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    活载结构内力分析与计算

      活载结构内力分析与计算


      活载纵向影响线计算


      活载为基本可变荷载(包括汽车、平板挂车或履带车及人群等),它是在使用阶段内作用的荷载,此时结构已成为终体系,即连续梁桥。活载沿桥纵向不但可能在任一位置作用,而且也可能正向行驶,又可能反向行驶,其相互间距在满足规范的前提下又是任意的。


      因此求活载不利效应是一个很重要的问题。连续梁桥一般按平面问题计算,因此将荷载乘以不利横分布系数,沿桥梁纵向将荷载按不利位置分别在影响线正(负)效应区加载,即可求得绝对值大的正、负活载内力。


      连续梁桥为超静定结构,一般采用有限元法计算绘制影响线。影响线计算时,单位荷载p=l是作用在桥面单元节点上的,因此求有限元支配方程的荷载项比较简单,知道各单元在整体坐标系下的刚度矩阵,很容易利用单元定位向量装配成结构刚度矩阵[K]。


      知道各单元的单元荷载,在求得其等效节点荷载后,叮利用单元定位向量装配到结构荷载列阵{P}中,这样就形成了结构分析支配方程式,即本章第一节中公式。解方程时只需进行一次三角分解,然后根据不同的荷载项进行前代和回代求解,得到结构各节点的变位。有了节点变位后,求解截面内力及支点反力时,只有节点位移引起的那一部分。因此,位移、内力、反力影响线也不难求解。


      温度影响力计算

    桥梁预压水袋.jpg

      箱形梁的温度影响


      温度影响力在《公路桥涵设计通用规范》(021-89)中属其他可变荷载,是指桥梁各部件受温度变化影响产生的变化值或由此而引起的影响力。


      桥梁结构的温度变化,一般是由日照温度变化、年温度变化以及寒流影响所致。日照温度变化使桥梁结构的不同部分迅速地产生不均匀的温度分布,在很短的时间内形成相当大的温差,从而产生相当大的日照照温度应力;寒流影响也能使桥梁结构较快地发生不均的温度分布,但由此引起的温差比前者小些;而年温度变化则使桥梁结构发生缓慢而均匀的伸缩变形,由此引起桥梁的纵向位移。


      桥梁的纵向位移一般通过桥面伸缩缝,支座位移或柔性桥墩等构造措施相协调,只有在结构的位移受到限制时才会引起温度次内力。日照温差和突然降温则会导致结构温度次内力和温度次应力的产生,在大跨度预应力混凝土箱形连续梁桥中,温度应力可以达到甚至超出活载应力,普遍认为这是预应力混凝土桥梁产生结构裂缝的主要因素之一,同时也逐渐引起广大设计者们的注意。


      解决这类温度影响,首先要确定温度在结构内的分布,然后应用力学的分析方法计算结构的温度应力。然而桥梁结构与外界的热交换和箱梁内部的热传导是十分复杂的。桥梁结构明显地受到环境温度作用的影响(如太阳辐射烈度、周围年温、风速等等)。就混凝土桥来说,气候条件、桥梁的位置和走向的影响,材料温度特性的量值,以及横截面几何性质对其温度效应的影响。


      一般说来,它是属于三维热传导问题。考虑到桥梁是一种狭长的结构,箱梁结构都带有一定长度的悬臂,两侧腹板直接受日照时间较短(侧晒状态);箱梁底板终日不受日照;只有箱梁顶板全天受日照(正晒状态),因而,在箱梁结构中往往简化处理为一维热传导问题,亦即主要考虑桥面在正晒状态下温度沿箱梁高度变化的梯度为Ti =f(y,c),即温度T是坐标y和时间蘑的函数。


      温度梯度模式各国规范规定不同。基本上可分两种,5-5-la)和b)为线性分布,其他所示为非线性分布。我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 023-85)在“附录五”内,只有提到对T形截面连续粱梁由于日照引起桥面与其他部分的温度差而产生内力,在缺乏实测资料时,可假定温度差+5℃上升5℃,开征桥面板内均匀分布。


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