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正文內(nèi)容

80m140m80m公路預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設計畢業(yè)設計-資料下載頁

2025-06-29 08:20本頁面
  

【正文】 5I 55J 表54 邊跨底板筋SB2預應力損失及有效預應力(單位:MPa)單元位置σl1+σl2σl4σl5σl6σⅠpeσⅡpe90I 90J 91I 91J 92I 92J 93I 93J 94I 94J 95I 95J 96I 96J 97I 97J 98I 98J 99I 99J 100I 100J 第6章 次內(nèi)力計算預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是超靜定結(jié)構(gòu),在各種內(nèi)外因素的綜合作用下,發(fā)生的結(jié)構(gòu)變形受到多余約束的限制,從而產(chǎn)生由多余約束引起的結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力,這就是結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。引起次內(nèi)力的外部因素有溫度、預加力、墩臺不均勻沉降等;內(nèi)部因素有結(jié)構(gòu)布置與配筋形式、混凝土材料的收縮與徐變等。本設計采用MIDAS CIVIL 輸入影響因素自動計算得到次內(nèi)力,主要考慮的次內(nèi)力有溫度次內(nèi)力、預加力引起的次內(nèi)力、徐變收縮次內(nèi)力及支座不均勻沉降引起的次內(nèi)力。 收縮、徐變次內(nèi)力混凝土的徐變,是指混凝土在應力不變時,應變隨時間而持續(xù)增長的特性。徐變終極值可以達到初始彈性變形的幾倍。由于連續(xù)梁是超靜定結(jié)構(gòu),采用懸臂施工方法會發(fā)生結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。先期靜定結(jié)構(gòu)在自重下變形,不受任何約束限制;在合攏后則會受到后期超靜定結(jié)構(gòu)多余約束的影響,變形受到限制,從而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力,這個內(nèi)力就是混凝土徐變產(chǎn)生的次內(nèi)力?;炷列熳兎治鍪且豁検謴碗s的工作,目前主要有老化理論、先天理論和混合理論三種分析方法,其具體過程此暫不贅述。在計算預應力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)中,因混凝土徐變、收縮而產(chǎn)生的次內(nèi)力,目前應用最廣泛是采用狄辛格方法。根據(jù)規(guī)范JTG D622004 條規(guī)定,對于存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的懸臂施工連續(xù)梁,由于混凝土徐變影響,在后期結(jié)構(gòu)中t 時的彎矩Mgt 可按下式計算: (61)式中,M1g ——在先期結(jié)構(gòu)自重作用下,按先期結(jié)構(gòu)體系計算的彎矩;M2g ——在先期結(jié)構(gòu)自重作用下,按后期結(jié)構(gòu)體系計算的彎矩;φ(t,τ0)——從先期結(jié)構(gòu)加載齡期τ0至后期結(jié)構(gòu)計算所考慮時間t 時的徐變系數(shù);φ(τ,τ0)——從先期結(jié)構(gòu)加載齡期τ0至τ時轉(zhuǎn)換為后期結(jié)構(gòu)的徐變系數(shù)。混凝土由于蒸發(fā)失水而收縮,混凝土在長期荷載作用下而徐變。它們都與混凝土的材料和配合比,混凝土養(yǎng)護條件,周圍環(huán)境的溫度、濕度以及混凝土的齡期有關系。但混凝土徐變主要與應力的大小、荷載的作用時間及加載時混凝土的齡期有關。一般來說,混凝土的收縮、徐變對結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力分布和截面的應力分布會產(chǎn)生影響。對于靜定結(jié)構(gòu)混凝土收縮、徐變不會引起收縮、徐變次內(nèi)力。對于超靜定結(jié)構(gòu),混凝土收縮、徐變將導致結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布,即引起結(jié)構(gòu)的收縮、徐變次內(nèi)力。在本設計中,懸臂施工階段不產(chǎn)生收縮、徐變次內(nèi)力,只有在成橋階段才產(chǎn)生收縮、徐變次內(nèi)力。用MIDAS CIVIL 計算,可以得到各截面的收縮、徐變次內(nèi)力,如表61 所示:表61收縮和徐變產(chǎn)生的次內(nèi)力單元梁端號收縮徐變剪力Q(KN)彎矩M(KN/m)剪力Q(KN)彎矩M(KN/m)1I[1]002I[2]3I[3]4I[4]5I[5]6I[6]7I[7]8I[8]9I[9]10I[10]11I[11]12I[12]2213I[13]2214I[14]15I[15]16I[16]17I[17]136518I[18]19I[19]20I[20]21I[21]單元梁端號剪力Q(KN彎矩M(KN/m)剪力Q(KN)彎矩M(KN/m)22I[22]23I[23]24I[24]25I[25]26I[26]27I[27]28I[28]29I[29]30I[30]31I[31]32I[32]33I[33]34I[34]35I[35]36I[36]37I[37]38I[38]39I[39]40I[40]41I[41]42I[42]43I[43]44I[44]45I[45]46I[46]47I[47]48I[48]725單元梁端號剪力Q(KN彎矩M(KN/m)剪力Q(KN)彎矩M(KN/m)49I[49]50I[50]圖61 收縮引起的彎矩次內(nèi)力圖(單位:kNm)圖62 徐變引起的彎矩次內(nèi)力圖(單位:kNm) 預加力引起的次內(nèi)力 預加力次內(nèi)力計算原理——等效荷載預應力混凝土結(jié)構(gòu),是一種預加力和混凝土壓力相互作用并取得平衡的自錨體系。因此,分析預應力效應時,可把預應力束筋和混凝土視為相互獨立的脫離體,把預加力對混凝土的作用以等效荷載的形式代替。只要求得不同配筋情況下的預加力等效荷載,就可求出超靜定梁結(jié)構(gòu)由預加力產(chǎn)生的內(nèi)力。將上述等效荷載作用于超靜定結(jié)構(gòu)的基本靜定結(jié)構(gòu)上,便可求得預加力初預矩;將其直接作用于超靜定結(jié)構(gòu)上,便可求得預加力總預矩;兩者的差值即為預加力引起的結(jié)構(gòu)次力矩。假定在一定范圍內(nèi),預應力損失導致的預應力沿鋼筋軸線的變化忽略不計,故設扣除相應階段預應力損失后鋼筋的預加力合力為Np,則等效荷載的求解方法,如圖63 所示:圖63 等效荷載計算圖示1) 梁端的預加力的作用可按直角坐標系分為三個分量: (62a) (62b) (62c)2) 當初預矩圖為拋物線時,預應力筋對混凝土的作用為均布荷載;若為圓弧線時,預應力筋對混凝土的作用近似為均布荷載。表64 預加力引起的次內(nèi)力如圖62,建立豎向平衡方程,于是可得: (63a) (63b)考慮到實際配束時θ一般比較小,因此cosθ≈1,故可化簡得: (63c)式中:q’(x)——微段上混凝土對預應力鋼束的豎向作用;Δθ——預應力鋼筋微段的轉(zhuǎn)角(rad);Δx——預應力鋼筋微段的水平增量( x )。根據(jù)里的平衡,曲線預應力筋的等效荷載為: (63d)3) 若初預矩圖為折現(xiàn),那么在轉(zhuǎn)折點處,預應力鋼筋的等效荷載為一集中力:式中:θ2——折線布筋時,轉(zhuǎn)折點處鋼束的轉(zhuǎn)角(rad)。 先期預應力束產(chǎn)生的徐變次內(nèi)力在合攏前,即懸臂澆筑階段,先期預應力束張拉時,結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu),自身不會產(chǎn)生次內(nèi)力的作用。當邊跨和中跨合攏以后,結(jié)構(gòu)成為了超靜定結(jié)構(gòu),由于混凝土的徐變的影響,由預加力引起的截面力矩也將重新分布。所以先期張拉的預應力筋在后期結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生預應力徐變次內(nèi)力。由于次內(nèi)力都是變形受到約束產(chǎn)生的,所以先期預應力產(chǎn)生的徐變次內(nèi)力可以理解為作用在原來靜定的簡支梁上的預應力等代荷載,在受到體系轉(zhuǎn)換后(后期轉(zhuǎn)換為連續(xù)梁)多余支座約束作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。本設計暫未考慮該項次內(nèi)力的作用。 后期預應力束產(chǎn)生的彈性次內(nèi)力當邊跨和中跨已經(jīng)合攏,后期預應力束張拉時,結(jié)構(gòu)成為超靜定結(jié)構(gòu)。根據(jù)等效荷載的原理,預應力束的作用可以等效為作用于混凝土結(jié)構(gòu)上荷載。由于超靜定結(jié)構(gòu)多余約束的存在,后期預應力束張拉時,必將在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加的內(nèi)力,次附加內(nèi)力稱為“彈性次內(nèi)力”。將后期預應力束等效荷載作用于超靜定結(jié)構(gòu)的基本靜定結(jié)構(gòu)上,可以得到其初預矩;將等效荷載作用于超靜定結(jié)構(gòu)上可以得到總預矩;二者之差便是后期預應力束產(chǎn)生的彈性次力矩。本設計利用MIDAS CIVIL生成預加力引起的次內(nèi)力,結(jié)果如表62 所示:表62 預加力引起的次內(nèi)力單元梁端號剪力Q(KN)彎矩M()1I[1]02I[2]3I[3]9694I[4]5I[5]16156I[6]7I[7]8I[8]9I[9]10I[10]11I[11]12I[12]單元梁端號剪力Q(KN)彎矩M()13I[13]14I[14]15I[15]16I[16]17I[17]18I[18]19I[19]20I[20]21I[21]22I[22]23I[23]24I[24]25I[25]26I[26]27I[27]28I[28]29I[29]30I[30]31I[31]32I[32]33I[33]34I[34]35I[35]36I[36]37I[37]38I[38]39I[39]單元梁端號剪力Q(KN)彎矩M()40I[40]41I[41]1342I[42]43I[43]44I[44]45I[45]46I[46]47I[47]48I[48]49I[49]50I[50]圖65 預應力次內(nèi)力彎矩圖(單位:kNm) 溫度次內(nèi)力 溫度場對于預應力混凝土連續(xù)梁的影響根據(jù)大量理論分析和實驗研究,在大跨度預應力混凝土箱形梁橋(特別是超靜定結(jié)構(gòu)體系,如連續(xù)梁)中,由于溫度影響而產(chǎn)生的應力可以達到甚至超過活載應力,故溫度場作用已被認為是預應力混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的主要原因。橋梁結(jié)構(gòu)因溫度的影響而產(chǎn)生的應力效應可主要歸納為日照、局部降溫及年溫度變化等三種原因。年溫差影響,指氣溫隨季節(jié)發(fā)生緩慢變化。一般可假定溫度在構(gòu)件內(nèi)均值變化,它對連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導致橋梁的縱向位移,這對于無水平約束的結(jié)構(gòu)并不導致結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫度次內(nèi)力。日照、局部降溫等局部溫度影響,則使結(jié)構(gòu)表面、內(nèi)部溫差因?qū)α?、熱輻射和熱傳導方式形成瞬時的不均勻分布(結(jié)構(gòu)溫度場),導致結(jié)構(gòu)各部分發(fā)生不均勻的變形,從而形成溫度次內(nèi)力。 溫度場箱梁結(jié)構(gòu)與外界的熱交換和箱梁內(nèi)部的熱傳導是一個十分復雜的現(xiàn)象,屬于三維的熱傳導問題。但通常對于縱橫向尺度差別很大、各構(gòu)件本身沿其縱向具有一致形狀的橋梁結(jié)構(gòu),一般不考慮沿結(jié)構(gòu)構(gòu)件縱向的溫度場變化;此外,箱梁結(jié)構(gòu)一般只有在頂板承受日照輻射,為方便計算,將箱梁斷面溫度場簡化為沿高度方向變化的一維溫度場。關于結(jié)構(gòu)溫度場的研究,在此不做贅述。世界各國的橋梁規(guī)范對梁式結(jié)構(gòu)沿梁高方向的溫度梯度的規(guī)定有各種不同的形式。我國《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTG D602004 條采用的結(jié)構(gòu)溫度梯度曲線如下圖所示。圖66豎向梯度溫度(mm)圖中T1 表
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