桥梁概念设计与分析理论
一:桥梁属性与结构形式
1.1桥梁的属性
科学:分析实验
桥梁工程{ 技术:研发应用
艺术:创造美学
1.2 桥梁结构的分类
用途:人行桥,公路桥,铁路桥,公铁两用桥,城市桥,管道桥,明渠桥
材料:石桥,木桥,钢桥,混凝土桥,预应力混凝土桥(主跨90米,在中小跨度范围内已占绝对有优势,在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。它主要承重结构用预应力钢筋混凝土结构的桥梁。附加预应力混凝土:预应力混凝土,为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象,在构件使用(加载)以前,预先给混凝土一个预压力,即在混凝土的受拉区内,用人工加力的方法,将钢筋进行张拉,利用钢筋的回缩力,使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力,当构件承受由外荷载产生拉力时,首先抵消受拉区混凝土中的预压力,然后随荷载增加,才使混凝土受拉,这就了混凝土的伸长,延缓或不使裂缝出现,这就叫做预应力混凝土。)
钢——混凝土组合结构桥
结构形式:梁桥拱桥斜拉桥悬索桥组合桥斜拉—悬
索协作体系
规模跨径:小桥(8~30米) 中桥(30~100) 大桥(100~1000) 特大桥(大于1000)
1.3桥梁结构形式与合理跨度范围
(1)梁桥
简支梁桥的跨度一般不超过70M,最有竞争力的跨度范围50M以下
等截面连续桥梁的合理跨度范围在30~110M,优势跨度范围50~80
变截面连续桥梁或连续钢结构桥的合理跨度50~350M,最有竞争力的跨度范围100~300M
(2)~
(3)拱桥合理跨度范围600M以下,最有竞争力40~450M
(4)系杆拱桥合理40~800M 最有竞争力150~1200M
(5)斜拉桥合理80~1500M 最有竞争力150~1200M
(6)悬索桥合理200以上,500以上最有竞争力
二:桥梁设计准则
2.1 桥梁设计的基本目标
安全实用经济美观
2.2安全性和试用性
(1)承载能力极限状态
1 结构或构件达到材料极限强度
2 结构或构件达到稳定极限承载力
3 达到疲劳或断裂极限
4 结构整体可以作为刚体产生明显的滑移或转动,或存在倾覆的危险
5 节点破坏,结构转变为机动体系
6 由于材料的塑性变形或长期徐变变形过大,或由于裂缝引起的刚度下降,挠度过大等,致使桥梁不在能继续承载或使用。
(2)正常使用极限状态
1 应力超出容许范围
2 变形超出容许范围
3 裂缝宽度超出容许范围
4 车辆或环境作用下,有过大的振幅
5 不宜有的损伤,如严重的混凝土碳化,钢材腐蚀
2.3 经济性
建造成本(建设管理费设计费施工建造费监理费咨询及专题科研费)运营成本拆除费用因建桥引起交通模式改变所带来的损益
2.4美观性
2.4.1抽象的结构形式(美观的结构形式以效率和谐和艺术造型为特征)
(1)效率(通透度纤细度)
(2)和谐
(3)艺术造型(满足安全性适用性经济性的原始结构形式,并不一定是最美的)
2.4.2结构和环境(桥梁结构与环境的协调,考研设计者的综合素质和创造力)
2.4.3美学与经济
2.5桥梁设计准则讨论
2.5.1我国公路桥规表述的基本设计准则和极限状态
(1)基本设计准则
公路桥涵的设计符合技术先进安全可靠适用耐久经济合理的要求。公路桥涵应根据所在公路的作用性质和将来发展的需要,按照美观和有利于环保的原则进行设计,并考虑因地制宜就地取材便于施工和养护等因素。采用标准化跨径的桥涵宜采用装配式结构,适用于机械化工厂化施工。特殊大桥易进行景观设计上跨高速公路一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调。
(2)极限状态
1 承载能力极限状态:对应于桥涵结构或其构建达到最大承载能力或出现不适于继续承载公路桥涵的变形或变位达到状态
2 正常使用极限状态:对应于桥涵结构或其构件达到最正常使用或耐久性的某项极值的状态。
三:桥梁概念设计讨论
设计要点:
(1)结构不唯一,但更加合理
(2)力径须明晰,平衡至可靠
(3)细节定成败,教训多记取
(4)施工与设计,本是同根生
(5)极端事件下,损伤有限度
(6)可维可更换,寿命有保障
(7)材料及构造,耐久多思量
(8)定性并定量,电算亦手算
(9)建造与结构,相得又益彰
3.1结构方案不唯一
面对一座具体的桥梁设计,要同时实现“安全、实用、经济、美观”这些基本目标的最大化,几乎是不可能的,即使围绕同一目标,也存在多种结构设计方案。这就要求再设计中抓住主要矛盾,权衡抉择。这里,略地举几个例子。
12.1混凝土的基本组成:
硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸四钙
水泥完全水化所需的用水量大约是水泥重量的25% 1.2.2水热化
