曲线梁桥结构设计及内力计算课程设计

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       班级：    桥梁 1202

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五跨预应力混凝土曲线梁桥结构设计与内力计算

摘要

    曲线梁桥又称弯梁桥，受力特点不同于其他形式，在外荷载作用下出现弯扭耦合，外边缘的挠度一般大于内边缘的挠度，对于设有抗扭支座的弯梁桥，外弧侧的支座反力大于内弧侧的支座反力，由于抗扭支座的存在而使结构为超静定结构，在结构设计与内力计算中比一般的梁桥复杂，因此，在处理这类问题时，可以借助有限元软件进行结构受力分析，如迈达斯，ansys,桥博，sap2000等。MIDAS/Civil是针对土木结构，特别是分析象预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计的软件。

关键词：曲线梁桥  结构设计  内力分析  迈达斯

Abtract

Curved girder is also called the curved girder bridge, the mechanical characteristics are different from other forms, the outer loads appear crankle coupling, outside the edge of the deflection generally greater than in the edge of the deflection, for curved girder bridge with torsion bearing, bearing reaction force is greater than the inner arc of the outer arc side side bearing reaction force, due to the existence of the torsional support and make the structure is statically indeterminate structure, the structural design and complex than the average in the calculation of internal force of bridge, therefore, in dealing with this kind of problem, can undertake structural stress analysis by finite element software, such as Midas, ansys, bridge, sap2000, etc.MIDAS/Civil is for Civil structures, especially the analysis of prestressed concrete box bridge, suspension bridge, cable-stayed bridge, such as special forms of bridge structure, and can do a nonlinear boundary, hydration heat, the material nonlinear analysis, the static elastoplastic analysis, the dynamic elastic-plastic analysis.To quickly and accurately finish analysis and design of software of similar structures.

Keywords: curve beam bridge structure design, internal force analysis of Midas

目录

一：设计资料...............................................4

二：截面及防护栏设计及相关技术参数的确定...................5-6

三：五跨曲线梁建模.........................................7-10

四：结构内力计算...........................................10-26

3.1 计算结构自重（一期恒载+二期恒载）、整体升温、整体降温作用下的支座反力、主梁内力（弯矩、剪力、扭矩）和变形（竖向、扭转）结果；

3.2 分别计算边跨跨中、次边跨跨中、中跨跨中及其中间支点截面内力（弯矩、剪力、扭矩）影响线（注：分中载、内偏和外偏三工况进行计算）；

3.3 计算公路-I级荷载作用下不同荷载工况下（中载、内偏载和外偏载）的 

     弯矩、剪力、扭矩包络图和各支座的支反力包络值；

3.4 根据荷载组合原则，计算桥梁结构承载能力极限状态下对应的弯矩、剪

    力、扭矩包络图和支反力包络值。

一：设计资料

1. 荷载标准：公路-I级，两车道；

2. 跨径布置：30+30+30+30+30+30=150m，主梁混凝土标号为C50，不考虑

横隔板的影响；

3. 主梁宽度：B=8.5m；

4. 桥梁中轴线曲线半径：R=100m；

5. 年均温差：+30 oC，-25 oC；

6. 防撞护栏采用新泽西护栏（宽度50cm，高100cm，具体重量请根据自己拟定的图纸计算）；

7. 桥面铺装采用：1cm厚的沥青改性防水层，9cm厚的沥青混凝土。

8. 施工方法：满堂支架施工；

二：截面与护栏的设计及相关技术参数的确定

2.1 主梁截面设计

已知桥宽8.5米，根据相关规范，拟定曲线梁桥横截面如下

2.2 新泽西防护栏设计

      尺寸如下

由于护栏不是受力构件，因此采用C20混凝土，截面积A=0.2654m2

2.3 桥面铺装及二期恒载

   已知桥面铺装采用1cm厚的沥青改性防水层，容重取12KN/m3 ，9cm厚的沥青混凝土，容重22KN/m3, C20混凝土容重为24KN/m3，所以二期恒载

2.4 汽车活载

   根据公路工程技术标准（JTG B01 2003）规定

取

三：建模

3.1 建模步骤

   （1）建立项目

   （2）建立节点，建立单元，建立节点单元可以直接在迈达斯里面建立，也可

    以通过建立节点单元表格然后导入。

   （3）设置材料，本题目为C50混凝土

   （4）截面特性设置，有两种方法，可以通过设计截面的设计用数值截面导入  

    导入CAD的dxf格式，也可以直接输入尺寸（外部，内部轮廓尺寸）

   （5）建立约束条件。

   （6）施加荷载条件，包括一期恒载，二期恒载，整体温升，整体温降，活载 

     作用下中载，内偏，外偏。

   （7）运行分析，求解不同荷载工况下的内力图（弯矩，轴力，剪力），支座

     反力，影响线，计算荷载组合，弯矩和支座反力包络图。

3.2 具体建模设置参数

3.2.1 截面特性的输入（如下图）

设计截面为单箱单室截面，并输入外部轮廓尺寸和内部轮廓尺寸，剪切验算及腹板厚度抗剪用最小均自动生成。

3.2.2 边界条件设置

中间两个支座和边支座为抗扭支座，其余支座不抗扭，每个支承约束均设为刚性连接，其支座节点坐标从左起分别为1号支座（63，） 2号支座（44） 3号支座（59，60）4号支座（57，58）5号支座（11）6号支座（52，53）

支座支承表如下

值为1表示这个方向上有约束，为零表示这个方向自由，从表示可以看出

1，3，4，6号支座的两个支承在Z方向均为1，即能抗扭，4号支座固定，在任何方向均不能有位移，其他支座均能沿切向和径向发生位移（为了适应温度，徐变收缩等因素产生的变形），2号支座与5号支座不具有抗扭功能。

3.3 荷载荷载工况

静力荷载工况1：一期恒载，自重系数为x=0.y=0.z=-1(即竖直向下)

静力荷载工况2：二期恒载，前面已算为24.21KN/m,设置参数为梁单元荷载，荷载工况二恒，荷载类型为分布荷载，不偏心，荷载大小P1,P2均设为-24.21，其余均为默认设置。如下图

温度荷载：温度上升30度，下降25度

汽车荷载：分中载，内偏，外偏

四：结构内力分析

4.1 一，二期恒载内力及变形

弯矩

剪力

扭矩

整体升温

弯矩

剪力

扭矩

整体降温

弯矩

剪力

扭矩

恒载

竖向变形

扭转变形

温升

竖向变形

扭转变形

温降

竖向变形

扭转变形

4.2 中载，内偏，外偏作用下面截面的内力及影响线

中载

边跨跨中

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中间支点弯矩

中间支点剪力

中间支点扭矩

外偏

边跨跨中

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中间支点弯矩

中间支点剪力

中间支点扭矩

内偏

边跨跨中

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中间支点弯矩

中间支点剪力

中间支点扭矩

次边跨

中载

边跨跨中

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中间支点弯矩

中间支点剪力

中间支点扭矩

次边跨

内偏

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中间支点弯矩

中间支点剪力

中间支点扭矩

次边跨

外偏

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中间支点弯矩

中间支点剪力

中间支点扭矩

中垮

中载

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中垮

外偏

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

中垮

内偏

弯矩影响线

剪力影响线

扭矩影响线

4.3 中载，内偏，外偏作用下的弯矩，剪力，扭矩包络图和各支座的支反力包络值。

中载

弯矩包络图

剪力包络图

扭矩包络图

支座反力包络图

外偏

弯矩包络图

剪力包络图

扭矩包络图

支座反力包络图

内偏

弯矩包络图

剪力包络图

扭矩包络图

支座反力包络图

4.4 荷载效应组合

   承载能力极限状态= 1.2恒载+1.4活载+0.7（温度应力+徐变）

4.4.1承载力极限状态（温度降低）

弯矩包络图

剪力包络图

扭矩包络图

支座反力包络图

4.4.2承载能力极限状态（温度上升）

弯矩包络图

剪力包络图

扭矩包络图

支座反力包络图

总结：曲线梁桥不同于一般梁桥，出现弯扭耦合，由运行结构可分析，同一荷载组合下，相同内力或支反力的最大值和最小值相差不大，表明承载力极限状态下活载占的比重较小。荷载仍然占总荷载的比例大，根据支座反力图可知，在偏心荷载作用下支座反力不均匀，外缘反力大于内缘反力，所以，曲线梁桥出现的事故比一般梁桥出现事故的概率大，可能会出现支座脱空，出现负反力，侧翻等安全事故。