《桥梁工程》简支梁桥的计算课件：荷载纵向分布计算

桥梁工程简支梁桥荷载纵向分布计算主讲张教授土木工程系桥梁工程专业目标掌握简支梁桥荷载分布原理与计算方法教学目标荷载分布原理计算方法应用掌握简支梁桥中荷载纵向分熟悉等分梁法与协调梁法的布计算基本理论使用工程实践能力提高工程设计中的荷载分析能力简支梁桥简介定义特点常见跨径应用范围两端简单支承公路桥米中小跨径8-40受力清晰直接铁路桥米农村公路10-32施工便捷经济市政桥米城市立交5-25简支梁桥结构示意横截面构造纵向布置受力部位主梁排列与桥面板支座与横隔板位置主梁受力与挠曲变形荷载纵向分布定义基本概念物理本质荷载作用时各主梁分担受力比多梁体系中载荷向各梁的传递例规律工程意义确定主梁截面内力与应力水平荷载纵向分布的重要性结构安全准确计算承载能力经济合理合理配筋与材料用量受力均匀避免局部超载变形简支梁桥的受力特性荷载作用垂直向下的车辆或行人荷载梁体变形主梁产生挠曲变形横向传力通过横梁与桥面板传递荷载分配各主梁分担一定比例荷载荷载类型分类恒载活载结构自重与固定设施车辆与人群荷载环境荷载动载风、雨、雪及温度变化冲击与振动恒载特点及其分布恒载类型分布特点计算方法结构自重均匀分布按主梁自重直接分配桥面铺装均匀分布按主梁位置比例分配栏杆护栏边缘集中重点考虑边缘主梁管线设施局部分布按实际布置位置分配活载的标准形式公路桥车道荷载集中荷载+铁路桥标准列车荷载人行桥均布荷载荷载作用与分配机理荷载作用在桥面车轮直接接触面通过横梁和桥面连接横向传递与分配各主梁受力分担距离荷载近的主梁分担更多荷载分布计算的两大模式等分梁法协调梁法假设主梁自由变形假设变形协调特点计算简便特点考虑横梁影响适用横向刚度较小适用横向刚度显著公式分布系数=f位置公式矩阵方程求解荷载分布系数引入定义某主梁分担的荷载百分比计算意义简化复杂荷载作用分析应用目标确定主梁内力计算参数荷载分布系数的基本形式集中力作用均布力作用多梁体系分布系数分布系数所有分布系数之和为η=Pi/Pη=qi/q1分布系数的影响因素主梁刚度横向刚度刚度越大分担越多影响荷载传递效率荷载作用位置桥宽跨径比距离荷载越近分担越多影响横向分配能力多主梁简支梁桥结构布置片主梁小桥窄桥3片主梁中等桥宽4片主梁及以上宽桥5主梁间距一般米

0.8-

2.0等分梁法公式推导基本假设主梁之间无约束桥面板无横向刚度推导过程由虚功原理位移相等条件最终公式ηi=EIi/ΣEIj主梁刚度与总刚度之比等分梁法优缺点分析优点计算简便直接优点物理概念明确缺点忽略横梁约束作用缺点偏离实际受力状态协调梁法（刚度法）介绍基本原理物理模型考虑主梁间相互约束主梁位移协调桥面板和横梁提供连接内力平衡方程组适用范围横向刚度显著主梁间连接牢固协调梁法详细推导建立位移协调方程1各主梁同一位置竖向位移相等平衡方程2外力等于各梁内力之和刚度矩阵构建3考虑横向联系的刚度影响方程求解4得到各梁分担荷载的比例刚度参数计算方法主梁刚度横梁刚度桥面系统EI值计算等效梁模型桥面板厚度考虑有效宽度横向扭转刚度整体协同作用考虑钢筋影响简化分析方法连接刚度影响跨中荷载分布实例不同主梁数量的分布变化跨中集中力和均布力对比计算实例三片主梁桥-桥梁参数跨径，宽16m7m片主梁，间距

32.5m计算步骤确定主梁刚度计算横梁作用结果分析中梁分布系数

0.42边梁分布系数

0.29计算实例五片主梁桥-20m10m跨径桥宽中等跨径公路桥双向两车道

0.38最大分布系数荷载作用于边缘交通荷载布置与分布解析单车道荷载多车道荷载最不利位置边缘荷载分布更均匀边梁分担大部分荷载内梁受力较均衡分布系数衰减快外梁仍需特别关注横梁、横隔板对分布的影响荷载分布与桥梁宽度的关系窄桥分布差异大中等宽度分布较合理宽桥远侧梁分担很小实际设计荷载分布系数桥梁类型规范推荐值调整条件三片梁中梁边梁位置加

0.40-

0.

450.05四片梁内梁边梁位置加

0.35-

0.

400.04五片梁内梁边梁位置加

0.30-

0.

350.03多片梁按插值法特殊情况需验算分布系数的选用指南确定桥梁参数主梁数量、跨径和桥宽初选分布系数参考规范推荐值调整考虑因素载荷位置、横梁刚度确定最终系数必要时进行精确计算有限元分析在荷载分布中的应用建模梁单元与板单元组合分析静力分析获取分布系数优势准确考虑结构细节荷载分布试验方法试验准备传感器布置与数据采集系统荷载施加标准车辆定位加载数据记录应变、挠度数据收集结果分析计算实际分布系数纵向分布与抗震设计地震荷载特点纵向分布差异多向性与动力放大动力响应不同于静力分布横向位移控制重要需考虑质量分布影响设计要点增强横向连接刚度保证整体性与延性钢筋混凝土与钢结构梁分布特点钢筋混凝土梁钢结构梁混合结构刚度大，分布集中变形大，分布均匀综合特性，需专门分析固支梁与简支梁荷载分布对比装配式简支梁桥的分布特例接缝影响接缝刚度小于整体结构连接处理湿接缝提高整体性分布特点接缝处荷载传递效率降低解决方案加强横向连接，铺设连续面层常见误区与计算陷阱忽视横梁作用低估结构整体性刚度计算不当忽略桥面板与主梁的共同作用分布系数取值保守可能导致材料浪费忽略非线性影响特殊情况下计算结果失真荷载分布校核方法理论计算规范查验多种方法对比验证符合设计规范限值修正完善试验验证综合比对进行校正模型或实桥加载试验不对称荷载的分布计算单侧荷载偏心荷载事故工况一侧主梁受力较大引起横向弯矩需特殊分析处理桥面铺装层影响阶段性施工对分布的影响梁体安装阶段各梁独立受力横梁连接阶段开始形成协同作用桥面浇筑阶段浇筑荷载分布不均竣工使用阶段形成最终分布状态裂缝、损伤对分布的改变主梁裂缝横梁损伤刚度降低联系作用减弱分担荷载减少荷载分布更集中周边梁受力增加整体性降低工程案例分析一某市公路桥25m4跨径主梁数量单跨简支梁桥预应力混凝土梁T

0.38最大分布系数比规范值小5%工程案例分析二铁路简支梁桥案例背景荷载特点分析结果客货共线铁路轨道直接固定中梁分布系数

0.45三片主梁布置列车荷载集中边梁分布系数

0.27跨径18米轴重大动力效应显著荷载纵向再分配的计算流程总结确定基本参数梁数、跨径、几何尺寸与材料选择计算方法等分梁法或协调梁法计算分布系数考虑各种影响因素结果验证与规范对比或有限元分析校核新规范与技术发展最新规范趋势计算方法进展性能化设计导向空间分析代替平面分析细化分布系数推荐值非线性因素考虑更全面数字辅助技术技术应用BIM参数化快速计算现代桥梁工程中的智能分析智能监测云计算平台人工智能实时荷载分布数据海量数据处理与分荷载分布模式识别收集析数字孪生虚拟模型与实际行为同步课后思考与问题讨论计算挑战1如何处理异形截面梁的分布计算？影响分析2温度变化对荷载分布有何影响？方法比较3讨论不同分布计算方法的适用条件工程应用4如何优化设计提高荷载分布均匀性？总结与课程回顾融会贯通灵活应用各种计算方法分析能力系统评估影响因素理论基础掌握荷载分布基本原理。