梁内力组合
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主梁的内力计算主梁的内力计算包括恒载内力计算和活载内力计算。
根据上述梁跨结构纵、横截面的布置,计算活载作用下的梁桥荷载横向分布系数,求出各主梁控制截面(取跨中、四分点、变化点截面及支点截面)的恒载和最大活载内力,然后再进行主梁内力组合。
一、恒载内力计算1、恒载集度⑴预制梁自重(第一期恒载)①.跨中截面段主梁自重(四分点截面至跨中截面,长7.25m )(1)0.861625.07.25156.165g KN =⨯⨯=②.马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重近似计算(长3.7m ) 主梁端部截面面积为A=1.176m 2()(2) 1.17600.8616 3.725.0/294.239g KN =+⨯⨯=③.支点段梁的自重(长3.55m )(3) 1.1760 3.5525.0=104.37g KN =⨯⨯④.横隔梁的自重 中横隔梁体积为:()30.16 1.590.920.240.72/20.120.12/20.219072m ⨯⨯-⨯-⨯= 端横隔梁体积为:()30.25 1.840.80.20.6/20.353m ⨯⨯-⨯=故半跨内横隔梁重量()(4)20.21907210.3532519.7786g KN =⨯+⨯⨯=⑤.主梁永久作用集度()156.16594.239104.3719.7786/14.9825.00/g KN m KN m I =+++= (2)第二期恒载①翼缘板中间湿接缝集度()50.40.1625.0 1.6/g KN m =⨯⨯=②现浇部分横隔梁一片中横隔梁(现浇部分)体积:30.16 1.590.20.05088m ⨯⨯= 一片端横隔梁(现浇部分)体积:30.250.2 1.840.092m ⨯⨯= 故()()630.0508820.09225.0/29.960.2809/g KN m =⨯+⨯⨯=③桥面铺装层6cm 沥青混凝土铺装:0.0612.52317.25/KN m ⨯⨯=将桥面铺装重量均分给五片主梁,则()717.25/5 3.45/g KN m ==④防撞栏:两侧防撞栏均分给五片主梁,则()87.52/53/g KN m =⨯=⑤主梁二期永久作用集度II 1.60.2809 3.4538.3309/g KN m =+++=2、永久作用效用:下面进行永久作用效用计算(参照图1-4),设c 为计算截面至左侧支座的距离,并令/a c l =。
附表2 框架梁由永久荷载效应控制的内力组合表 kN(kN·m)B梁注:恒载、(楼面)活载的荷载分项系数分别为1.35、1.4;内力组合值均乘以ro=1;为简化计算取 1.35SGk+1.0SQk进行组合。
上柱左梁右梁左梁-89.24-0.225-122.45122.45-0.12104.32-0.233-18.13-0.27520.08-14.93-0.147-28.98下柱24.5421.53-25.31-18.29-49.1426.3224.11-27.11-31.00-52.63第五层29.4724.57-27.36-33.20-53.1330.03 6.6824.72-27.49-33.52-9.03-53.3730.21 6.75-33.67-9.057.16-9.267.38-10.45上柱8.46-8.45-0.177-0.113-72.34-0.146-98.3498.34-0.09386.08-0.181-12.26-0.177 6.98-6.95-0.113-13.53下柱8.46 6.08-8.60-8.45-16.737.38 5.91-7.62-10.45-14.84第四层7.16 5.57-7.45-9.26-14.506.7511.90 5.51-7.43-9.05-13.89-14.466.6811.84-9.03-13.8211.79-13.8011.02-13.90上柱11.31-9.83-0.177-0.113-72.34-0.146-98.3498.34-0.09386.08-0.181-12.26-0.1779.33-8.09-0.113-15.74下柱11.319.09-11.44-9.83-22.2711.029.72-11.36-13.90-22.10第三层11.799.77-11.37-13.80-22.1311.849.739.81-11.44-13.82-12.29-22.2611.909.82-13.89-12.3610.06-12.6610.02-13.19上柱10.80-9.62-0.177-0.113-72.34-0.146-98.3498.34-0.09386.08-0.181-12.26-0.1778.91-7.92-0.113-15.41下柱10.808.27-10.86-9.62-21.1310.028.30-10.42-13.19-20.28第二层10.068.10-10.17-12.66-19.809.8215.688.03-10.12-12.36-16.91-19.699.7315.64-12.29-16.8915.43-16.7414.59-15.81上柱12.62-10.76-0.205-0.124-72.34-0.168-98.3498.34-0.10286.08-0.197-12.26-0.12710.34-8.85-0.077-17.10下柱7.8211.96-13.01-6.68-25.129.0412.65-13.77-9.82-26.59第一层9.5612.82-13.89-10.39-26.83恒载作用下右梁左梁右梁左梁18.13-0.254-339.16-0.086-357.29357.29-0.175324.0893.51-0.1631.66-62.25-0.325107.8958.9036.53-58.18-115.6267.10 108.3867.9636.70-59.57-108.05109.0868.2736.93-59.49-110.64109.1268.7122.3936.94-59.52-110.48-20.8468.7322.43-110.54-20.8922.43-21.0823.27-20.3525.78-28.1543.57-0.121-0.19712.26-0.193-258.42-0.065-270.68270.68-0.106244.6841.12-0.12113.85-15.15-0.19737.1125.7812.50-10.95-28.1525.26 35.7823.2712.05-11.34-20.3535.7822.4312.05-11.24-21.0835.7122.4330.4312.03-11.21-20.89-40.4222.3930.38-20.84-40.3930.19-40.1930.56-39.1030.05-45.8430.47-0.121-0.19712.26-0.193-258.42-0.065-270.68270.68-0.106244.6847.94-0.12116.14-24.66-0.19748.7530.0516.42-21.04-45.8433.52 48.1530.5616.22-21.63-39.1048.4530.1916.32-21.73-40.1948.5430.3828.4716.35-21.75-40.39-34.9730.4328.50-40.42-34.9928.69-35.0929.64-35.8029.50-42.2931.36-0.121-0.19712.26-0.193-258.42-0.065-270.68270.68-0.106244.6847.05-0.12115.85-22.76-0.19747.2829.5015.92-19.26-42.2935.1445.7629.6415.41-18.88-35.8045.4728.6915.31-18.83-35.0945.4128.5031.2315.29-18.82-34.99-42.0228.4731.22-34.97-42.0131.15-41.9830.68-41.7626.77-39.7741.10-0.133-0.23112.26-0.212-213.70-0.072-225.96225.96-0.125199.9642.68-0.08314.49-21.52-0.14448.9116.7116.61-22.60-24.7919.1249.6519.1516.86-22.72-26.0349.7619.4416.90-22.73-26.17作用下的迭代计算-122.45122.45-18.1318.13-357.29357.2921.94-30.26 2.37164.8614.37-82.10 -100.5192.19-15.76182.99-342.92275.19-76.37159.85q35.65q19.88q45.38 1/8ql*l183.671/8ql*l27.061/8ql*l535.93跨中-87.32跨中72.31跨中-226.87左端剪力115.73左端剪力-17.88左端剪力227.52右端剪力-113.14右端剪力-83.48右端剪力-213.58-51.72113.51-98.3498.34-12.2612.26-270.68270.683.59-9.35 6.7956.9612.84-10.40-94.7588.99-5.4769.22-257.84260.28-31.9575.21q28.63q13.51q34.38 1/8ql*l147.501/8ql*l18.391/8ql*l406.02跨中-55.63跨中18.95跨中-146.96左端剪力92.80左端剪力 2.97左端剪力166.84右端剪力-91.01右端剪力-41.61右端剪力-167.34-36.8283.25-98.3498.34-12.2612.26-270.68270.688.19-13.06 4.0374.8310.95-27.15-90.1585.28-8.2387.09-259.73243.53-40.0889.34q28.63q13.51q34.38 1/8ql*l147.501/8ql*l18.391/8ql*l406.02跨中-59.79跨中29.27跨中-154.39左端剪力92.66左端剪力-1.61左端剪力168.75右端剪力-91.14右端剪力-46.19右端剪力-165.42-38.4887.37-98.3498.34-12.2612.26-270.68270.685.94-12.216.0371.1311.77-22.34-92.4086.13-6.2383.39-258.91248.34-29.2088.17q28.63q13.51q34.38 1/8ql*l147.501/8ql*l18.391/8ql*l406.02跨中-58.24跨中26.42跨中-152.40左端剪力92.88左端剪力-1.09左端剪力168.17右端剪力-90.93右端剪力-45.67右端剪力-166.00-46.1190.92-98.3498.34-12.2612.26-225.96225.9611.74-14.97-3.8972.7011.07-28.57-86.6083.37-16.1584.96-214.89197.39-20.7938.88q28.63q13.51q28.70 1/8ql*l147.501/8ql*l18.391/8ql*l338.94跨中-62.52跨中32.17跨中-132.80左端剪力92.40左端剪力 1.44左端剪力141.28右端剪力-91.40右端剪力-43.14右端剪力-137.68-241.92 -152.22 -82.10 -101.69 -115.82 -110.37-111.97 -119.01 -52.34。
(一)荷载分析及受力简图:1、永久荷载永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载,如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
恒载标准值(对水平投影面):板及保温层 0.30kN/㎡檩条 0.10kN/㎡悬挂设备 0.10kN/㎡0.50kN/㎡换算为线荷载:7.50.5 3.75 3.8/=⨯=≈q KN m2、可变荷载标准值门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)。
对于屋面结构,《钢结构设计规范》m,但构件的荷载面积大于602m的可乘折减系数0.6,门规定活荷载为0.5KN/2m。
由荷载规范查得,大连地区式刚架符合此条件,故活荷载标准值取0.3KN/2雪荷载标准值为0.40kN/㎡。
屋面活荷载取为 0.30kN/㎡雪荷载为 0.40kN/㎡取二者较大值 0.40kN/㎡换算为线荷载:7.50.43/q KN m =⨯=3、风荷载标准值 :0k z s z ωβμμω=(1) 基本风压值 20kN/m 6825.065.005.1=⨯=ω(2) 高度Z 处的风振系数z β 取1.0(门式刚架高度没有超过30m ,高宽比不大于1.5,不考虑风振系数)(3) 风压高度变化系数z μ由地面粗糙度类别为B 类,查表得:h=10m ,z μ=1.00;h=15m ,z μ=1.14 内插:低跨刚架,h=10.5m ,z μ= 1.14 1.111.00(10.510)1510-+⨯--=1.014;高跨刚架,h=15.7m ,z μ= 1.25 1.141.14(15.715)2015-+⨯--=1.155。
(4) 风荷载体型系数s μ-0.5-0.6-0.4-0.4-0.5-0.5-0.2+0.8μsμs1其中,s μ=0.2010.24.760.032301230arctg -⨯=⨯=+ 1s μ=12 1.00.6(1)0.6(12)0.36915.710.5h h ⨯-=⨯-=+-各部分风荷载标准值计算:w 1k =0z s z βμμω=7.5×1.0×0.8×1.014×0.6825=4.15 kN/m w 2k =0z s z βμμω=7.5×1.0×0.032×1.014×0.6825=0.17kN/m w 3k =0z s z βμμω=7.5×1.0×(-0.6)×1.014×0.6825=-3.11kN/m w 4k = 0z s z βμμω=7.5×1.0×0.369×1.014×0.6825=1.91 kN/m w 5k = 0z s z βμμω=7.5×1.0×(-0.2)×1.014×0.6825=-1.04 kN/mw 6k = w 7k =w 8k =0z s z βμμω=7.5×1.0×(-0.5)×1.014×0.6825=-2.60 kN/m w 9k = w 10k =0z s z βμμω=7.5×1.0×(-0.4)×1.014×0. 6825=-2.08 kN/m 用PKPM 计算门式刚架风荷载结果如下:其中,'1k ω=4.2KN/m ≈1k ω=4.15 kN/m ;'2kω=0.2KN/m ≈2k ω=0.17 kN/m ; '3k ω=-3.1N/m ≈1k ω=-3.11 kN/m ;'4kω=2.2KN/m ≈2k ω=1.91 kN/m ; '5k ω=-1.2KN/m ≈1k ω=-1.04kN/m ;'6kω=-3.0KN/m ≈6k ω=-2.60kN/m ; '7kω=-3.0KN/m ≈7k ω=-2.60kN/m ;'8k ω=-2.6KN/m =8k ω; '9k ω=-2.1KN/m ≈9k ω=-2.08kN/m ;'10kω=-2.1KN/m ≈10k ω=-2.08kN/m 。
7 内力组合及内力调整7.1内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后,根据最不利又是可能的原则进行内力组合。
当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时,应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行增幅。
分别考虑恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合,并比较两种组合的内力,取最不利者。
由于构件控制截面的内力值应取自支座边缘处,为此,进行组合前,应先计算各控制截面处的(支座边缘处的)内力值。
1)、在恒载和活载作用下,跨间max M 可以近似取跨中的M 代替,在重力荷载代表值和水平地震作用下,跨内最大弯矩max M 采用解析法计算:先确定跨内最大弯矩max M 的位置,再计算该位置处的max M 。
当传到梁上的荷载为均布线荷载或可近似等效为均布线荷载时,按公式7-1计算。
计算方式见图7-1、7-2括号内数值,字母C 、D 仅代表公式推导,不代表本设计实际节点标号字母。
2max182M M M ql +≈-右左 且满足2max 116M ql = (7-1) 式中:q ——作用在梁上的恒荷载或活荷载的均布线荷载标准值;M 左、M 右——恒载和活载作用下梁左、右端弯矩标准值;l ——梁的计算跨度。
2)、在重力荷载代表值和地震作用组合时,左震时取梁的隔离体受力图,见图7-1所示, 调幅前后剪力值变化,见图7-2。
图7-1 框架梁内力组合图图7-2 调幅前后剪力值变化图中:GC M 、GD M ——重力荷载作用下梁端的弯矩; EC M 、CD M ——水平地震作用下梁端的弯矩C R 、D R ——竖向荷载与地震荷载共同作用下梁端支座反力。
左端梁支座反力:()C 1=2GD GC EC ED ql R M M M M l--++;由0M ddx=,可求得跨间max M 的位置为:1C /X R q = ; 将1X 代入任一截面x 处的弯矩表达式,可得跨间最大弯矩为: 弯矩最大点位置距左端的距离为1X ,1=/E X R q ;()101X ≤≤; 最大组合弯矩值:2max 1/2GE EF M qX M M =-+;当10X <或11X >时,表示最大弯矩发生在支座处,取1=0X 或1=X l ,最大弯矩组合设计值的计算式为:2max C 11/2GE EF M R X qX M M =--+; 右震作用时,上式中的GE M 、EF M 应该反号。
组合梁应力分析实验一、实验目的1.用电测法测定两根组合后的梁的应力分布规律,从而为理论计算模型的建立提供实验依据。
2.通过实验和理论分析,了解不同材料、不同组合形式以及不同约束条件对组合梁的应立及应力分布规律的影响。
3.学会利用实验测量结果分析和分离组合梁内力的方法二、实验背景与基本原理梁在受到力的作用发生弯曲时,横截面上的应力分布是上下表面大、中间小,材料的利用率很不合理,因此提出以下改进:1)改变截面的形状,如工字钢、槽钢、方钢等;2)多层复合与叠加,中间选用强度低的材料,上下表面则选用强度高的材料,如三合板等或组合梁。
工程中实际的梁往往是由两根以上的梁组合而成的,本试验选择了截面尺寸相同的两根矩形梁按下述三种方式进行组合:相同材料的两个梁上下叠放,不同材料的两个梁上下叠放,相同材料的两个梁上下叠放,同时在左右打入楔块。
通过实验分析和比较多种约束下叠梁的应力应变分布规律或对内力作用等影响效果以及判断他们的承载能力大小,找出它们的共同点和不同点,从而全面讨论材料类型、结构形式、约束形式等变化对截面应力应变分布规律的影响,为建立理论计算模型提供实验依据。
三、实验装置与仪器设置1.叠梁如图1所示,一种是材料相同的钢-钢组合而成的叠梁,另一种是不同材料的钢-铝组合而成的叠梁。
2.楔块两如图2所示,在距梁两端约50mm处用钢制楔块压入上下两的切槽内,楔块左右端面与梁为过盈配合,楔块上下表面与梁留有间隙。
3.焊接量与梁的梁断面完全焊死。
4.加载设备:WDW3020型电子万能试验机。
5.应变测量仪器:YE2539高速静态应变仪。
6.量具:游标卡尺、钢板尺。
四、实验步骤1.实验时每个小组测试一种梁的数据,组桥方式为单臂测量。
2.记录另外两种粮的数据。
3.实验完毕后,通过对三种梁实验数据的分析和比较,找出测试数据的差别,并弄清出以下问题:五、理论计算1.叠梁假定两梁接触面无摩擦力,可以相对自由滑动。
上梁在外力及下梁给与的反力作用下的弯曲;下梁则有上梁传递的作用力及支座反力的作用下弯曲。