桥梁工程案例-横梁计算.pdf

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1、桥 梁 博 士 V 4 工 程 案 例 教 程 上 海 同 豪 土 木 工 程 咨 询 有 限 公 司 Shanghai Tonghao Civil Engineering Consulting Co.,Ltd.横梁计算横梁计算 1 目录 1、工程概况 2、计算方法与验算要求 3、荷载分析 4、建模操作 5、计算书与结果对比 6、其他拓展 2 1、工程概况 3 构造图纸 4 构造图纸 本例取9号横梁进行计算演示 9号横梁：预应力横梁，双支座，支座间距7.35m 5 工程概况 结构类型：预应力横梁(某互通匝道其中一联320m等高度预应力连续箱梁，桥宽14.945-22.233m）公路等级：公路-

2、I级 桥面布置：该处横梁桥面宽度17.395米（0.5米防撞护栏+16.395米行车道+0.5米防撞护栏），4车道 材料：（1）混凝土：C40；（2）钢筋：HRB400；（3）预应力钢束：钢绞线d=15.2mm，fpk=1860Mpa 构造：梁高0.15m-1.6m，变高梁，详见右表 6 9号横梁钢束图纸 7 9号横梁钢筋图纸 配筋 （1）箍筋：12cm间距布置，支座附近10cm加密，本例模型按全部12cm考虑，直径16mm，8肢箍 （2）纵筋：直径28mm，顶底各38根，距离顶底缘分别为21cm和10cm （3）斜筋：提供抗剪作用，本例不考虑。添加方法将在视频中介绍。8 2、计算方法与验算要

3、求 9 计算方法与验算要求计算方法与验算要求 一、计算方法 采用空间杆系分析，根据桥梁施工流程划分结构计算的施工阶段；根据荷载组合要求的内容进行内力、应力计算，按A类预应力构件验算结构在施工阶段和使用阶段的应力、极限承载力是否满足规范要求。（1）设计规范 公路桥涵设计通用规范（JTG D602015）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 33622018）（2）施工方法 满堂支架浇筑施工 （3）截面考虑 （a）断面计算取横梁矩形截面，计算配置的材料偏于安全。(普通钢筋混凝土横梁多用)（b）考虑6倍顶底板厚度的顶底板长度参与横梁共同受力，采用工字形截面。（预应力横梁多用）10 计算方

4、法与验算要求计算方法与验算要求（4）恒载处理 主梁自重等恒载效应在横梁处的分配沿横梁宽度方向是不均匀的，通过腹板传递给横梁的内力比较大，而通过顶底板传递的比例比较小，至于比例到底是多少，大多认为腹板70%，顶底板30%；但也有认为腹板传力占85%左右的。由于这个占比没有精确的算法支持，所以目前对恒载的处理有三种方式：a.把恒载均布加到横梁上箱梁腹板宽度范围内 b.把恒载用集中力平均加到腹板位置 c.按比例在腹板处加载部分集中力，其他位置施加均布力 具体用哪种一般与项目负责人理念有关。但实际计算可以发现，第二种方式对设计更为保守，结合有效分布宽度的理念，这个方式也更可取一些。（也可以再根据自己判

5、断考虑一个折减系数）11 计算方法与验算要求计算方法与验算要求（5）活载处理 a.处理原理：根据纵向一列车计算得到的活载反力，折算到一个车辆的轴重上，自定义成车辆荷载，再根据横向车道范围进行车辆活载加载，程序按横梁活载效应影响线求出最不利活载效应。b.活载系数：即纵向一列车计算得到的此处活载反力（因为程序横向车辆默认轴重1KN，轮重1/2KN）c.最终汽车效应=多辆汽车加载的效应x活载系数x折减系数。tip1:此处的多列车效应，是根据用户输入的车道数，通过影响线加载而得；不是简单的一列车的倍数。tip2:折减系数取值，程序会自动依据规范进行相应车道数折减。注意:纵向加载时活载系数与本例横向加载

6、的系数不同 a.对于预制、拼装的T梁、空心板等结构，其活载系数是用横向分布工具计算得到的分配系数；b.对于整体箱梁、整体板梁等结构，其活载系数就是其所承受的汽车总列数，考虑纵横向折减、偏载后的修正值。例如，对于一个跨度为230米的桥面4车道的整体箱梁验算时，其横向分布系数应为4 x 0.67（四车道的横向折减系数）x 1.15（经计算而得的偏载系数）x0.97（大跨径的纵向折减系数）=2.990。12 计算方法与验算要求计算方法与验算要求 验算项目验算项目 规范条文规范条文 状况 类型 序号 验算项 JTG 3362-2018 持久状况 承载能力极限状态 1 正截面抗弯承载力验算 5.1.2-

7、5.2.8,5.3、5.4、2 斜截面抗剪承载力验算 5.2.9 3 受压区高度验算 5.2.1 4 开裂弯矩、最小配筋率验算 9.1.12、9.1.13 正常使用极限状态 5 混凝土正截面和斜截面抗裂验算（全/A类）6.3 6 混凝土裂缝宽度验算（B类/钢筋）6.4 应力验算 7 混凝土正应力、主压应力 7.1.5、7.1.6 8 钢束拉应力 7.1.5 短暂状况短暂状况 应力验算 9 混凝土正应力（预应力结构）7.2.7-8 10 混凝土正应力、主拉应力；钢筋拉应力（钢筋混凝土结构）7.2.4-5 二、验算项目二、验算项目 13 3、荷载分析 14 荷载分析荷载分析 一、恒载（1）横梁结构

8、自重 a.自动计算：自重系数设为1.04，程序自动计算。（本例采用程序自动计算）b.按均布力计入：q=G/L，G为横梁自重，L为横梁长度。横梁体积74m，自重G=7426=1924KN，q=1925/17.395=111KN/m （2）两边梁体通过腹板传递给横梁的恒载剪力 将桥梁纵向计算得到的第一、二期恒载总和，扣除横梁模型中自重与施加的二恒，然后分成N个集中力加载在N个腹板中间（N为腹板个数）计算详见下一页PPT 15 荷载分析荷载分析 横梁9恒载剪力之和：V总=9559.7（KN）横梁自重G=1924KN 传递到每个腹板上的剪力：V腹板=（9559.7-1924）5=1912KN 注意：（

9、1）桥博4的支反力结果中结构重力及附加重力已经包含横梁和横隔板以及护栏和铺装作用下支反力效应（其荷载类型选择了“结构重力及附加重力”）16 荷载分析荷载分析（3）纵梁收缩徐变：收缩效应为0，不计入；徐变效应-7.7KN在施工阶段进行输入 纵向徐变每个腹板受力：-7.75=-1.54（KN）（4）纵梁支座沉降：a.纵梁支座沉降正反力（662.6+1606.5）5=453.8 b.纵梁支座沉降正反力-（1782.7+486.3）5=-453.8 注意：桥博V3.6不支持施工阶段收缩徐变和支座沉降以确定的荷载值定义，所以只能近似用并入永久荷载处理，而桥博V4支持施工和运营阶段各种荷载类型的加载，所以

10、我们可以分别定义，让程序根据荷载类型进行组合。17 荷载分析荷载分析 二、活载 （1）横向车列：将纵向一列车的支反力作为汽车横向加载活载系数。即通过纵向计算得到的活载效应（该值为纵向计算时，使用阶段支反力汇总结果里面，汽车MaxQ对应下的最大值），除以纵向计算时汽车的纵向加载活载系数求得的一列车的活载效应，填入横向加载的活载系数中，然后进行横梁的横向加载计算。拓展：人群的活载系数同理，为1m宽人群纵向计算时，人群MaxQ对应下的最大支反力 注意：桥博V4的横向加载有效区域不需要手动扣除车轮距离路缘石的距离，程序将自动考虑 横梁活载系数:1872.43.082=608（数据来源详见下一页）18

11、荷载分析荷载分析 纵梁计算参数见下图，此时计算的效应要除以纵向加载的活载系数纵梁计算参数见下图，此时计算的效应要除以纵向加载的活载系数3.082，才是一列车的效应值，才是一列车的效应值 19 荷载分析荷载分析 二、活载（2）汽车冲击力：冲击系数=0.3（3）纵梁梯度温度对横梁的效应荷载 前面在“横梁9支座支反力汇总表”中，我们已知梯度升温效应值为-308.5KN，梯度降温效应值154.3KN，平均到每个腹板上：a.纵梁梯度升温-308.55=-62KN b.纵梁梯度降温：154.35=31KN 20 注意：a.这两个荷载效应要作为活载在运营阶段输入，荷载类型选择“梯度温度”b.对于集中荷载和线

12、性荷载表示的活载，名称相同作为同一种工况。荷载分析荷载分析 三、混凝土收缩、徐变 由程序自动考虑 四、均匀温度 简支体系，不需要考虑 五、基础变位 横向同时沉降，不考虑 六、梯度温度 根据15通规，按100mm沥青铺装厚考虑梯度温度 21 4、建模流程 22 建模流程图建模流程图 前处理 后处理 结果查询 输出计算书 总体信息设置和材料定义 模型输入和截面拟合 钢束、钢筋设计 施工阶段信息的输入 运营阶段信息的输入 结构模型的离散与数据准备 运行分析 23 1 1、总体信息、总体信息 在总体信息中默认材料没有的材料，用户可以增加行自行添加 规范选取规范选取 计算内容计算内容 材料参数材料参数

13、24 2 2、结构建模、结构建模 截面设计：截面绘制截面设计：截面绘制 参数截面参数截面 截面定义截面定义 计算设置计算设置 截面绘制截面绘制 添加变量添加变量 提示：考虑横梁与纵梁提示：考虑横梁与纵梁的共同作用，采用工字型的共同作用，采用工字型横梁截面，悬臂取横梁截面，悬臂取6 6倍顶底倍顶底板厚度，板厚度，L=6L=60.25=1.5m0.25=1.5m 25 2 2、结构建模、结构建模 参数编辑器参数编辑器 坐标变量表示坐标变量表示 26 2 2、结构建模、结构建模 截面设计：截面绘制截面设计：截面绘制 参数截面参数截面 截面定义截面定义 计算设置计算设置 定义等效横梁截面、和等效截面悬

14、臂两种截面 截面计算设置截面计算设置 27 2 2、结构建模、结构建模 构件建模：建梁（支座距离梁端构件建模：建梁（支座距离梁端5m5m）双击构件在属性表中增加特征节点双击构件在属性表中增加特征节点 插入截面插入截面 修改构件属性修改构件属性 加密构件节点加密构件节点 采用建梁命令，按如图命令采用建梁命令，按如图命令依次输入建立梁构件依次输入建立梁构件 双击构件弹出属性表，按截双击构件弹出属性表，按截图所示增加行，添加梁高变化图所示增加行，添加梁高变化位置特征节点位置特征节点T1T1-T8T8以及跨中以及跨中特征节点特征节点K K 28 2 2、结构建模、结构建模 构件建模：建梁（支座距离梁端

15、构件建模：建梁（支座距离梁端5m5m）双击构件在属性表中增加特征节点双击构件在属性表中增加特征节点 插入截面插入截面 修改构件属性修改构件属性 加密构件节点加密构件节点 双击构件弹出属性表，按截双击构件弹出属性表，按截图所示插入截面图所示插入截面 29 2 2、结构建模、结构建模 构件建模：建梁（支座距离梁端构件建模：建梁（支座距离梁端5m5m）双击构件在属性表中增加特征节点双击构件在属性表中增加特征节点 插入截面插入截面 修改构件属性修改构件属性 加密构件节点加密构件节点 选中构件弹出属性对话框，选中构件弹出属性对话框，按截图所示修改构件属性按截图所示修改构件属性 自重系数设为自重系数设为0

16、 0，在施，在施工阶段采用均布荷载添加工阶段采用均布荷载添加 30 2 2、结构建模、结构建模 构件建模：建梁（支座距离梁端构件建模：建梁（支座距离梁端5m5m）双击构件在属性表中增加特征节点双击构件在属性表中增加特征节点 插入截面插入截面 修改构件属性修改构件属性 加密构件节点加密构件节点 按截图所示使用加密命令，按截图所示使用加密命令，选择构件起点和终点进行加密选择构件起点和终点进行加密，按，按1m1m一个单元加密一个单元加密 31 3 3、钢束设计、钢束设计 具体钢束编辑操作详见具体钢束编辑操作详见操作手册及视频讲解操作手册及视频讲解 32 4 4、钢筋设计、钢筋设计 采用“纵筋”、“箍

17、筋”和“画钢筋”命令按截图所示进行钢筋编辑。采用“纵筋”、“箍筋”和“画钢筋”命令按截图所示进行钢筋编辑。具体编辑操作详见操作手册及视频讲解具体编辑操作详见操作手册及视频讲解 33 5 5、施工分析、施工分析 边界约束采用简支体系边界约束采用简支体系 共两个施工阶段，其中“收缩徐共两个施工阶段，其中“收缩徐变”阶段只考虑变”阶段只考虑36503650天的收缩徐变天的收缩徐变效应效应 34 5 5、施工分析、施工分析 本施工阶段浇筑构件，张拉本施工阶段浇筑构件，张拉钢束钢束 添加纵梁通过腹板传递的剪添加纵梁通过腹板传递的剪力力-1912KN1912KN 35 5 5、施工分析、施工分析 添加纵梁

18、徐变荷载添加纵梁徐变荷载 添加纵梁支座沉降荷载添加纵梁支座沉降荷载 36 6 6、运营分析、运营分析 37 6 6、运营分析、运营分析 38 5、结果与计算书 39 1 1、结果查询、结果查询 结果快速查询结果快速查询查询模板查询模板 40 2 2、计算书、计算书 计算结果对比计算结果对比 41 6、其他拓展 42 荷载分析荷载分析 一、变宽桥梁与等宽桥梁横梁计算的区别 （1）恒载的计算没有区别，程序会自动将实际重量考虑进去并在支反力结果得以体现 （2）汽车活载 a.如果不存在车道变化也没有区别；b.如果存在车道数量变化，纵梁计算时活载系数需要按车道数变化求出折线纵向活载系数进行纵梁计算，然后

19、将得到的支反力除以验算横梁处车道数的纵向活载系数作为横梁计算横向加载的活载系数。（比如三跨连续梁，前面两跨都是1车道，最后一跨边跨有2车道，此时再按纵向一列车计算得到的支反力作为横梁计算的车辆轴重，那就少考虑了最后一跨多一个车道的影响，所以需要用折线系数纵向计算将多出的车道影响也折算到横向计算时的车辆轴重上）43 荷载分析荷载分析 二、折线横梁与直线横梁计算的区别 （1）存在折线横梁的桥梁一般是变宽桥梁，其处理见上一页内容 （2）折线横梁横梁需不需要拉直建模处理？a.如果选择平面杆系分析，则拉直处理，此时支座间距比实际间距要大，计算偏保守。b.桥博V4支持空间杆系，可以同时考虑不同平面力的作用，此时按折线建模处理，更符合真实情况。三、折线横梁的对接匝道范围的车道荷载处理 （1）横梁计算的活载系数的求取 与盖梁不一样，盖梁需要分别对两侧各联纵梁求活载支反力折算到横向计算的车辆轴重，横梁计算只需要其 所在联的纵梁计算考虑行车车道数变化即可，具体计算见上一页内容。（2）横向计算的车道布置 与直线梁没有区别，沿着梁轴线设置按真实桥面元素设置即可。44 敬请批评指正！45