《桥梁上的作用》PPT课件 (2).ppt

第三章 桥梁上的作用 作用： 施加在结构上的一组集中力或分布力 ，或引起结构外加变形或约束变形的原因 。 前者称直接作用或荷载； 后者称间接作用。 桥梁上作用的分类 根据我国公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 桥梁桥梁 作用作用 偶然作用 永久作用 可变作用 永久作用1 可变作用 2 偶然作用3 作用效应组合4 永久作用 在结构使用期间，其量值不随时间而 变化或其变化值与平均值比较可忽略不计 的作用。 包括结构重力、预加应力、土的重力 、土侧压力、混凝土收缩徐变、水的浮力 、基础变位等。 按照结构构件的设计尺寸与材料的重 力密度计算确定。 gV*/L0；ML0/2gL02/8 材料密度见表中值 结构重力结构重力 结构正常使用极限状态设计和使用阶 段构件应力计算时需考虑其主、次效应， 并计入相应损失；承载能力极限状态设计 时，预加应力不作为荷载，预应力钢筋作 为抗力的一部分。 超静定结构中，需考虑预加力引起的 次效应，可采用等效荷载法或力法求解。 预加应力预加应力 墩台基础中用到 土力学中知识 按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）中公式计算 土的重力及土侧压力土的重力及土侧压力 很复杂的内容 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 规范（JTG D62）的规定计算。 混凝土的收缩徐变混凝土的收缩徐变 超静定结构，如基础发生变位，应根 据最终位移量计算构件内力。 结构力学内容。 基础变位基础变位 可变作用 在结构使用期间，其量值随时间变化 ，且其变化值与平均值比较不可忽略的作 用。 包括汽车荷载、汽车荷载冲击力、汽 车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷 载、汽车制动力、风荷载、流水压力、冰 压力、温度作用、支座摩阻力等。 1.分为公路级和公路级两个等 级； 2.分为车道荷载和车辆荷载。 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。 桥梁结构整体计算时采用； 车辆荷载在桥梁结构局部加载、涵洞、 桥台、和挡土墙土压力等计算时采用。 公路桥涵汽车荷载公路桥涵汽车荷载 3.车道荷载 由均布荷载和集中荷载组成，如图所示。 车道荷载 1）公路级车道荷载的均布荷载标 准值为qk=10.5KN/m；集中荷载标准值：桥 梁计算跨径L05m时，Pk180KN；桥梁计 算跨径L050m时， Pk360KN；桥梁计算 跨径在5m50m之间时， Pk按线性内插求 得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准应 乘以1.2的系数。 2）公路级车道荷载的均布荷载标 准值qk和集中荷载标准值Pk按公路级车 道荷载的0.75倍采用。 则qk=10.5*0.75=7.875KN/m。 3）车道荷载均布荷载满布于使结构产 生最不利效应的同号影响线上；集中荷载只 作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处 。 例题：计算跨径20m的简支梁桥，承受公路 级汽车荷载作用，求跨中弯矩。 解：采用车道荷载计算。 均布荷载qk=10.5KN/m； 集中荷载Pk按线性内插计算： Pk=4*(L0-5)+180=240KN。 简支梁跨中弯矩影响线及荷载布置如图所示： M=20*5*10.5/2+240*5=1725KNm 4.车辆荷载 公路级和公路级采用相同的车辆 荷载标准值。 车辆荷载 5.车辆荷载的横桥向布置 6.桥涵车道数的确定 7.汽车荷载的横向折减 多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道 折减，但折减后的效应不应小于两设计车道 的荷载效应。 8.汽车荷载的纵向折减 大跨桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减 ，当为多跨连续结构时，按最大计算跨径考 虑纵向折减。 汽车以较高速度驶过桥梁时，由于桥面 不平整、发动机震动等原因，会引起桥梁结 构的振动，从而造成内力增大，这种动力效 应称为冲击作用。 1.填料厚度（包括路面厚度） 0.5m的 拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 汽车冲击力汽车冲击力 2.汽车荷载冲击力标准值等于汽车荷载 标准值乘以冲击系数。 3.汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁 悬臂板上的冲击系数采用1.3。 冲击系数的计算： 冲击系数与结构基频有关。 式中：f结构基频（Hz）。 结构基频的计算： 简支梁桥： 式中：l结构的计算跨径(m)； E结构材料的弹性模量(N/m2)； Ic结构跨中截面的截面惯矩(m4); mc结构跨中处的单位长度质量 (kg/m); G结构跨中处延米结构重力(N/m); g重力加速度，g=9.81(m/s2)。 结构基频的计算： 连续梁桥： 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应 和剪力效应时，采用f1；计算连续梁的冲击力 引起的负弯矩效应时，采用f2。 1.桥梁计算跨径L050m时，人群荷载为 3.0KN/m2；桥梁计算跨径150m时，人群荷 载为2.5 KN/m2；桥梁计算跨径在50m 150m之间时，按线性内插求得。跨径不等 的连续结构，以最大计算跨径为准。 城镇郊区行人密集地区，人群荷载取上 述值的1.15倍。 专用人行桥，人群荷载取3.5 KN/m2。 人群荷载人群荷载 2.人群荷载在横向，布置在人行道的净 宽内；纵向施加于使结构产生最不利荷载效 应的区段内。 3.人行道板可以一块板为单元，按4.0 KN/m2计算。 4.计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱 顶的水平推力取0.75KN/m，作用在栏杆扶 手上的竖向力取1.0KN/m。 1.汽车离心力 当弯道桥的曲线半径等于或小于250m 时，应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷 载离心力标准值等于汽车荷载（不计冲击） 标准值乘以离心力系数C计算。 C=v 2/127R 式中：v计算行车速度（Km/h）； R曲线半径（m）。 其他其他 计算离心力时需考虑桥梁的横向折减和 纵向折减，离心力的着力点在桥面以上1.2m 处（为计算简便也可移至桥面上，不计由此 引起的作用效应）。 可按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）中公式计算，采用车辆荷载加载 ，将车辆荷载换算成等代土厚度。 桥台计算时使用。 2.汽车引起的土侧压力 车辆在减速或刹车时为克服车辆的惯性 力而在路面与车辆之间发生的滑动摩阻力。 按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）的规定取值。 制动力的着力点在桥面以上1.2m处。在 计算墩台时，可移至支座底面上；计算刚构 桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因移动 产生的力矩。 3.汽车制动力 对于大跨桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥 ，风荷载是极为重要的设计荷载。 1940年在华盛顿州建成的主跨853m的 塔科马老桥，在建成当年的11月7日近中午 的时候被风吹断。 塔科马老桥风毁事故的发生，使大跨悬 索桥的修建停顿了约10年之久。 4.风荷载 塔科马海峡桥 中小桥按静风压计算，按公路桥涵设 计通用规范（JTG D60-2004）中公式计算 。 大桥按动力计算，斜拉、悬索桥需进行 风洞试验。 桥墩计算时涉及的。 可按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）计算。 5.流水压力和冰压力 环境因素、人工热源、混凝土本身水化 热温度变化结构变形和影响力。 分为均匀温度和梯度温度。 对于斜拉桥、拱桥需在合适的温度合龙 ，以减小温度内力。 6. 温度作用 F=W 7.支座摩阻力 1.车辆 包括汽车荷载、平板车或履带车。 汽车荷载：汽车10级、汽车15级、汽 车20级、汽车超20级。 平板车和履带车荷载：挂80、挂100 、挂120、履带50。 原公路桥涵设计可变作用原公路桥涵设计可变作用 2.汽车冲击力 冲击系数与跨径有关。 3.人群荷载 一般取为3.0KN/m2，城镇郊区行人 密集地区可为3.5 KN/m2 。 人行道板为钢筋混凝土板时，还应以 1.2 KN集中竖向力作用于一块板上进行验 算。 计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱 顶的水平推力取0.75KN/m，作用在栏杆 扶手上的竖向力取1.0KN/m。 1.汽车荷载 分为城市A级和城市B级两个等级。 分为车道荷载和车辆荷载。 城市桥梁设计可变作用城市桥梁设计可变作用 车道荷载 由均布荷载和集中荷载组成，如图所示。 车道荷载 1）城市A级车道荷载：桥梁跨径为 220m时，计算弯矩时，均布荷载标准值qm 为22.5KN/m，计算剪力时，均布荷载标准 值qQ为37.5KN/m，集中荷载为140KN；桥 梁跨径为20m150m时，计算弯矩时，均布 荷载标准值qm为10.0KN/m，计算剪力时， 均布荷载标准值qQ为15.0KN/m，集中荷载 为300KN，车道数大于等于4时，计算剪力 增长系数为1.25。 2）城市B级车道荷载：桥梁跨径为 220m时，计算弯矩时，均布荷载标准值qm 为19.0KN/m，计算剪力时，均布荷载标准 值qQ为25.0KN/m，集中荷载为130KN；桥 梁跨径为20m150m时，计算弯矩时，均布 荷载标准值qm为9.5KN/m，计算剪力时，均 布荷载标准值qQ为11.0KN/m，集中荷载为 160KN，车道数大于等于4时，计算剪力增 长系数为1.30。 车辆荷载 （城A） （城B） 车辆荷载的横桥向布置 汽车荷载的横向折减 2.汽车冲击力 冲击系数的计算： 1）车道荷载冲击系数=20/（80+l）， l20m时，=0.2，l150m时，=0.1 。 2）车辆荷载冲击系数 =0.6686-0.3032logl 0.4 3.人群荷载 可按公式计算 。 计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱 顶的水平推力取1.0KN/m，作用在栏杆扶 手上的竖向力取1.2KN/m。 在结构使用期间出现的概率很小，一 旦出现，其值很大且持续时间很短的作用 。 包括地震作用、船只或漂流物撞击作 用、汽车撞击作用。 偶然作用 l l 地震作用地震作用 属于动力荷载，随机变量。除与地震 烈度有关外，还与结构本身的动力特性有 关。 地震作用的计算及结构的设计应符合 公路工程抗震设计规范（JTJ 00489 ）的规定。 地震动峰值加速度为0.10g以上地区的 公路桥涵，应进行抗震设计；大于或等于 0.40g地区的公路桥涵，应进行专门的抗震 研究和设计；小于或等于0.05g地区的公路 桥涵，可采用简易设防。 l l 船只或漂流物撞击力船只或漂流物撞击力 l l 汽车撞击作用汽车撞击作用 行驶方向1000KN，与之垂直方向 500KN，两个方向不同时考虑，作用与行 车道上1.2m处。 作用效应组合 作用效应：作用施加于结构引起的效 应，如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、 挠度 f、裂缝宽度 W等。 作用效应组合包括：承载能力极限状 态作用效应组合；正常使用极限状态组合 。 对承载力极限状态一般考虑荷载效应基本组合: 式中： 结构重要形系数； 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合 设计值； 第i个永久作用效应的分项系数； 第i个永久作用效应的标准值； 汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)分项系 数，值为1.4； 汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)标准值； 作用效应组合中除汽车荷载效应、风荷载外的其 他第j个可变作用效应的分项系数，值为1.4，风 荷载的分项系数为1.1； 作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他第j个 可变作用效应的标准值； 作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他可变作 用效应的组合系数。 承载能力极限状态永久作用分项系数 承载能力极限状态作用效应组合系数 除汽车车荷载载外，其他可变变作用项项数组组合系数 只有人群荷载载(或其他一种可变变作用) 0.8 尚有两种其他可变变作用 0.7 尚有三种其他可变变作用 0.6 尚有四种及四种以上其他可变变作用0.5 正常使用极限状态作用效应组合 1、作用短期效应组合：