19-箱形框架结构横向分析
对框架结构中的箱形基础内力计算
对框架结构中的箱形基础内力计算在框架结构设计中，箱形基础是一种常用的地基基础结构，它通常用于承载框架结构的柱子或墙体的荷载。
箱形基础的设计与计算是保证结构稳定性和安全性的重要一环。
一、箱形基础的结构和构造形式箱形基础是一种矩形或正方形断面的混凝土基础，常用于框架结构中的柱子或墙体的承载。
它的结构和构造形式包括以下几个部分：1.混凝土墩身：箱形基础的主体部分是由混凝土墩身构成的，它的形状可以是长方形或正方形，具体尺寸根据结构荷载和地基条件进行设计。
2.混凝土底座：箱形基础的底部是一个扩大的混凝土底座，用于增加基础与地基的接触面积，提高基础的稳定性。
3.钢筋骨架：为了增强箱形基础的承载能力和抗震性能，通常在混凝土墩身中设置钢筋骨架，具体的筋肢数量和直径根据设计荷载和结构要求进行确定。
二、箱形基础内力计算步骤1.确定荷载：首先需要确定箱形基础所承受的荷载，包括垂直荷载、水平荷载和弯矩荷载等。
这些荷载通常根据结构设计要求和施工规范进行计算。
2.计算活载：在确定了荷载后，需要根据荷载的作用位置和大小计算出对应的活载。
活载一般可以按荷载组合的方式进行计算，包括正常活载、风荷载、地震荷载等。
3.基础受力计算：根据箱形基础的受力性质和受力平衡条件，可以计算得到各个部分的受力情况，包括底座受力、墩身受力、地基反力等。
受力计算可以采用静力平衡方法或有限元分析方法，具体的计算方法需要根据实际情况进行选择。
4.留意基础变形：框架结构中的箱形基础承受荷载后也会产生变形，尤其是长期荷载作用下，基础的沉降和倾斜都是需要考虑的因素。
因此，在进行内力计算时，还需要考虑基础的变形对结构安全性的影响。
5.进行验算与校核：根据设计要求和规范要求，进行基础内力计算后，需要对计算结果进行验算与校核。
主要包括基础的抗剪承载力、抗扭矩承载力和弯曲承载力等的校核，确保基础的稳定性和安全性。
6.提出设计建议：最后，在完成基础内力计算和验算校核后，需要根据计算结果提出相应的设计建议，包括增加底板和墩身的厚度、调整墩身的尺寸和筋肢的配置等。
对箱梁受力的理解-2019年精选文档
对箱梁受力的理解箱梁截面受力特性作用在箱形梁上的重要荷载是恒载与活载。
恒载通常是对称作用的，活载可以是对称作用，也可以是非对称作用，必须加以分别考虑。
偏心荷载作用，使箱形梁既产生对称弯曲又产生扭转，因此，作用于箱形梁的外力可以综合表达为偏心荷载来进行结构分析。
箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分成4种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、扭转、扭转变形（即畸变）纵向弯曲：纵向弯曲产生竖向变位，因而在横截面上引起纵向正应力及剪应力。
扭转：箱形梁的扭转在这里是指刚性扭转，即受扭时箱形的周边不变形，变形的主要特征是出现扭转角。
类型分为自由扭转和约束扭转，所谓自由扭转，即箱形梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纤维无伸长缩短，自由翘曲，因而不产生纵向正应力，只产生自由扭转剪应力。
而受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲，则为约束扭转。
约束扭转在截面上产生翘曲正应力和约束扭转剪应力。
产生约束扭转的原因：支承条件的约束，如固端支承约束纵向纤维变形；受扭时截面形状及其沿梁纵向的变化，束扭转，如等壁厚的矩形箱梁、变截面梁等，即使不受支承约束，也将产生约束扭转。
在D62规范的5.5.1条的条文说明（第176页第五段）：“在扭矩作用下的钢筋砼结构或构件，若扭矩系由荷载直接引起的，并可由静力平衡条件求得，一般称为平衡扭转；若扭转系由结构或相邻构件间的转动受到约束所引起，并由转动变形的连续条件所决定，一般称为协调扭转或是附加扭转。
（其实就是上文中的自由扭转和约束扭转）由于后者的连续变形可引起内力重分布，对设计的扭矩起到折减的作用。
本节规定的抗扭计算公式均未考虑协调扭矩或附加扭矩，也即本规范有关受扭构件的计算仅适用于平衡扭转。
畸变：畸变的主要特征是畸变角。
薄壁宽箱的矩形截面受扭变形后，无法保持截面的投影仍为矩形。
畸变产生翘曲正应力和畸变剪应力，同时由于畸变而引起箱形截面各板横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力。
大跨变截面波形钢腹板箱梁横向受力分析
大跨变截面波形钢腹板箱梁横向受力分析李立峰;任虹昌;周聪;周延【摘要】In order to study the transverse force of the roof of large span variable cross-section prestressed concrete (PC) composite box girder with corrugated steel webs under the local load of wheel, combined with two bridge examples, the solid finite element models of the two whole bridges were established.Three longitudinal typical cross sections were selected, the matched plane frame models considering the effective distribution width were established.According to the influence lines of transverse stress of the roof control sections in the solid finite element models, the transverse most unfavorable loadings of the spatial entity model and the plane frame model were applied.The maximum transverse tensile stress of control sections and the variation law along the longitudinal direction were obtained, and the calculation results of the two models were compared.The results show that the frame method is in good agreement with the solid finite element method for root sections of roof cantilever plates and inner sections of webs.While for mid-span sections of roofs, the calculated results of frame method are conservative when the web space is larger, and the calculated results of the frame method should be properly reduced in design.With the moving of load position from mid-span to support, the peak transverse stresses of mid-span sections of roof decrease gradually, while the peak transverse stresses of root sections of cantilever plates and inner sections of webs have a tendency toincrease.The diaphragms have little impact on the transverse force of the bridge deck.The transverse stress values of mid-span sections of roofs decrease linearly with the increase of line stiffness of corrugated steel webs.%为研究大跨变截面波形钢腹板预应力混凝土(PC)组合箱梁顶板在车轮局部荷载作用下的横向受力问题,结合2座桥例,分别建立全桥实体有限元模型;选择纵向3个典型截面,建立与之匹配和考虑有效分布宽度的平面框架模型;依据实体模型中顶板控制截面的横向应力影响线进行空间实体模型和平面框架模型的横向最不利加载,获得控制截面的最大横向拉应力及其沿纵向的变化规律,并对比了2种模型的计算结果.结果表明:对于顶板悬臂根部截面和腹板内侧截面,框架法与实体有限元法计算结果吻合良好;对于顶板跨中截面,腹板间距较大时,框架法的计算值偏于保守,设计中需对框架法的计算值进行适当折减;随着加载位置由跨中向支点移动,顶板跨中截面的横向应力峰值逐渐减小,悬臂根部截面和腹板内侧截面的横向应力峰值有增大趋势;有无横隔板对桥面板的横向受力影响很小,顶板跨中截面的横向应力值随波形钢腹板线刚度的增加线性减小.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】7页(P112-118)【关键词】桥梁工程;横向受力;有限元法;桥面板;钢腹板【作者】李立峰;任虹昌;周聪;周延【作者单位】湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室,湖南长沙 410082;湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室,湖南长沙 410082;湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室,湖南长沙 410082;湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室,湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TU311波形钢腹板预应力混凝土(PC)组合箱梁采用波形钢板取代传统混凝土腹板，具有受力明确、轻型美观和避免腹板开裂等优点，随着跨径增大(超过80～100 m)，其技术经济优势越加明显。
温度场作用下大跨混凝土箱梁横向分析
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— 一 力＋温度力 １ ・主 ＋ 主 力＋温度力 ２ 一 主 力
各构 件力 的分配 能起 到重 要 的作 用 。横 向正应力 沿横 桥 向也为 波动 曲线 ， 力 在 中腹 板 位 置 处有 应 较 大变 化 ， 几处 峰 值 大小 很 接 近 ， 但都 不 大 ， 明 证 中腹 板 的位置 放置 比较 合 理 ， 够 影 响正 应 力 和 能
４ 结 论
心线 和跨 中顶板 横 截面横 向正应 力 变化情 况 。 由 图 ７和 图 ８所 示 ， 混凝 土 主梁在 Ｅ 照和 寒 ｌ 潮温 度场 影 响下 相 比， 仅在 主 力 作 用下 沿 顶 板 纵 向 中心线 横 向正 压 应 力 分 别 整 体 增 大 约 ２ ＭＰ ａ 和整 体减 小约 ２ＭＰ ， 径 曲线 变 化 趋势 基 本 保 ａ路
件 为
收稿 日期 ：０ ２０—６ ２ １ —２０
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李
靖 ：温度 场 作 用 下 大 跨 混 凝 土 箱 梁 横 向分 析
２１ ０ ２年第 ３ 期
选 取边 跨跨 中横 隔板及 横隔 板两侧 各一半 横 隔板 间距 的主梁 作 为计 算 模 型 ， 用 对 所选 纵 截 采
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表 ２ 。
由表 ２可知 ， 横 向应 力 下 的 内力 大部 分 被 在
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了一 定 的 作 用 ， 占 比例 在 １ ～ １ 之 间 ， 所 ６ ９ 腹 板虽 然具 有较大 的纵 截面 ， 但分 担 内力 较小 ， 不到 １ ％嘲 Ｏ
箱梁的结构与受力特点
箱梁的结构与受力特点（二）箱形截面的配筋箱形截面的预应力混凝土结构一般配有预应力钢筋和非预应力向普通钢筋。
1、纵向预应力钢筋：结构的主要受力钢筋，根据正负弯矩的需要一般布置在顶板和底板内。
这些预应力钢束部分上弯或下弯而锚于助板，以产生预剪力。
近年来，由于大吨位预应力束的采用，使在大跨径桥梁设计中，无需单纯为了布置众多的预应力束而增大顶板或底板面积，使结构设计简洁，而又便于施工。
2、横向预应力钢筋：当箱梁肋板间距厚的桥面板。
的上、下两层钢筋网间，锚固于悬臂板端。
3时，可布置竖向预应力钢筋，面桥梁都采用三向预应力。
4钢筋网。
必须指出，因此必须精心设计，做到既安全又经济。
第二节箱形梁的受力特点作用在箱形梁上的主要荷载是恒载与活载。
恒载一般是对称作用的，活载可以是对称作用，但更多的情况是偏心作用的，因此，作用于箱形梁的外力可综合表达为偏心荷载来进行结构分析；在偏心荷载作用下，箱形梁将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态。
详见图2-4。
1、纵向弯曲产生竖向变位w ，在横截面上起纵向正应力Mσ及剪应力M τ。
对于肋距不大的箱形梁，M σ按初等梁理论计算，当肋距较大时，会出现所谓“剪力滞效应”。
即翼板中的M σ分布不均匀，近肋翼板处产生应力高βα+= 刚性扭转横向挠曲图2-4 箱形梁在偏心荷载作用下的变形状态峰，而远肋翼板处则产生应力低谷，这称为“正剪力滞”；反之，如果近肋翼板处产生应力低谷，而远肋翼板处则产生应力高峰，则为“负剪力滞”。
对于肋距较大的宽箱梁，这种应力高峰可达相当大比例，必须引起重视。
2、刚性扭转刚性扭转即受扭时箱形的周边不变形。
扭转产生扭转角θ。
分自由扭转与约束扭转。
（1）自由扭转：箱形梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纵维无伸长缩短，能自由翘曲，因而不产生纵向正应力，只产生自由扭转剪应力K τ。
（2）约束扭转：受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲。
预应力箱梁横向分析
预应力箱梁横向分析预应力箱梁横向分析一. 概要1.分析概要 PSC箱梁进行横向分析时，有理论指出梁单元模型的分析结果往往比有限板单元的分析结果要偏大。
通过本例题对配有预应力钢筋的箱梁横向模型进行三维板单元分析并与梁单元模型的结果比较，验证上述理论。
建立几何体生成主梁（板单元网格）生成横向预应力钢筋（线网格）施加恒荷载.移动荷载张拉预应力钢筋查看分析结果 n 几何模型本例题主梁是截面宽度为15.74m，梁高为3m的等截面箱梁。
顶板的悬臂板.腹板顶.顶板中心的厚度依次为0.25.0.45.0.23m，横向预应力钢筋是曲线布置的。
建顶板时可采用程序中变厚度板单元，预应力钢筋采用B样条曲线。
n 材料及特性主梁采用40MPa的高强度混凝土材料，钢束选择钢筋单元中的预应力类型。
顶板采用变厚度的板单元建模，腹板与底板用0.5m.0.2m厚度的板单元来建模。
n 生成主梁（板单元网格）首先利用“定义线”功能定义箱梁截面几何体（如上图所示），再利用“扩展”功能生成50m的全桥板单元网格。
n 生成钢束（线单元网格）利用“定义线”功能生成B样条曲线，然后以0.6m 为等间距复制到整个主梁顶板中。
n 恒荷载与活荷载结构自重由程序内部自动计算，二期荷载（防撞墙.铺装）通过压力荷载施加在整个桥面板上。
将一辆整车荷载添加在主梁跨中顶板上，按悬臂板.顶板中心弯矩最大布置车辆，共有六种布置方法。
每个车轮考虑着地面积施加压力荷载。
n 预应力荷载对钢筋单元（预应力类型）施加预应力荷载。
n 分析结果将恒载.活荷载的内力结果以及预应力荷载的应力结果与梁单元模型的分析结果相比较。
二. 建立主梁顶板（考虑加腋）3214 操作步骤 Procedure 分析 > 函数.1.名称 [Top Slab]2. 独立变量 [X]3. 编辑表格 [输入顶板相应于X坐标的板厚]4. 点击 [确认] 独立变量横向顶板的厚度在X方向上有变化，独立变量选择X方向。
大跨径连续刚构箱梁桥横向分析
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箱梁分析
第六章箱梁分析•主要优点:抗扭刚度大、有效抵抗正负弯矩、施工方便、整体受力、适应性强、铺设管道方便。
•箱梁截面受力特性:箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移,可分成四种基本状态:纵向弯曲、横向弯曲、扭转及扭转变形(即畸变);箱梁在偏心荷载作用下,因弯扭作用在横截面上将产生纵向正应力与剪应力,因横向弯曲与扭转变形将在箱梁各板中产生横向弯曲应力与剪应力。
•箱梁对称挠曲时的弯曲应力:箱梁对称挠曲时,产生弯曲正应力、弯曲剪应力。
•箱梁的自由扭转应力:箱梁在无纵向约束,截面可自由凸凹的扭转称为自由扭转,只产生剪应力,不引起纵向正应力;单室箱梁的自由扭转应力,多室箱梁的自由扭转应力。
•箱梁的约束扭转应力:当箱梁端部有强大横隔板,扭转时截面自由凸凹受到约束称为约束扭转,产生约束扭转正应力与约束扭转剪应力;这里介绍的约束扭转的实用理论建立就是一定的假定之上的。
•箱梁的畸变应力:当箱梁壁较薄时,横隔板较稀时,截面就不能满足周边不变形的假设,则在反对称荷载作用下,截面不但扭转还要畸变,产生畸变翘曲正应力与剪应力,箱壁上也将引起横向弯曲应力;用弹性地基比拟梁法解析箱梁畸变应力。
•箱梁剪力滞效应:翼缘剪切扭转变形的存在,而使远离梁肋的翼缘不参予承弯工作,这个现象就就是剪力滞效应;可应用变分法的最小势能原理求解。
第六章 箱梁分析一、主要优点箱形截面具有良好的结构性能,因而在现代各种桥梁中得到广泛应用。
在中等、大跨预应力混凝土桥梁中,采用的箱梁就是指薄壁箱型截面的梁。
其主要优点就是:• 截面抗扭刚度大,结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性;• 顶板与底板都具有较大的混凝土面积,能有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋的要求,适应具有正负弯矩的结构,如连续梁、拱桥、刚架桥、斜拉桥等,也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁,T 型刚构等桥型;• 适应现代化施工方法的要求,如悬臂施工法、顶推法等,这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板;• 承重结构与传力结构相结合,使各部件共同受力,达到经济效果,同时截面效率高,并适合预应力混凝土结构空间布束,更加收到经济效果;• 对于宽桥,由于抗扭刚度大,跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布; • 适合于修建曲线桥,具有较大适应性; • 能很好适应布置管线等公共设施。
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工程科技
箱形框架结构横向分析
李彦贤1文华锋2吴咏梅3
（1、中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北武汉4300402、重庆市渝通公路工程总公司，重庆400060
3、路桥华祥国际工程有限公司，北京101100）
摘要：本文采用Midas/civil 有限元分析软件，通过建立预应力混凝土连续钢构箱形截面框架结构模型，分析比较桥面板横向预应
力及温度荷载作用下桥面板的受力情况。
关键词:连续钢构;桥面板;框架结构;横向分析1概述
1.1工程概况
本文以某高速公路上的一座（50+80+80+50）m 预应力混凝土连续刚构桥为工程背景，该桥上部结构采用单箱单室箱梁，箱梁顶面宽14.75m ，箱梁底宽7.25m 。
主梁采用三向预应力体系，包括纵向预应力、横向预应力和竖
向预应力。
顶板横向预应力钢束采用2股s
15.2mm 高强低松弛钢绞
线，钢绞线抗拉强度标准值f pk ＝1860M Pa ，
采用交错单端张拉。
钢束均为直线线型,钢束与梁顶面的距离保持不变。
预应力管道采用配
套扁形波纹管50mmx19mm ，
采用真空压浆工艺灌浆。
1.2主要材料指标1.2.1混凝土（见表1）1.2.2预应力钢筋（见表2）2建立有限元模型
本文采用M idas/civil 计算软件，建立箱梁横向分析模型。
取具有代表性的主跨跨中合拢段作为典型断面（见图1，表3）。
移动荷载工况（见图2）。
边界条件：箱梁底部一处横向约束，两处竖向约束，即简支边界。
3总体计算结果3.1恒载效应
恒载下桥面板最大应力效应约0.9M Pa ，如图3所示。
3.2车辆荷载效应
车辆荷载下桥面板上下缘最大应力效应约1.7M Pa ，如图4所示。
3.3桥面板裂缝宽度验算
按照预应力混凝土B 类构件验算，移动荷载控制钢筋混泥土板
的裂缝宽度。
桥面板最大裂缝宽度W_tk ≈0.042mm <W_AC =0.
1mm ，
满足要求。
4温度的影响
温度梯度荷载下桥面板上下缘最大应力效应约1.2M Pa ，如图5所示。
5横向预应力的影响
横向预应力荷载下桥面板上下缘最大应力效应约-2.8M Pa ，如图6所示。
6结论
6.1虽然顶板张拉了横向预应力钢束，但是横向钢束线形受到纵向钢束和横向板厚等因素的控制，顶板横向无法达到预应力混凝土A 类构件要求，因此对桥面板应按照预应力混凝土B 类构件验算。
6.2在上部结构设计中，需展开顶板横向预应力束的设置对箱梁横向计算的影响。
6.3温度梯度与结构自重引起的桥面板的应力值大小相当，因此在计算中要准确模拟温度荷载。
6.4横向预应力在桥面板上产生较大的压应力，可以提高截面的整体刚度并预防顶板中纵向裂缝的产生，有效的改善桥面板的抗裂性能。
参考文献
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工程科技
图6底面应力表5MIDAS/Civil PSC 设计各项验算
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