力学在桥梁中的应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一、桥梁上的力,作用于桥梁上的力也称荷载；,根据力（荷载）作用面积的大小，力（荷载）主要分为：,集中力（荷载）,分布力（荷载）,1 集中荷载,凡作用面积很小或其作用面积与结构或构件的尺寸相比小的多的力，通常可将他们视为作用于一点上，称其为集中力（荷载），如机车的车轴对桥梁作用的力、支座反力。集中力计量单位为N或kN。,2 分布荷载,凡是作用面积较大或其作用面积与结构或构件的尺寸相比不算很小的力，同城将它们视为作用于一个面上，称其为分布力（荷载）。如梁的自重、土压力。,有时为了结构分析时的方便，可将分布荷载视为一个或者若干个集中荷载。注意：将分布荷载视为集中荷载时，必须要求后者的作用与前者作用等效，如右图所示在x长度内，将原本不规则的连续分布的力用一个集中力代替，整个结构可将原来连续分布的力视为若干个集中力；反之，有时可将许多集中荷载视为分布荷载,。,二、实体结构向力学模型简化,（a）,（b）,1、静定结构,（c）带有简支挂篮梁的伸臂梁,（d）简支桁梁,（e）静定T形钢架,（f）简支桁梁,（g）三铰拱,（h）桥墩,（a）连续梁,（b）刚性系杆柔性拱,2、超静定结构,（c）无铰拱,（d）斜腿钢构桥,（e）钢构涵洞,（f）钢构桥,三、桥梁结构变形,结构在荷载（外力）、温度变化、支座位移（如支座沉降）、材料胀缩等因素作用下会产生变形（或位移）。一般来说，这种变形相对于结构的几何尺寸是微小的，但是对于静定结构和超静定结构的设计都是重要的，尤其是超静定结构。,1、虚功原理,对一个在力系作用下处于平衡的可变结构给予微,小的虚变形时，外力所做的虚功等于内力（即应,力合力）所做的虚功。,2、单位荷载法,单位荷载产生的应力合力,单位荷载产生的应力合力,剪切系数,荷载作用,温度,作用,线位移：,角位移：,热膨胀系数,h杆件截面高度,3、图乘法,图形的面积,四、拱桥力法分析,无铰拱力法分析时可采用的基本结构,无铰拱力法分析时可采用的基本结构,无铰拱力法分析时可采用的基本结构,两铰拱力法分析时可采用的基本结构,两铰拱为一次超静定结构，此处以桁架拱桥为例。,基本体系,拱桁架本身为内部静定结构，这种拱桥仍未外部一次超静定结构。,系杆拱力法分析时可采用的基本结构,下图所示为无吊杆的系杆拱，其中的水平拉杆成为系杆，是用以承受拱脚处水平推力的杆件；这种结构为外部静定而内部一次超静定的结构。,基本体系,三跨式拱桥力法分析时可采用的基本结构,组合式拱桥力法分析时可采用的基本结构,以刚性简支梁藉柔性拱加强的上承拱式组合桥为例。,五、悬索桥,悬索桥由主缆（又称缆索、主索或大索）、吊杆（或吊索）、主梁（实腹梁或桁架）、索塔、锚锭以及墩台（包括基础）构成。,大跨度悬索桥采用刚性主梁，这种悬索桥又称为带有加劲梁的悬索桥。,（a）、单跨带有简支加劲梁的悬索桥,（b）、三跨带有连续加劲梁的悬索桥,（c）、三跨带有简支加劲梁的悬索桥,悬索桥传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。,自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受，而活载还需要由主梁来承受，所以主梁必须有一定的抗弯刚度，主梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。,缆 索,斜拉桥(cable stayed bridge)作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。,六、斜拉桥,斜拉桥利用斜缆索作为主梁的中间支撑，斜缆索一端与索塔连接，另一端与主梁连接，因而往往使主梁成为承受很大偏心轴向压力的构件。,斜拉桥内力示意图,