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預應力混凝土公路橋的設計計算(一)

預應力混凝土公路橋的設計計算(一)

作者:admin????來源:未知????發布時間:2018-07-13 14:32????瀏覽量:

  隨著預應力混凝土的應用及其橋型日新月異的發展,預應力混凝土橋的設計理論和計算方法也有許多改進,預應力錨具要求使用新的數學和力學理論來解決不斷出現的新問題。現代力學對材料塑性有了研究,在工程實踐中又發現了過去沿用的以彈性理論為依據的容許應力計算法的許多缺點,我國預應力混凝土橋起初按破損階段設計,進而轉人按極限狀態法來進行設計。

  預應力混凝土橋由于類型日趨復雜、橋跨不斷加大以及施工方法和計算工具的發展,要求有周到的設計考慮和復雜而**的計算。為了保證結構的安全與經濟,設計計算中的近似假定減少了,開始考慮結構的空間作用,溫度分布與結構變形產生的非線性影響以及地震、風振使結構產生的動力與穩定向題。在解析法不能滿足設計的需要時,加強了工地測試并以模型試臉作為輔助手段。近來,設計工作者逐漸認識了設計構思、方案比較的重要性,利用先進的優選理論進行多方面的橋型比較。所有這些都以計算技術的改進為后盾,用電子計算機來完成重復的、繁瑣的計算工作。

  橋梁結構實際上是一個空間體系,而習慣上常簡化為平面向題來計算,梁板結構一般簡化為板或簡化為梁。設計鋼筋混凝土T梁和箱梁時,**初是用偏心受壓法、彈性支承連續梁祛、經驗加成法、薄壁桿件法作空間計算,其后又有各向異性板比擬法和利用相鄰主梁變形協調條件的方法,這些荷載橫向分布計算法亦可應用于預應力混凝土橋梁的設計。目前,還可以錯動力法、修正偏心受壓法、推廣比擬板法及薄殼有限元空間整體法對箱梁空間受力進行活載分布的比較。

  混凝土徐變對預應力混凝土結構有很大影響,它是隨荷載持續時間的增長而增一長的變形,影響到錨具結構的內力和撓度。1964年設計鹽河T型剛構橋肘,初次實踐了計算剪力鉸中的徐變剪力和由徐變造成的懸臂端撓度。其計算采用老化理論,以后一直沿用。進入八十年代以來,有的設計考慮了徐變中的彈性部分,即所謂彈性后滯的影響,使計算更為合理。混凝土收縮隨時間增長的規律與徐變相似,其計算多可從表中查出。

  徐變產生預應力損失,且其變形受到鋼筋的約束。在靜定結構中它引起應力重分布,不會改變內力大小,但在超靜定結構中,由于還受到贊余力的約束,將引起二次內力變化。徐變大小與荷載強度、持續時間和混凝土加載齡期有關,因此徐變引起的內力隨施工狀態、體系轉換而變化,可分別計算后進行疊加。

  對于受贅余力約束的超靜定結構,溫度變化使結構變形,引起附加贊余力和溫度內力。溫度超靜定內力在設計中一般是要計算的,但在開始時,對各部分溫度差的影響未加注意,影響了拼裝定位的精度,后來,在施工過程中進行了觀測,發現橋面板上、下溫差呈曲線分布,因此,一般簡化為三角形或矩形,箱梁橋板以內為等溫場。近來對日照升溫和驟冷降溫按造成沿梁高為曲線的非線性溫度分布來計算其產生的內力和應力,這就更接近于實際情況。

  考慮結構的非線性變形是現代結構分析的重大改進,預應力混凝土斜拉橋的結構大位移和彎矩與軸力的相互作用使纜索、梁、塔產生非線性的應變和變形,對柔細的梁、塔要進行分析,一般按線性分析,然后考慮增加一個百分數。

  自古以來,地震使許多橋梁遭到破壞,1976年唐山大地震引起設計者極大重視。預應力混凝土橋多為大跨徑橋,首先應考慮抗震計算和防震措施,注意結構的整體性和聯結的牢固性。近來,更重視消能和控制地震能的輸入及其分配,如采用像膠支座及飄浮體系等。

  整個橋在風振下墜毀的事故有很多的,1940年美國塔科瑪大吊橋的失事引起了工程界極大震驚,開始對橋梁空氣動力學進行研究。過去橋梁設計只作風荷靜力計算,忽略了橋梁剛度、阻尼特性和空動特性。懸素橋與斜張橋尺寸纖細、跨徑大,對風振敏感,更應注意空氣動力影響。根據研究結果,須使橫截面形狀呈流線型以減小風振影響,并增強結構剛度及阻尼以保持結構穩定。空氣動力穩定性可以通過計算來預測,但斜張橋橋面系形狀復雜,從理論上進行預測是困難的,因此,常在橋位處對風力進行觀測,同時用風洞模型試驗作為檢驗手段。近幾年來,我國預應力混凝土橋在設計中已開始做風洞模型實驗,并采用了流線形橋面系。

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