结构力学论文 桥梁中不同结构的比较

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1、桥梁中不同结构的比较班级：土木二班姓名：孙俊若学号：201300206104设计桥梁可有多种结构形式选择：石料和混凝土梁式桥只能跨越小河；若以受压的拱圈代替受弯的梁，拱桥就能跨越大河和峡谷；若采用钢桁架可建造重载铁路大桥；若采用主承载结构受拉的斜拉桥和悬索桥，不仅轻巧美观，而且是跨越大江和海峡大跨度桥梁的优选形式。桥梁中不同结构有不同的优点和缺点，通过比较选择合理、经济的结构是我们应该研究的问题。下面阐述了一些结构形式的比较，以及改善的方法。桁架桥的特点桁架是由一些用直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结

2、构物。杆件间的结合点称为节点(或结点)。根据组成桁架杆件的轴线和所受外力的分布情况，桁架可分为平面桁架和空间桁架。屋架或桥梁等空间结构是由一系列互相平行的平面桁架所组成。若它们主要承受的是平面载荷，可简化为平面桁架来计算。桁架桥是桥梁的一种形式，一般多见于铁路和高速公路；分为上弦受力和下弦受力两种。桁架由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式又分为斜腹杆、直腹杆；由于杆件本身长细比较大，虽然杆件之间的连接可能是“固接”，但是实际杆端弯矩一般都很小，因此，设计分析时可以简化为“铰接”。简化计算时，杆件都是“二力杆”

3、，承受压力或者拉力。由于桥梁跨度都较大，而单榀的桁架“平面外”7的刚度比较弱，因此，“平面外”需要设置支撑。设计桥梁时，“平面外”一般也是设计成桁架形式，这样，桥梁就形成双向都有很好刚度的整体。有些桥梁桥面设置在上弦，因此力主要通过上弦传递；也有的桥面设置在下弦，由于平面外刚度的要求，上弦之间仍需要连接以减少上弦平面外计算长度。桁架的弦杆在跨中部分受力比较大，向支座方向逐步减小；而腹杆的受力主要在支座附件最大，在跨中部分腹杆的受力比较小，甚至有理论上的“零杆”。不同简支梁式桁架的比较不同形式的桁架，其内力分

4、布情况和适用场合也各不同。简支梁式桁架分为平行弦桁架、折弦桁架、三角形桁架；在均布荷载作用下，简支梁的弯矩分布图形是抛物线形的，两边小中间大。a、在平行弦桁架中，弦杆的力臂是一常数，故弦杆内力与弯矩的变化规律相同，即两端小中间大。7竖杆内力与斜杆的竖向分力各等于相应简支梁上对应节间的剪力，故它们的大小均分别由两端向中间递减。由此看出平行弦桁架的内力分布不均匀，弦杆内力向跨中递减，若每一节间改变截面，则增加拼接困难；如采用相同的截面，又浪费材料。但是，平行弦桁架在构造上有许多优点，如所有弦杆、斜杆、竖杆长度都

5、相同，所有节点处相应各杆交角均相同等，因而利于标准化。平行弦桁架用于轻型桁架时，可采用截面一致的弦杆而不至于造成很大的浪费。厂房中多用于12m以上的起重机梁。铁路桥梁中，由于平行弦桁架给构件制作及施工拼装都带来很多方便，故较多采用。b、在三角形桁架中，弦杆所对应的力臂是由两端向中间按直线变化递增的，其增加速度要比弯矩的增加来得快，因而弦杆的内力就由两端向中间递减。至于腹杆内力，各竖杆及斜杆的内力都是由两端向中间递增的。三角形桁架的内力分布也不均匀，弦杆内力在两端最大，且端结点处夹角很小，构造布置较为复杂。但

6、是其两斜面符合屋顶构造需要，故只在屋架中采用。c、在折弦桁架（上弦各节点在抛物线上）中，各下弦杆内力及各上弦杆的水平分力对其矩心的力臂，即为各竖杆的长度。而竖杆的长度与弯矩一样都是按抛物线规律变化的，故可知各下弦杆内力与各上弦杆水平分力的大小都相等，从而各上弦杆的内力也近于相等。各斜杆内力均为零，竖杆内力均等于相应下弦结点上的荷载。折弦桁架的内力分布均匀，因而在材料使用上最为经济。但是构造上有缺点。上弦杆在每一结点处均转折而须设置接头，故构造较复杂。不过在大跨度桥梁（100~150m）及大跨度屋顶（如18~

7、30m7）中，节约材料意义较大，故常采用。桁架和拱式结构中减小弯矩的方法梁、梁式桁架等属于无推力结构，三铰刚架、三铰拱、拱式桁架和某些组合结构属于有推力结构，水平推力可以改善结构受力状态。这些结构都是由链杆或梁式杆组成的。梁与刚架中的杆件都是梁式杆；桁架中的杆件都是链杆、部分为梁式杆。链杆处于无弯矩状态，内力只有轴力，杆件横截面中的正应力均匀分布，能够充分利用材料的强度。梁式杆处于有弯矩状态，弯矩产生的正应力沿横截面高度呈三角形分布，中性轴附近的应力很小，没有充分利用材料强度。为了充分利用材料强度，应尽量减

8、小梁式杆中的弯矩，最好是完全消除弯矩，使杆件处于无弯矩状态。构架设计中一般采取如下措施：1、在外伸梁和静定多跨梁中，利用杆端的负弯矩可以减小跨中的正弯矩。合理设计支座的位置，不仅可以减小弯矩的峰值，而且可使梁中正、负弯矩分布比较均匀。2、在三铰拱和三铰刚架中，利用水平推力的作用可以减小弯矩的峰值。3、在三铰拱中，利用合理拱轴线，可以使拱处于无弯矩状态；在桁架中，利用杆件铰接和合理布置，以及荷载的传递方式可以实现理