《荷载的其它作用》PPT课件.pptVIP

荷载与结构设计方法 10级土木3班邹高漫24102600738 5其他作用 5 1温度作用5 2变形作用5 3爆炸作用5 4浮力作用5 5冲击力和撞击力5 6制动力5 7离心力5 8预加力 温度作用的概念当某一结构或构件的温度发生变化时 体内任一点 单元体 的热变形 膨胀或收缩 由于受到周围相邻单元体的约束 内约束 或其边界受到其他结构或构件的约束 外约束 使体内该点产生一定的应力 这种应力称为温度应力 或热应力 因而从广义上来说 温度作用也是一种荷载作用 温差变形约束应力 5 1温度作用 温差来源混凝土水化热钢结构焊接热火灾热生产热季节温差日温差辐射热 5 1温度作用 混凝土水化热 水泥与水作用会产生放热反应 在水泥硬化过程中 不断放出的热量称为水化热 对于一般建筑 小体积工程来说 可以不考虑水泥的水化热 甚至可以加快水泥的水化硬化 但是对于大体积工程来说 比如大坝 桥梁等 水化热来不及释放越积越多会造成膨胀开裂等毁灭性后果 所以有专用的大坝水泥 低水化热水泥 有的还要使用其他冷却方法 5 1温度作用 钢结构焊接热 钢结构的焊接过程也是一个不均匀的温度变化过程 在施焊时 焊件上产生不均匀的温度场 焊缝及附近温度最高 可以达1600摄氏度以上 其邻近区域则温度急剧下降 不均匀的温度场使材料产生不均匀的膨胀 高温处的钢材膨胀最大 由于受到两侧温度较低 膨胀较小的钢材的限制 产生了热状态塑性压缩 焊缝冷却时 被塑性压缩的焊缝趋于缩得比原始长度稍短 这种变形受到两侧钢材的限制 使得焊缝区产生纵向拉应力 这就是焊接残余应力 纵向 在低碳钢和低合金钢中 这种拉应力通常很高 甚至达到钢材的屈服强度 焊接残余应力对结构的静力强度 刚度 压杆稳定 低温冷脆及疲劳强度等都有不同程度的影响 5 1温度作用 火灾热 火灾对于工程结构来说也是一种危害较大的温度作用 它对人们的生命财产安全 甚至是环境的破坏都是巨大的 火灾发生时 房屋室内构件受室内可燃物 火焰 热气层 及顶棚射流 壁面和通风口等因素的影响 他们之间存在复杂的相互作用 一般火灾可分为三个阶段 即火灾的初期增长阶段 充分发展阶段和衰减阶段 在前两个阶段之间 有一个温度急剧上升的区间 称为轰然区 室内发生轰然后 释热速率会很快增大到相当大的值 造成室内往往出现1000摄氏度以上的高温 由于热应力的作用 某些结构构件将被破坏 而部分构件的破坏还可能引起建筑物更严重的毁坏 并让火区迅速蔓延到建筑物的其他部分 5 1温度作用 5 1温度作用 温度效应变形静定结构 自由变形超静定结构 约束后变形内力 应力 静定结构 无超静定结构 有 源于约束变形 效应计算 采用结构力学或弹塑性力学方法 5 1温度作用 常用超静定结构温度内力 1 两端固定梁t10t20 t10 t20 M EI t h 温度低一侧受拉 2 一端固定一端简支梁t10t20 t10 t20 M 3EI t 2h 温度低一侧受拉 5 1温度作用 这里的变形是指由于外界因素的影响 如结构或构件的支座移动或地基发生不均匀沉降等 使得结构物被迫产生的变形 如果结构为静定结构 则允许构件产生符合其约束条件的位移 此时机构内产生应力和应变 若结构为超静定结构 则多余约束将束缚结构的自由变形 从而产生应力和应变 因而从广义上讲 这种变形作用也是荷载作用 5 2变形作用 对于钢筋混凝土结构 存在着两种特殊的变形作用 即混凝土的收缩和徐变 混凝土的收缩混凝土的收缩及时混凝土在空气中硬化时体积减小的现象 它主要是由于水泥胶体的凝缩和干燥失水以及碳化作用引起的 混凝土在不受力情况下的这种自发变形 如果受到外部支承条件或内部钢筋的约束 会在混凝土中产生拉应力 从而加速裂缝的产生和发展 影响构件的耐久性和疲劳强度等性能 钢筋混凝土露面和梁柱等构件 在受荷之前 由于钢筋限制了混凝土的部分收缩 使构件的收缩变形比混凝土的自由收缩要小些 5 2变形作用 但当混凝土的收缩较大 构件中配筋又较多时 就可能产生收缩裂缝 此外 在预应力混凝土结构中 混凝土的收缩导致预应力损失 降低构件抗裂性 并使某些对跨度变化比较敏感的超静定结构 如拱结构 产生不利内力 混凝土的徐变混凝土的徐变则是在荷载的长期作用下 混凝土的变形随时间而增长的现象 徐变的一个主要原因是混凝土受力后产生的水泥凝胶体的粘性流动要持续一段较长的时间 同时还有混凝土内部微裂缝的不断发展 5 2变形作用 在钢筋混凝土结构中 由于钢筋与混凝土之间存在粘结力 二者能够共同工作 协调变形 混凝土的徐变将使构件中钢筋的应力或应变增加 混凝土应力减小 因此内力发生重分布 这有利于防止和减小结构物裂缝的形成 降低大体积混凝土内的温度应力 但是混凝土的徐变对结构也有不利影响 如在长期荷载作用下的受弯构件 由于压区混凝土的徐变 可使挠度增大1 2倍 长细比较大的偏心受压构件 由徐变引起的附加偏心距增大 会使构件的强度降低约20 在预应力混凝土结构中 徐变引起预应力损失 有时可达总损失的50 在高应力长期作用下 甚至导致构件破坏 徐变也可使建筑于斜坡上的混凝土路面发生开裂 而且过度的变形影响到路面的平整度 5 2变形作用 变形作用计算 按力学基本原理求解 5 2变形作用 爆炸的概念爆炸就是物质运动急剧增速 由一种状态迅速转变成另一种状态 并将其内含的能量 在瞬时集中释放的现象 结构工程中遇到的爆炸主要有四类 1 燃料爆炸 就是汽油和煤气等燃料以及易燃化工产品在一定条件下起火爆炸 2 工业粉尘爆炸 即诸如面粉厂 纺织厂等生产车间充斥着颗粒极细的粉尘 在一定的温度和压力条件下突然起火爆炸 3 武器爆炸 它包括战争期间的常规武器和核武器的轰击 汽车炸弹的袭击以及军火仓库的爆炸 4 定向爆破 它是专为拆除现有结构而设计的爆炸 5 3爆炸作用 爆炸的破坏作用大体有一下几个方面 1 震荡作用 在遍及破坏作用的区域内 有一个能使物体震荡 使之松散的力量 2 冲击波作用 随爆炸的出现 冲击波最初出现正压力 而后又出现负压力 负压力就是气压下降后的空气振动 称为吸引作用 3 碎片的冲击作用 爆炸会产生碎片 碎片飞散范围通常是100 500m 其体积越小 飞散的速度越大 危害越严重 4 热作用 火灾 5 3爆炸作用 爆炸的作用原理爆炸瞬间 爆心周围空气迅速膨胀 气压急剧升高 并向四周推进 推进前沿锋面称为波阵面 波阵面处超压值最高 向里逐渐降低 形成气压梯度 低压区恢复气压时又引起其与高压区衔接部位产生新的低压区 如此形成高压低压相间的爆炸冲击波 5 3爆炸作用 5 3爆炸作用 四 浮力作用 地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点 浮力的计算取决于土的物理特性 考虑地基的透水性产生浮力的必要条件 地下水能否通过土的空隙 连通或溶入到结构基地 不论土的物理特性如何 对各种土都可考虑完全的浮力作用 浮力计算存在争议 浮力的计算 采用第一种观点浮力 物体排开水的体积结构物基底单位面积上的水浮力 Pbuo whw red结构物底基总浮力 P PbuoF底面 red 浮力折减系数 非岩石地基 red 1 0岩石地基 red 0 35 0 95 五 制动力 1 汽车制动力 汽车制动力 汽车刹车时在车轮与路面之间产生的滑动摩擦力 汽车制动力计算 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 汽车荷载制动力 按同向行驶的汽车荷载 不计冲击力 计算 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10 计算 但公路 I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165KN 公路 II级汽车荷载的制动力标准值不得小于90KN 同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2倍 同向行驶三车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2 34倍 同向行驶四车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2 68倍 汽车制动力的作用位置 一般制动力的着力点在桥面以上1 2m处 计算墩台时 不计由此产生的竖向力和弯矩 制动力可移至支座中心或支座底座面上 计算刚构桥 拱桥时 不计由此产生的竖向力和弯矩 制动力可移至桥面上 2 吊车制动力 W G Q Pmax Pmin 横向水平制动力 横向水平制动力 L 吊车竖向荷载 标准值 当吊车起重量达额定起重量 Q 且小车行使到大车桥一端的极限位置时 吊车轮子作用于该边柱吊车梁轨道上的压力达最大 最大轮压Pmax 此时另一端轨道上的轮压达最小 最小轮压Pmin 图 2 Pmax Pmin G Q W 吊车横向水平制动力 小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力 图 小车总制动力T0 N G Q 2每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载 Tx T0 4 N 8 G Q N G Q N 制动系数 按GB50009 2001取用软钩吊车 当吊车额定起重量Q 10t时 N 0 12当吊车额定起重量Q 16 50t时 N 0 10当吊车额定起重量Q 75t时 N 0 08硬钩吊车 N 0 20 六 离心力 离心力 弯道桥 曲率半径 250m时考虑 m F离 H F离 F惯 ma m 2R m v R 2R mg v2 gR 离心力H 车辆重量P 离心系数C 离心系数C v2 gR C v2 127R 单位换算 v m s km h g m s2 R m 作用位置 车辆重心处 一般为桥面以上1 2m处 七 预加力 预应力 预应力的概念 压 拉 fq 拉 压 fp