Existen muchos tipos de puentes de vigas, que también son el tipo de puente más utilizado entre los puentes de carreteras. La capacidad de luz puede oscilar entre 20 y 300 m.
Las formas de puentes de vigas comúnmente utilizadas en puentes de carretera son:
Según el sistema estructural, se dividen en vigas simplemente apoyadas, vigas en voladizo, vigas continuas y marcos rígidos en forma de T. y marcos rígidos continuos.
Según el tipo de sección se puede dividir en: viga en forma de T, viga cajón (o viga canal) y viga estabilizadora.
El tamaño de la luz de un puente de vigas es un indicador importante del nivel técnico, que hasta cierto punto refleja los logros de un país en la industria, el transporte, el diseño y la construcción de puentes.
1. Cálculo de esfuerzos internos de puentes de vigas
(1) Análisis de precisión y seguridad
Los puentes con un ancho considerable se simplifican en una sola viga delgada para calcular la fuerza interna total. Cuando una fuerza concentrada actúa sobre un puente ancho, el tablero del puente se doblará en dos direcciones y el trabajo de la fuerza concentrada se disipará en ambas direcciones como energía de deformación. Para una sola viga infinitamente delgada, el trabajo de la misma fuerza concentrada solo se convierte en energía de deformación en una dirección, por lo que la deformación calculada es ligeramente mayor. La fuerza interna se calcula a partir de la deformación, por lo que la fuerza interna también es ligeramente mayor.
(2) La teoría de la distribución de carga transversal de puentes de vigas sólo es aplicable a puentes de vigas rectas con secciones abiertas.
Para un puente de vigas rectas con una sección abierta, la proporción lateral de la carga distribuida a cada viga principal es básicamente la misma que la proporción lateral del momento flector y la fuerza cortante distribuida a la viga principal. es insignificante. Para puentes de vigas cajón rectas y puentes de vigas cajón curvas de cualquier sección transversal, las proporciones laterales del momento flector y la fuerza cortante asignadas a cada viga principal son completamente diferentes, y también se debe considerar el par asignado a la viga principal.
(3) Teoría de la distribución transversal de fuerzas internas
Tome un puente de viga cajón con una sección transversal asimétrica como objeto (cuando el espesor de la placa inferior es 0, se convierte en una sección transversal abierta). La sección se divide en varias vigas en I, y cada viga en I se simula mediante una viga delgada con la misma rigidez a flexión, corte y torsión. La posición plana de la viga delgada es consistente con la posición del centroide de la viga en I. La placa en voladizo, la placa superior y la placa inferior se simulan con placas gruesas unidireccionales en forma de sectores con las mismas rigideces a flexión lateral, cortante y torsión. Este modelo se denomina modelo mecánico de viga de placa plana. Al aplicar cargas sinusoidales iguales de media onda en cada línea de sección por turno, se puede calcular la deflexión y el ángulo de torsión de cada viga principal, y luego se puede calcular el momento de flexión y la fuerza cortante de cada viga principal. Divida el momento flector de cada viga por el momento flector total para obtener la línea de influencia de distribución lateral del momento flector. La fuerza cortante es aproximadamente la misma. Si el par interno total en la sección transversal es igual a 1, entonces cada viga en I se asigna al flujo de corte anular izquierdo y derecho. Para secciones abiertas, el par más pequeño distribuido a cada viga en I, como el flujo de corte anular izquierdo y derecho o un par más pequeño, se puede utilizar como coeficiente de distribución lateral del par. La fuerza de flexión del plano interno causada por el cambio de temperatura se puede descomponer en la fuerza axial de cada viga en I. De esta manera, las fuerzas internas generadas por varias cargas de diseño se descomponen en momento flector, fuerza cortante, flujo o torsión circunferencial izquierda y derecha y fuerza axial de cada viga principal. La distribución transversal desigual de los momentos de flexión refleja la influencia de los momentos de flexión dobles hasta cierto punto, y el flujo de corte anular izquierdo y derecho refleja la influencia del corte de alabeo de la sección transversal hasta cierto punto. Se puede decir que la teoría de la distribución lateral de fuerzas internas no solo refleja de manera integral los principales fenómenos mecánicos de las vigas cajón y curvas, sino que también simplifica enormemente su diseño y cálculo. Es un algoritmo unificado para puentes de vigas rectas y curvas de sección abierta, cerrada bajo diversas cargas de diseño y es un desarrollo importante en la teoría de la distribución de carga transversal.
(4) Diseño portante de puentes de vigas curvas
Dado que los puentes generalmente tienen una gran rigidez a la flexión en el plano horizontal, si se restringe la deformación por flexión causada por los cambios de temperatura, la gran rigidez horizontal Se generará fuerza, lo que puede causar daños estructurales en casos severos. Cuanto más ancho es el puente y menor es el radio de curvatura horizontal, más evidente es este fenómeno. Generalmente, solo puede haber un apoyo en el pilar de un puente de vigas curvas como apoyo de frenado; en la dirección del radio de curvatura horizontal, si se permite que la viga se mueva ligeramente, como por ejemplo usando cojinetes de placa de goma o el cuerpo del pilar. delgada y elástica, entonces la viga se moverá a lo largo del radio de curvatura horizontal y las fuerzas de temperatura direccionales se pueden reducir considerablemente.
(5) La preexcentricidad de la pila del puente de una sola columna con bisagras puntuales aumenta la capacidad de carga del estribo y la fuerza interna de la viga.
La excentricidad preestablecida tiene poco efecto sobre el diagrama de envolvente de torsión del pilar (generalmente utilizando cojinetes de torsión) y de torsión o pilares intermedios fijos.
El diagrama de envolvente de torsión es una referencia importante para juzgar el comportamiento torsional de puentes de vigas curvas. El software (incluido el software importado) del puente de vigas curvas donde ocurrieron accidentes en los últimos años no generó un diagrama de envolvente de torsión, por lo que el diseño fue ciego. El diagrama de envolvente de par debe calcularse correctamente. Hay dos puntos que algunos programas ignoran: 1. El centro de corte de varias secciones con forma debe calcularse correctamente, 2. La excentricidad de la carga muerta con respecto al centro de corte debe calcularse correctamente (incluso para una sección simétrica de izquierda a derecha, la la carga muerta es excéntrica al centro de corte).
2. Cálculo del refuerzo de vigas curvas de hormigón armado
Las disposiciones sobre "miembros torsionales" del "Código de Puentes Viales" tienen las siguientes deficiencias: 1. No existe un cálculo de armadura pura. corte y torsión pura Definir y clasificar miembros de corte y torsión; 2. No se menciona la reducción de la resistencia de los miembros de corte y torsión; 3. El rango de refuerzo adecuado de los miembros de corte y torsión simplemente sigue el rango de refuerzo de los miembros de corte puro; , lo que parece poco científico; 4. Se refiere a Los miembros de torsión tienen una sección transversal rectangular, lo que no es conveniente para aplicaciones de puentes. El "Código para el diseño de estructuras de hormigón" de mi país es un resumen de más de diez años de investigación experimental realizada por muchas instituciones de investigación científica de mi país y es de alto nivel. Sus disposiciones sobre "miembros de torsión" tienen muchas ventajas: 1. Clasificar los miembros cuando el par que reciben es menor que un cierto valor, se definen como miembros de corte puro cuando la fuerza cortante que reciben es menor que un cierto valor; se definen como miembros de corte puro. Los miembros de torsión se definen como miembros de corte-torsión cuando el efecto combinado de la fuerza de corte y el par es mayor que un cierto valor, lo cual es muy científico. 2. Cada tipo de miembro se divide en cuatro categorías según; a su condición de tensión; 3. Resistencia de los miembros de torsión cortante El coeficiente de reducción se especifica en detalle 4. El miembro de torsión es una sección en forma de I, y se introduce el concepto de momento de resistencia plástica de torsión para redistribuir el torque de la I; Sección perfilada para facilitar las aplicaciones de puentes.
Las fórmulas de las especificaciones de diseño de estructuras de hormigón de varios países se resumen a partir de una gran cantidad de pruebas. El hormigón es un material frágil heterogéneo y los resultados experimentales de componentes pequeños y grandes serán muy diferentes. Es difícil comprender el error al aplicar fórmulas estándar obtenidas de componentes pequeños a componentes grandes como puentes. Cada paso de la teoría de la distribución lateral de fuerzas internas propuesta por el autor tiene una base mecánica estricta y una verificación estricta. Cuando la fuerza interna se descompone en cada sección en forma de I, se descompondrá en cada pequeña sección rectangular y luego se aplica la fórmula estándar, lo cual es muy tranquilizador.
3. Cálculo de pretensado de puentes de vigas curvas
(1) La diferencia en el cálculo de pretensado entre puentes de vigas curvas y puentes de vigas rectas
1. pérdida por fricción del puente de viga
Ángulo de rotación espacial = la suma del cuadrado del incremento del ángulo de desplazamiento vertical de cada microsegmento en relación con el segmento anterior y el cuadrado del incremento del ángulo de desplazamiento horizontal y luego al cuadrado;
Coeficiente de fricción: tomar el valor recomendado por las normas de puentes de carretera;
Coeficiente de desviación local: ligeramente mayor que el valor recomendado por las normas de puentes de carretera si el radio de curvatura del plano; El torón de acero y el tubo corrugado son de aproximadamente 70 M, el coeficiente de desviación local se puede tomar como 0,0035 (el valor recomendado en las especificaciones de puentes de carretera es 0,003).
2. Generalmente, el pretensado de cada viga principal de un puente de vigas curvas continuas no es igual al pretensado de los cables de acero.
Si la viga curva se deforma libremente en el plano, no solo se acortará en la dirección axial, sino que también se doblará bajo la acción del pretensado, y el radio de curvatura del plano se hará más pequeño, pero las restricciones de El pilar generalmente no permite que el radio cambie, por lo que la viga principal exterior de la viga curva está sujeta a una presión adicional y la viga principal interior está sujeta a una tensión adicional. La viga generalmente no es igual a la pretensión del cable de acero interior. Este fenómeno requiere que se calcule la deformación por flexión plana del puente de viga curva bajo la acción del pretensado, y que se calcule el pretensado de cada viga principal y de cada sección. Este fenómeno aporta comodidad al pretensado de vigas curvas: aunque el momento flector de la viga principal exterior es mayor que el de la viga principal interior, en muchos casos, el número de cables para las vigas principales interior y exterior se puede diseñar para que sea iguales, o incluso Las coordenadas verticales de los cables interior y exterior de la viga principal están diseñadas para ser exactamente iguales.
3. El teorema de la transformación lineal no se aplica a puentes de vigas curvas.
Mientras cambie la ordenada de los cables pretensados del puente de vigas curvas, se deberá recalcular su efecto pretensado.
(2) Algoritmo razonable para la pérdida de tensión en el hormigón durante la fluencia, la contracción y el tensado por lotes.
A excepción de los programas utilizados exclusivamente para la investigación científica, todos los programas de análisis de estructuras pretensadas nacionales y extranjeros convierten los cables en fuerzas equivalentes antes de calcular la deformación estructural. Todas las pérdidas de pretensado deben deducirse antes de la conversión a efectos equivalentes. Algunas pérdidas están relacionadas con la deformación estructural y el tiempo, y estas pérdidas sólo pueden deducirse correctamente si se conoce la deformación en el tiempo. Por lo tanto, un algoritmo razonable para el cálculo por lotes de la contracción por fluencia del hormigón y la pérdida por tensión de tracción es utilizar un algoritmo iterativo en bucle, es decir, primero convertir aproximadamente los cables de acero en fuerzas equivalentes para calcular la deformación estructural y luego convertir los cables de acero en fuerzas equivalentes. nuevamente y luego calcular las deformaciones estructurales. Después de repetir el ciclo (normalmente tres veces), se pueden obtener resultados precisos. Otros algoritmos deben ser aproximados.
Al menos antes de 1989, el método de diseño de los puentes de vigas curvas pretensadas extranjeras era tratar todo el puente como una viga y dividir los cables en tipos de flexión y torsión según sus funciones. Para garantizar que las tensiones en los bordes superior e inferior cumplan los requisitos, la disposición de los cables curvos es la misma que la del puente de vigas rectas. Los cables de torsión son cables con direcciones de flexión opuestas dispuestas en las placas superior e inferior (o redes izquierda y derecha), que se utilizan específicamente para equilibrar la carga muerta y el par generado por los cables de flexión. De hecho, torcer el cable es redundante. Utilizando el método de línea de presión y área prohibida de línea de presión, siempre que la tensión de flexión de cada viga cumpla con los requisitos, el par también puede cumplir con los requisitos. Por supuesto, el efecto del par debe calcularse en detalle.
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