;4、所指的受扭构件是工形截面,并且引入了抗扭塑性抵抗矩的概念对工形截面的扭矩进行再分配,便于桥梁应用。
任何国家的混凝土结构设计规范中的公式都是从大量实验归纳出来的。混凝土是非均质脆性材料,小构件与大构件的实验结果会有很大差异。象桥梁这样大构件套用从小构件得来的规范公式,误差大小很难把握。作者提出的内力横向分配理论,每一步都有严格的力学依据和严格地验证,当内力分解到每个工形截面后还要再分解到每个小矩形截面,然后套用规范公式,是很可以放心的。
三、曲梁桥预应力计算
(一)曲梁桥预应力计算中与直梁桥的不同点
1、曲梁桥摩擦损失计算
空间转角=钢索各微段相对前段的竖向偏角增量平方与水平偏角增量平方的总和再开平方;
摩擦系数:取公路桥规推荐值;
局部偏差系数:比公路桥规推荐值略大;假如钢绞线、波纹管的平面弯曲半径约70M,局部偏差系数可取 0.0035(公路桥规推荐值0.003)。
2、连续曲梁桥各主梁的预压力一般不等于其中钢索的预拉力
如果曲梁在平面内可以自由变形,它在预应力作用下,除发生轴向缩短,还发生弯曲,平面弯曲半径变小,但墩台的约束一般不允许半径变小,于是曲梁的外主梁受到额外压力,内主梁受到额外拉力,使得每个主梁的预压力一般不等于其中钢索的预拉力。这一现象要求必须计算曲梁桥在预应力作用下的平面弯曲变形,计算每主梁每截面的预压力,这一现象给曲梁预应力带来一个方便:尽管外主梁的弯矩比内主梁大,但是在许多情况下,内外主梁的钢索可以设计得一样多,甚至内外主梁钢索的竖坐标也设计得完全相同。
3、线性变换定理不适用曲梁桥
曲梁桥预应力钢索的竖坐标只要发生变动,其预应力效果必须重新计算。
(二)混凝土徐变、收缩、分批张拉应力损失的合理算法
除了纯粹以科研为目的的程序外,国内外所有的预应力结构分析程序都是要先把钢索转化为等效力然后再进行结构变形计算。转化为等效力之前必须把所有的预应力损失扣除掉。有些损失与结构变形、与时间有关,只有当随时间发展而发生的变形知道以后,才能把这些损失正确扣除。因此混凝土徐变、收缩、分批张拉应力损失的合理算法是采取循环迭代算法,即:先近似地把钢索转化为等效力,计算结构变形,再重新把钢索转化为等效力,再计算结构变形,多次循环(一般三次)后,可达精确结果。除此之外的算法必然是近似的。
至少1989年以前,国外预应力曲梁桥的设计方法是:全桥当作一根梁,钢索按功能分为抗弯、抗扭两类,抗弯钢索布置与直梁桥相同,目的是使上下缘应力满足要求,抗扭钢索是布置在顶板和底板(或左右腹板)上的弯曲方向相反的钢索,专门用于平衡恒活载和抗弯钢索产生的扭矩。其实,抗扭钢索是多余的。利用压力线和压力线限制区方法,只要使各主梁的弯曲应力满足要求,扭矩也能满足要求,当然扭矩的各项效应要具体计算。
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