组合体系桥计算

1.预应力混凝土梁拱组合体系桥

（1）简支梁拱组合体系桥

简支梁拱组合体系相当于在简支梁上设置加强拱，梁拱端节点刚结，其间布置吊杆，通过调整吊杆张拉力，可使纵梁的受力状态处于最有利状态。

体系中拱肋主要承担轴压力，梁内主要承担轴拉力，而弯矩及剪力主要受节间荷载的影响。

 

（a）弯矩；（b）剪力；（c）轴力  （+ 为压， - 为拉） 

（2）悬臂梁拱组合体系桥

力学特点：属于静定体系，不受基础不均匀沉降等附加变形影响。

恒载

与简支梁桥相比：悬臂梁桥由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩显著减小；减小主梁高度；降低钢筋混凝土数量和结构自重；减小恒载内力。

（3）连续梁梁拱组合体系桥

1）上承式连续梁拱组合式桥梁  

上承式梁拱组合结构，上弦加劲梁承受拉弯作用，下弦拱肋承受压弯作用。

这类桥梁是一种用拱肋来加强的连续梁，由空腹范围内上弦产生的拉力，与拱内水平推力组成力矩来平衡截面内连续梁的弯矩；同时连续梁中墩附近的高度依靠拱来加大，使跨中弯矩减少。

2）中承式连续梁拱组合式桥梁

这类桥梁一般由三跨组成，它包括两个边跨的半拱和中跨全拱以及通长的加劲纵梁，其间设置立柱及吊杆，亦即由两个半拱与中间简支梁拱相组合。一般根据连续梁的弯矩图来布置加劲梁的拱肋，在负弯矩区用桥面以下两组拱腿来加强 。

梁与拱的弯矩，剪力与轴力的内部分配仍然服从同类上承式连续梁拱组合式桥梁的基本原则。

 

（a）连续梁；（b）连续梁恒载弯矩示意图；（c）中承式连续梁拱组合体系示意图

（3）下承式连续梁拱组合式桥梁

三跨下承式连续梁拱组合桥梁实际上属三跨变截面连续梁。当中孔用全拱加强后，通过张拉吊杆，显著地减小了中跨主梁的正负弯矩，使得主梁的建筑高度可以大幅度减小。两个边跨由于受到中跨拱的刚度影响，虽减小了负弯矩的负担，但边跨正弯矩比原来的有所增大，因而宜将边跨跨径适当减小。

 

下承式连续梁拱组合体系

2.部分斜拉桥

与连续梁桥相比，由于斜拉索的存在，部分斜拉桥的主梁荷载弯矩远比同跨连续梁小，同时还要承受拉索传来的压力。一般斜拉桥，尤其当主梁较柔细时，是以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载，部分斜拉桥由于拉索较少，主梁主要承受弯矩，同时，因斜拉索倾角较小，主梁能获得较大压力，因此，斜拉索主要起到体外预应力束、降低一般刚构桥或连续梁桥支点梁高的作用，即加固主梁的作用，故也将此种桥称为斜索加劲预应力梁。

部分斜拉桥的斜拉索应力变化幅度较一般斜拉桥小，可以不考虑疲劳问题，因此可以采用较高的张拉应力。

与连续梁相比，部分斜拉桥跨越能力较大，当中支点梁高相同时，部分斜拉桥跨度可比连续梁桥大1倍以上；对大跨度桥梁而言，相同跨度的部分斜拉桥比连续梁桥经济。与斜拉桥相比，部分斜拉桥优点有：塔的高度较矮，塔身结构简单，施工方便；斜拉索可采用较高张拉应力；主梁抗弯刚度大，可采用梁式桥施工方法，而无需象斜拉桥那样采用大型牵索挂篮，极大地方便了施工；结构整体刚度大，变形小。

部分斜拉桥的适宜跨度在100～300m之间，若主梁采用钢与混凝土结构，跨径有望突破400m。

3.刚构连续组合梁桥

在受力方面，刚构—连续组合梁桥上部结构具有连续梁特点，内力与连续梁桥较为接近；但在墩梁结合处仍有刚构受力特点，负弯矩比连续梁大些。桥跨结构应考虑混凝土收缩及徐变作用、温度作用等引起的次内力。

在刚构—连续组合梁桥中，墩梁固结的桥墩高度对结构的内力与位移具有较大的影响。当桥墩较高时，桥墩的刚度减小，使主梁跨中截面的正弯矩、支点截面的负弯矩较接近相同跨径的连续梁桥的弯矩，温度作用产生的次内力较小；相反，当桥墩较矮时，由于墩的刚度较大，跨中截面的正弯矩将减小，支点截面的负弯矩将增大，温度作用产生的次内力也较大。

连续刚构桥内力影响线要比连续梁桥更复杂，是因墩与梁固结、共同受力，用机动法很难准确得到影响线示意图，故只能借助计算机程序来完成。

其中有的影响线在同一跨内出现反号，这在相同跨径的连续梁桥中就不会出现。

①内力影响线→②按最不利纵向荷载位置布置车辆荷载在同号影响线区段内，求得各控制截面的最大或最小活载内力值→③根据《桥规》将恒载内力、活载内力以及其它附加次内力进行荷载组合，便得到全梁的内力包络图。

受力特点：分阶段受力，组合梁梁肋的上下缘应力远大于T梁上下缘的应力。

4.其他组合体系桥

（1）桁架拱桥

桁架拱桥的主要受力特点有以下几点：

1.受力特点  

1）桁架拱桥在受力上最主要的特点是拱上建筑参与拱圈的共同作用，使结构各个部分的材料都能得到充分利用。

2）拱形桁架部分各杆件主要承受轴向力，这与普通桁架拱的受力相似；实腹段部分承受轴向力和弯矩，与拱圈的受力相类似。

3）桁架部分的上弦杆除了作为整体桁架杆件承受轴向外，在运营时还要直接承受局部荷载产生的弯矩，尤其是第一个节间不但间距大，而且杆件长，局部荷载产生的弯矩最大，常是控制设计的杆件。

2.基本假定及计算图式

   为了简化桁架拱桥的计算工作，在试验研究的基础上，可采取下列假定：

1）以1片桁架拱片作为计算单元，将空间桁架简化为平面桁架。荷载在横桥向的不均匀分布，以荷载横向分布系数来体现。

2）考虑到桁架拱片两端仅有一小段截面不大的下弦杆插入墩台预留孔中，故假定桁架拱片两端与墩台的连接为铰接。此时，桁架拱可按外部一次超静定结构计算，在支点处（拱脚）仅产生水平反力和竖向反力，不产生弯矩。

3）假定桁架拱的节点为理想铰接。试验研究证明，采用铰接的假定是容许的，由于节点固结产生的次弯矩，除下弦杆外可以不予考虑。当用电算分析桁架拱时，可将各节点视为刚结，直接算出各杆件的内力。

桁架拱桥就简化为外部一次超静定、内部静定的双铰桁架拱式结构，其简化计算图式见下图：

（2）刚架拱桥

1）.受力特点

同桁架拱桥一样，刚架拱桥的拱上建筑也参与拱圈的共同作用。除了它两端的腹孔梁为受弯构件外，其余所有构件，如主拱腿、腹孔弦杆、斜撑及实腹段均有轴向压力，属于压弯构件。全桥没有受拉构件，这也体现了刚架拱桥在受力方面的优点。

其次，由于考虑了桥面与刚架拱片的共同作用，故在进行活载内力分析时应考虑活载横向不均匀分布的影响。试验表明，实测的横向分布曲线，与按弹性支承连续梁简化法计算的分布曲线比较接近。因而，刚架拱桥的荷载横向分布系数，可用弹性支承连续梁简化法计算。

2）.基本假定及计算图式

a.结构自重作用时，假定主拱脚和斜撑脚均为铰接（施工时不封固）；活载作用时，主拱脚已经封固，假定主拱脚为固结，斜撑脚为铰接，弦杆支座无论结构自重、活载，均作为允许水平位移的竖向链杆；

b.结构结构自重全部由刚架拱片与横系梁组成的结构承担。考虑到施工过程中结构体系的变化，应按下图的次序分阶段计算结构自重内力，然后进行叠加。

c.二期结构自重、活载和各种附加力由裸拱片与桥面系组成的整体结构承担（不包括桥面磨耗层）。

d.在内力计算中，按单元全截面特征进行计算，在配筋计算中，应考虑桥面板剪滞效应，采用有效宽度进行配筋计算，即受弯时由有效宽度承受，轴向力由单元全截面承受。

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知识点：组合体系桥计算