桥梁结构设计第二讲弯桥
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浅谈弯桥结构的设计与受力分析浅谈弯桥结构的设计与受力分析张杰(1余姚市公路管理段,浙江余姚315400)摘要:在现今公路建设中,部分桥梁在布线时受平面线形的影响而位于平曲线内。
针对此情况,本文对弯桥设计中主要考虑的一些因素作出阐述,可供设计人员进行弯桥设计时,作为参考。
1 概述交通事业的迅猛发展,使国内公路工程建设进入黄金时代。
公路等级不断提高,在设计总体布局方面要求桥位确定、桥梁设计应服从路线线形标准设计。
所以为了满足布线时的平曲线形指标,就会有部分桥梁在路线总体线形限制下处于曲线段,使桥梁结构类型的选择、结构计算方面难度加大。
同时从桥梁美观学考虑,曲线桥梁在整体布置方面要求更高。
因此曲线桥梁的设计计算就显得尤为重要。
2 设计理论分析2.1非重力荷载下平面弯梁的内力及内力横向分配2.1.1温度变化,混凝土收缩混凝土收缩可以按规范折算成温度均匀下降来考虑,可引起弯梁桥在水平面内的位移,这类位移属于弧线段膨胀或缩短性质的位移,它只涉及到曲率半径的变化,而圆心角不发生改变。
同时温度变化、混凝土收缩使弯梁桥产生的内力,除水平弯矩My、轴向力Nz外,还有径向的水平剪力Qx。
2.1.2弯梁桥水平温度力的特点及其与下部结构的关系弯梁桥在温度变化时,一般会产生水平内力,特别对于桥越宽、半径越小的弯桥,支座对水平位移的约束越大,水平温度力亦越大,因此弯桥设计中必须考虑这些力。
温度变化使梁在支座上位移的数值很小,在设计弯桥支座时,不要把它的横桥向位移固定死,只要让它发生很小一点横向位移,就可大大减小支座及梁的温度力。
对于弯梁,即使顺桥向布置了足够多的自由滑动支座,梁内仍然可能会有轴向力,这种轴向力是各支座的径向约束力在梁轴切线方向上的分力造成的。
如果弯梁绕铅垂竖轴的转动位移在某个墩台上被固定死,这个墩台可能受到很大的水平转动力矩。
当同一个墩台上设置多个制动支座时,将会发生此种情况,故设计时应注意避免。
从以上分析可以得出要减小弯梁桥水平温度力,我们可以采取以下主要措施:①放松一部分墩台支座的径向约束;②采用弹性水平约束支座;③对于环形立交桥,可考虑将环道设计成连续的闭合圆环。
弯桥计算理论弯桥【curvedbridge】指的是桥面中心线在平面上为曲线的桥梁。
有主梁为直线而桥面为曲线和主梁与桥面均为曲线两种情况。
弯桥主要分为曲线梁桥,曲线斜拉桥,曲线悬索桥。
本文主要论述曲线梁桥。
1 概述随着现代社会的发展和人们需求的提高,交通要求越来越快捷对个体舒适视觉感官的要求也越来越高。
我国近年来修建了大量的高等级公路尤其城市立交桥建设发展很快,道路设计时往往要综合道路平面纵断面和横断面等进行设计,以保证道路的平面顺畅纵坡均衡和横断面合理。
考虑到车辆行驶时的安全舒适以使驾驶人员的视觉和心理反应能保持线形的连续性,由于直线视觉效果单调容易使人疲劳,现在进行道路设计时往往采用平面上避免长直线的设计原则,因此弯桥的使用是不可避免的。
以前由于计算工具和设计理论的欠缺常常以直代弯,如我国南京长江大桥的引桥工程等将直桥上的人行道路缘石和栏杆等稍加修整以满足道路平面曲线线形的要求,但当弯道半径较小或桥梁跨径较大时以直代弯则显得不尽合理,而弯桥就不存在这样的问题。
随着计算理论的日渐成熟和人们的不断实践摸索弯桥有了很大的发展,曲线梁桥以其优美的曲线与道路良好的适应性以及其跨越能力已成为现代交通工程中的一种重要桥型。
在高等级公路中在对环境有特殊要求的地方为了尽量保持原地貌景观也都使用了曲线梁桥。
例如瑞士的勒内恩高架桥依山傍水而行,布伦纳公路上的卢埃克桥紧靠在多岩石茂密森林的山腰上。
这些桥不但起着交通作用还给大自然增添了一道亮丽的风景,早在20世纪30年代很多桥梁工程师就开始了对曲线桥有关问题的研究,60年代初国外一些桥梁专家和学者开始了对曲线梁桥进行深入细致分析探索并付诸于工程实践。
我国自80年代以来随着经济的快速增长,交通业也飞速发展,修建了大量的公路铁路尤其是城市立交桥发展更快,修建了大量的全互通式立交桥,使得我国的曲线梁桥的理论研究和工程实践取得了很大的可喜成果。
广州北京天津沈阳等许多城市都较早地修建了由曲线梁组成的大型立交桥,如弛名全国的天津市中山门蝶式立交桥满足交通功能占地少造价低造型优美。
弯桥直做折做弯做什么是弯桥?弯桥,又称为曲线桥,是一种弯曲的桥梁结构,通常用于跨越河流、山谷等自然障碍物,以及利用地形起伏来连接不同高度的地面。
弯桥的设计原理弯桥的设计中,主要考虑以下几个因素:•曲线半径:弯桥的曲线半径决定了桥梁的弯曲程度和平滑程度,对桥梁的舒适度、通行能力和美观程度有很大影响。
•桥梁高度:桥面高度会影响桥梁的稳定性和舒适度,同时还要考虑跨越物和通行车辆的需求。
•车道宽度:桥面宽度与通行车辆的宽度相适应,如果车道宽度不足,将会影响车辆的通行和安全。
•弯道半径:弯度过大会影响通行速度和车辆转弯的稳定性,在设计弯道时需要充分考虑通行车辆的类型和转弯半径要求。
弯桥的施工方法弯桥的建造通常使用钢筋混凝土、钢结构等材料,在施工时需要考虑以下几个步骤:1. 建立桥墩和墩台桥墩和墩台是支撑桥梁的基础,需要在合适的位置、合适的高度进行建造。
建造桥墩时,需要先进行基础处理,然后进行模板搭建和浇筑混凝土等操作。
墩台的建造则需要注意墩台的高度、面积和强度等因素。
2. 搭建临时支撑在施工过程中,需要搭建临时支撑来支撑桥梁的重量,以避免过度变形或坍塌。
支撑的位置和形式需要根据桥梁结构和建造进度调整。
3. 安装主梁主梁是桥梁的负荷承载部分,需要按照设计要求进行安装。
在弯桥的安装过程中,需要根据弯度和曲线半径的要求,进行适当的模板和脚手架搭建,从而确保主梁的安装质量。
4. 安装荷载面板荷载面板是所谓的桥面,承担了桥梁通行车辆的重量和冲击力。
在安装荷载面板时,需要根据桥梁的曲线半径和弯度要求,进行合适的调整和施工。
折做弯做在实际建造中,为了避免弯桥的结构复杂性和施工难度,有时也会采取折做弯做的方式来满足曲线要求。
折做弯做的桥梁结构比较简单,施工难度也较小,但不同于直桥的线性形态,折做弯做的桥梁更为曲折、富有动感,同时也需要进行合适的设计和施工。
总结弯桥作为一种非常特殊的桥梁结构,属于大型桥梁建设范畴中的一项重要内容。
【前言】弯桥与平桥是桥梁工程中常见的两种桥型,其设计直接关系到桥梁的承载能力和使用效果。
本篇文章将就这两种桥型的设计教案进行讲解,解析它们各自的设计思路和要点,并结合具体案例进行说明。
【一、弯桥的设计教案】1.设计目标弯桥的设计目标是行车舒适、结构安全、工程经济。
由于其跨径较大,需要保证桥梁的整体稳定性和承载能力。
2.设计思路(1)选择桥位:考虑到弯桥跨度较大,且需要保证行车舒适性,应选择路线转弯处设置弯桥,以缓解行车速度和减轻车辆冲击,提高行车安全性。
(2)确定桥形:弯桥的桥形可以选择钢桁斜拉桥、悬索桥、梁桥等不同类型的桥型,根据地形地貌、车流量、结构材料等综合因素进行选择。
(3)计算荷载:确定弯桥的设计荷载,考虑到桥梁的使用环境和预期使用寿命,同时保证桥梁的承载能力。
(4)确定结构参数:确定桥型、跨度、跨数、桥宽、主梁高度、截面尺寸等结构参数,使其能满足设计荷载的要求。
(5)选取材料:根据结构参数和设计荷载等要求,选取材料和规格,同时兼顾工程经济。
(6)施工方案:制定施工方案,包括工序、施工方法、施工时间、安全措施等。
3.设计要点(1)弯桥在设计时要考虑桥梁的整体稳定性,选择合适的材料和结构形式。
(2)弯桥的结构参数的选择要考虑到各种因素的影响,如车辆行驶速度、桥梁跨度、荷载等,以确保桥梁的稳定性和承载能力。
(3)弯桥的施工方案要合理,施工前要统筹考虑各种环境因素和施工条件,制定适宜的施工措施,以提高施工效率和确保施工安全。
4.案例分析以潍坊通济河大桥为例,该大桥设计跨度为165m,采用的是两座双层钢桁斜拉桥形式,每层四个钢梁,橙色的桥墩上绕着高速公路匝道。
在该项目中,设计人员结合当地特点,采用了合适的桥型和材料,确定了合理的结构参数和施工方案,从而保证了大桥的设计质量和工程效果。
【二、平桥的设计教案】1.设计目标平桥的设计目标是行车舒适、结构安全、施工便捷。
由于其跨度相对较小,需要保证桥梁的承载能力和使用效率。
弯桥设计弯桥,变宽桥在城市立交中占相当大的比例,而且相对于普通直桥来说,弯桥的受力和变形更加复杂,简化处理很难保证精度,而且在设计过程中构造上的调整对于结构受力的影响很难量化,通常都需要试算-->调整--->再试算----->再调整,要保证弯桥的结构安全和经济,是项比较麻烦,依赖经验的工作.以下是些个人总结:1.弯桥的受力特点----->弯扭耦合作用,EI/ET最好尽量的接近,过大的刚度比会导致跨中扭矩的增大从而降低结构的费效比。
所以,在设计过程中,保证纵向抗弯刚度的时候将EI设置过大2.内外梁受力不均,当车辆偏载时,因为实际跨径的不同,外梁相对内梁有很大的弯扭矩差。
设计过程中以最大内力为控制的话,将造成费效比降,如果分别设计的话,导致设计施工过程的复杂化,所以这个问题也是弯桥设计过程中的控制问题之一。
3.弯桥的变形和直桥有很大区别,弯桥的变形主要是相对圆心的,径向和切向变形。
所以在设计过程中有关桥梁变形的设计,内力,都和普通直桥有很大区别,是注意事项之一。
4.弯桥的支座设置。
直桥的支撑体系很简单,主要向下构传递竖向反力,而弯桥就不同,弯桥支座的设置直接影响着抗扭墩处,及跨中扭矩,抗扭支座的设置以及单支座偏心的设置都可以很有效的降低跨中扭矩,优化结构受力性能,节约材料和成本。
所以,支撑体系也是弯桥设计控制因素之一。
5.弯桥设计过程中工况的考虑。
城市桥梁中,小半径桥梁的比例很大,而且半径通常是小于250米的,活载的冲击,离心,偏载;温度,沉降都是桥梁结构稳定的很不利因素,而且预应力的布置也是需要非常小心的问题。
所以说弯桥的荷载不能像直桥一样考虑过于简单,得细致,其中任意一项的疏漏或粗心大意都可能导致桥梁侧翻,开裂,从支座上滑移。
6.弯桥计算模型的建立和试算过程。
最好建梁格模型,用MIDAS和桥博等简单软件对比计算,先建不调扭得模型,算出最大不利荷载,然后增加抗扭墩和偏移支座逐步调整内力分布,调整独柱墩偏心的时候注意抗扭墩内侧支座不要出现负反力,最好留点余地,以防规范以外的重车偏载引起桥梁侧翻,特别是大纵坡加超高的。
1、弯桥的分类(材料,横截面,平面形状)平面形状:扇形曲线梁桥、斜交曲线梁桥按弯桥的曲线形状分类:圆曲线弯桥、缓和曲线弯桥、组合曲线弯桥按材料种类分类:钢筋混凝土弯桥、预应力混凝土弯桥、钢弯桥、钢、混凝 土组合结构弯桥按横截面型式分类:弯板梁桥、弯T 梁桥、弯I 梁桥、弯箱梁桥、弯展翅梁 桥按结构体系分类:简支弯梁桥、连续弯梁桥、弯拱桥、弯刚构桥、弯斜拉桥按施工方法分类:支架现浇弯梁桥、预制拼装弯梁桥、悬臂浇注弯梁桥、顶 推弯梁桥、整体架设弯梁桥2、斜弯梁桥(构造,概念)3、弯梁桥计算荷载分为哪两类?4、弯梁桥温度变形分为哪四个方向的位移分量(图示)5、弯扭耦合作用,弯扭刚度比,抗弯格子刚度,翘曲扭转理论“弯一扭”耦合作用:与直线梁相比较,曲线梁由于曲率的影响,导致曲线梁 产生弯扭耦合作用。
也即在外荷载作用下,梁截面内产生“弯矩”的同时必然伴随着产生“耦合扭矩”;同理,在产生“扭矩”的同时也伴随着产生相应的“耦合弯矩”。
因此,其相应的竖向挠曲变形也与扭转角之间对应的产生耦合效应。
弯扭刚度比k =EI /GId 集中荷载时的跨中挠度的横梁、跨中作用单位跨度为荷载时的跨中挠度主梁跨中作用单位集中抗弯格子刚度a 2=α翘曲扭转理论:当弯梁桥的截面为开口薄壁或分离式闭口薄壁截面等形式时,翘曲扭转在总扭矩中将占有相当大的部分,故此时必须考虑翘曲扭转的影响。
6、弯桥不动点位臵影响因素在桥跨结构平面图形的形心面上,存在这样一个点O ’,当水平力作用线通过该点时,桥跨结构仅产生平移而不产生转动;反之,当平面旋转力矩作用在该点时,则桥跨结构仅产生绕O ’点的转动而不产生平移不动点位臵的坐标,主要取决于上部结构的几何形状、桥墩位臵、支座布臵方式、支座的剪切刚度等因素而定。
7、支撑(固定,点铰支撑)弯梁桥的支承按其能否抗扭通常可理想化为如下两类:(1)固定铰支承:抗扭固定而无抗弯约束的铰支承。
(2)点铰支承:无抗扭约束的单铰支承。
平面弯桥的设计计算平面弯桥是一种常见的桥梁形式,通常用于跨越河流、山谷和道路等地形。
它具有较高的承载能力和稳定性,设计计算是确保桥梁的安全运行的关键环节。
本文将从桥梁设计参数、弯桥计算方法和相关设计规范三个方面来探讨平面弯桥的设计计算。
一、桥梁设计参数1.跨径:桥梁的跨径是设计计算的基础参数,它指的是两个支墩之间的水平距离。
跨径越大,桥梁的自重和荷载会更大,所以在计算时需要格外注意。
2.桥墩和桥面:桥墩是桥梁的支撑结构,通常由柱子或墙体组成。
桥面是通行道路的平台,也承受着车辆、行人和货物等荷载,所以在计算中需要考虑它们的承载能力。
3.基础:桥梁的基础是支撑整个结构的关键,它包括基础底板、墩柱基础和桥墩基础等部分。
基础的稳定性和承载能力是保证桥梁安全运行的重要因素。
二、弯桥计算方法1.静力计算法:静力计算法是常用的弯桥计算方法,它假设桥梁在荷载作用下处于平衡状态,通过解析力学方程求解桥梁的应力和位移分布。
这种方法适用于桥梁的小变形和小位移的情况。
2.有限元法:有限元法是一种数值计算方法,通过将桥梁分为若干小单元,建立相应的数学模型,利用离散化的方法求解桥梁的应力和位移。
这种方法适用于桥梁的大变形和大位移的情况。
3.动力计算法:动力计算法是考虑桥梁动态响应的计算方法,它利用振动理论和结构动力学知识,通过模态分析和响应频谱法计算桥梁的动态响应。
这种方法适用于桥梁受到地震等外部激励或考虑车辆荷载振动的情况。
三、相关设计规范1.公路桥梁设计规范:公路桥梁设计规范是中国桥梁设计的基本规范,其中包含了桥梁设计的基本原则、设计荷载、计算方法和结构设计等内容。
2.土木工程建设物设计规范:土木工程建设物设计规范是对土木工程设计的基本规定,其中包含了弯桥的基本设计要求、荷载标准和结构设计等方面的内容。
3.国际桥梁设计规范:国际上也有很多国家和地区制定了桥梁设计规范,如美国公路和交通协会(AASHTO)的规范和欧洲标准(EN)等。
弯桥布置方法弯桥布置方法:让你的桥梁“弯”得漂亮又实用嗨,我的好朋友们!今天我要给你们分享一个超酷的秘籍——弯桥布置方法。
这可不是一般的知识哦,学会了能让你的桥梁建设水平瞬间提升几个档次!首先,咱们得搞清楚为啥要弄弯桥。
你想想,有时候直线的桥走起来多单调啊,而且遇到地形复杂的地方,弯桥才能更好地适应环境,就像我们人要根据不同的场合穿不同的衣服一样。
接下来,就是关键的步骤啦!第一步,勘察地形。
这就好比你要去参加一个派对,得先知道场地啥样,是宽敞的大厅还是狭窄的角落。
对于弯桥来说,要仔细看看周围的山川河流、道路走向,哪里高哪里低,哪里有障碍物。
我跟你们说,我有一次去勘察地形,差点掉进一个大坑里,把我吓得小心肝扑通扑通的!所以这一步一定要认真仔细,不然桥建歪了可就闹笑话啦。
第二步,确定弯桥的半径和弧度。
这就像给桥定个“身材曲线”,半径太小了,车子开上去会感觉像坐过山车;半径太大了,又浪费材料还不美观。
一般来说,要根据交通流量、车速还有地形来决定。
比如说,如果是在市区里,车流量大,速度相对慢,半径可以小一点;要是在高速公路上,那半径就得大一些,让车能顺畅地跑起来。
第三步,设计桥墩和桥台的位置。
这俩家伙可是支撑桥的“大柱子”,位置得放对。
想象一下,如果桥墩歪七扭八的,桥不就成了摇摇桥啦?所以要根据弯桥的弧度和受力情况,合理安排它们的位置,让桥受力均匀,稳稳当当的。
第四步,选择合适的桥梁结构形式。
这就像是给桥选一套“衣服”,有箱梁、T 梁、板梁等等。
不同的结构形式适用于不同的弯桥,要根据实际情况来挑。
比如说,箱梁的整体性好,适合大跨度的弯桥;板梁施工简单,适合小跨度的弯桥。
在布置弯桥的过程中,还有几个特别重要的点要注意。
一是要考虑桥梁的伸缩缝。
这就好比人的关节,得让桥有活动的空间,不然热胀冷缩,桥可就“生病”啦。
二是排水问题。
可别让雨水在桥上积成小池塘,那车开过去不得溅一身水啊。
三是要注意美观。
毕竟桥也是城市的一道风景线,弯得好看才能让人赏心悦目。
弯桥的设计要点独柱支承的曲线梁桥设计何维利(北京市政工程设计研究总院)【摘要】本文论述了曲线架桥设计过程中所遇到的一些实际问题,并提出了一些解决方法。
介绍了曲线桥梁的受力特点论述了曲线梁桥调整墩柱偏心的平衡设计方法,分析了不同支承形式和预应力钢束对曲线梁桥受力的影响,另外对曲梁桥的施工和构造要求进行了论述。
【关键词】曲线梁桥平衡设计最大扭转角扭转变形预应力钢束径向力一、概述目前曲线梁桥在现代化的公路及城市道路立交中应用已非常普遍。
尤其在立交的匝道设计中应用最广。
由于受地形、物和占地面积的影响,匝道的设计往往受到多种因素限制。
这就决定了匝道桥具有以下特点:首先匝道有别于主干道所以匝道桥的宽度比较窄,一般匝道多为一或两车道。
宽度在6~11m左右。
第二,由于匝道用来实现道路的转向功能在城市中立交往往受到占地面积的限制,所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥,平曲线最小半径可在30m左右,曲线匝桥上多设置较大超高值。
第三,在大型立交中匝道的规模有时也在增大,匝道桥往往设置较大纵坡,匝道不仅跨越下的非机动车道,有时还需跨越主干道,这就增大了匝道桥的长度。
在曲线梁桥下部结构设计时,为减少占用土地、改善下部结构布局、增加视野和桥形美观,其下部墩往往往采用独柱承方式。
这种形式的曲线梁桥受力状态较为复杂,所以在设计过程中,必须对其结构受力特点有充分的了解,全面综考虑各种因素对主梁及撤往的不利影响。
在全国范围内,此类桥型结构目前已出现多次因设计原因而在施工或使用过中发生事故;其中有的引起主梁开裂;有的引起墩柱开裂;还有的引起主梁向外偏转或向内偏转而使支座脱空;有的经全桥拆除;给国家造成巨大经济损失。
综上所述,对于独柱支承曲线梁桥的设计,必须引起充分重视,并使用空间分析程序对其上下部结构进行全面的整体计算。
下面就曲线梁桥设计中遇到的一些实际问题进行分析与论述。
二、独柱支承曲线架桥结构受力特点曲线梁桥受力特点是相对于直桥而言的,由于主梁的平面弯曲使得下部结构墩往的支承点不在同一条直线上,从而造曲线梁桥的受力状态与直桥有着很大差别。