全国一级注册结构工程师资格考试教程桥梁工程行车道板计算.ppt
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1、行车道板的计算,、概述,行车道板是直接承受桥梁活载的钢筋混凝土板,它在构造上又与主梁梁肋和横隔板联接在一起(见图1),即保证了桥梁的整体作用,又可将活荷载传递给主梁。从结构形式上看。行车道板实际上是周边支承的板。,根据理论研究可知,对于周边支承的板如果其长边与短边之比la/lb2时,沿长边为跨度方向所传递的荷载不足6%,荷载的绝大部分从短边方向传递。因此,可视为短边受荷的单向受力板来设计。在实际工程中,最常遇到的行车道板受力图示为:单向板、悬臂板和铰接悬臂板三种。,图1梁格构造和行车道板支承方式,二、板的有效工作宽度,(一)单向板 跨径为l、宽度较大的行车道板的受力状态如图(2)。当荷载以a1
2、b1的分布面积作用在板上时,板除了在计算跨径x方向产生挠曲变形wx外,在沿垂直于计算跨径的y方向同时发生挠曲变形wy(图2b)。这说明在荷载作用下不仅直接承压的宽度为a1的板条受力,其邻近其邻近的板也参与工作,共同,图2 行车道板的受力状态,承担车轮荷载所产生的弯矩,其沿y方向的分布情况如图2a中mx所示。可见,跨中弯矩mx的实际图形是呈曲线形分布的。,假设,以amx的矩形来代替此曲线图形,即使得,则:得到板的换算宽度为:,式中 M 车轮荷载沿跨径l产生的总弯矩。 mxmam 荷载中心处的最大单宽弯矩值,可按弹性板的理论计算。,上式中a 就是我们定义的板的有效工作宽度(或称有效分布宽度),以此
3、板宽来承受车轮荷载产生的总弯矩,既满足了弯矩最大值的要求,计算起来也较方便。,为设计方便,桥规对于单向板的有效工作宽度偏安全地作了如下规定:,(1)图3板桥的计算跨度为l,当一个集中车轮荷载作用在板中时,其折算为车轮荷载的有效分布宽度b为: a= a1+l / 3 (1) 整体式简支板桥,当跨径l3m时,车轮上两端轮子的有效分布宽度会出现重叠现象(图3),此时的有效分布宽度a为(见图4),a = a2+ 2H+d+l / 3 = a1+ d +l /3 (2),图3板的有效分布宽度,(2)当计算支点剪力时,以荷载位于支承处最为不利。此时的荷载有效分布宽度为图 4a = a2+ 2H+t =a1
4、 + t (3),荷载由支点处向跨中变动时,相应的有效分布宽度可近似地按45o角过渡。以上各式中:a2、b2 分别为顺板跨径与垂直方向的车轮着地宽度尺寸;,图4 荷载有效分布宽度,车轮在板的支承附近时,其分布宽度要根据车轮的着力位置,并参考图 4来确定。 (3)荷载靠近板的支承处时:,(二)悬臂板 悬臂板在荷载作用下,除了直接承受荷载的板条(宽度为a1)外,相邻板条也发生挠曲变形(图5b中wy)而承受部分弯矩。沿悬臂根部在宽度y方向,各板条的弯矩分布如图5a中mx所示。,根据弹性板理论分析,当板端作用集中力P时,受载板条的最大负弯矩mxmin = -0.465P,而荷载引起的总弯矩为M0= -
5、Pl0 。因此最大负弯矩值换算的有效分布宽度为:,图5 悬臂板的受力状态,(2),可见,悬臂板的有效分布宽度接近2倍的悬臂长度,即荷载近似地按45o角向悬臂板支承处分布图5a。,桥规对悬臂板规定的活载有效分布宽度为图6: a=a2+2h+2b=a1+2b式中 b承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂根部的距离。,对于分布载靠近板边的最不利情况,b就等于悬臂板的跨度l0,于是,a=a2+2h+2b=a1+2 l0,无论是单向板还是悬臂板,对于履带车荷载来说,因为其接触面积较长,通常忽略荷载压力面以外的板条参与工作。故无论在跨中或支点均取1米宽板条,按实际荷载强度p进行计算。,图6 悬臂板有效工作宽度,
6、三、行车道板的内力计算,对于实体矩形行车道板,通常由弯矩控制设计。设计时习惯以每米宽板条来进行计算,借助活荷载作用下板的有效工作宽度,我们就不难得到作用在每米宽板条上的荷载和它引起的弯矩。(一)多跨连续单向板的内力 从构造上,行车道板与主梁的梁肋是整体联接在一起的,当板上作用荷载时,主梁发生相应的变形,而这种变形又影响到板的内力。如果主梁的抗扭刚度极大,板的工作就接近于固定端的梁(图7a)。反之,若主梁抗扭刚度极小,板在梁肋支承处为接近自由转动的铰支座,则板的受力就如同多跨连续梁体系(图7c)。实际上行车道板与主梁梁肋的支承边界条件,既不是固端,也不是铰支。而应该考虑是弹性固结的,如图7b所示
7、。,图7 主梁扭转对行车道板受力的影响,桥梁行车道板内力计算时,通常采用简单的近似方法进行计算。对于弯矩首先计算一个跨度相同的简支板的跨中弯矩M0,然后根据实验和理论分析的数据加以修正。弯矩修正系数可视板厚t与梁肋高度h的比值选用。,桥规规定:当t / h 1/4时(即主梁抗扭能力大者):跨中弯矩 M中 =+0.5M0支点弯矩 M支 =-0.7M0当t / h1/4时(即主梁抗扭能力小者):跨中弯矩 M中 =+0.7M0支点弯矩 M支 =-0.7M0式中 M0 为宽度为1米的简支板跨中恒载M0g 与活载M0q 产生的弯矩和。 M0=M0g+M0q。对于汽车荷载,当车轮荷载作用于跨中时:,式中
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