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桥梁工程 黑龙江工程学院土木与建筑工程学院2010年3月8日 2010年3月8日 第4讲第三章作用及效应组合作用第四章桥面构造 教学内容 1 掌握桥梁设计作用分类及部分作用的计算 2 掌握桥面构造的作用及构造 重点 1 桥梁可变作用的计算 2 桥面构造的作用及构造 难点 1 桥梁设计作用代表值 2 汽车荷载及其影响力的计算 2010年3月8日 第一节桥梁作用分类 1 作用定义 2 分类 永久作用 可变作用偶然作用3 作用分类表见书 桥梁作用分类 2010年3月8日 二 可变作用 一 定义 二 分类 11种见书 桥梁作用计算 2010年3月8日 1 汽车荷载等级公路 级和公路 级两个等级 2 汽车荷载组成 车道荷载和车辆荷载 1 车道荷载 均布荷载和集中荷载组成 桥梁结构的整体计算采用车道荷载 2 车辆荷载 桥梁结构的局部加载 涵洞 桥台和挡土墙土压力等的计算采用 3 规定 车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加 一 汽车荷载 桥梁作用计算 2010年3月8日 3 车道荷载的计算 1 图式见图 2 公路 I级车道荷载B 集中荷载标准值按以下规定选取 桥梁计算跨径小于或等于5m时 PK 180kN 桥梁计算跨径等于或大于50m时 PK 360kN 桥梁计算跨径在5m 50m之间时 PK值采用直线内插求得 C 计算剪力效应时 上述集中荷载标准值PK应乘以1 2的系数 3 公路 II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 I级车道荷载的0 75倍采用 4 车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上 集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处 A 均布荷载为qK 10 5kN m 标准值 桥梁作用计算 2010年3月8日 课堂作业 例题 20米标准跨径梁在公路II级汽车荷载等级情况下车道荷载集中荷载PK标准值 桥梁作用计算 2010年3月8日 4 车辆荷载 规定 1 车辆荷载的立面 平面尺寸主要技术指标有规定 2 公路 I级和公路 II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值 桥梁作用计算 2010年3月8日 3 车辆的布置 按桥梁宽度确定车道数 桥梁作用计算 2010年3月8日 4 车辆荷载的折减 桥梁作用计算 2010年3月8日 规定 1 公路桥涵3kN m2 城市郊区3 5kN m22 人群荷载只与计算荷载同时考虑 3 人行道板 以1 2kN集中竖向力作用在一块板上进行验算 4 计算栏杆 水平推力0 75kN m 作用在栏杆柱顶 竖向力1kN m 作用在上部扶手 二 人群荷载 桥梁作用计算 2010年3月8日 1 冲击作用原因 1 速度较高 突然 2 路面不平 3 车轮不圆 4 发动机抖动 三 汽车冲击力 桥梁作用计算 2010年3月8日 2 规定 1 影响因素目前规范规定与桥型及跨径有关 跨径越大冲击系数越小 2 范围A 钢桥 钢筋混凝土及预应力混凝土桥 圬工拱桥等上部构造和钢支座 板式橡胶支座 盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台 应计算汽车的冲击作用 B 填料厚度 包括路面厚度 等于或大于0 5m的拱桥 涵洞以及重力式墩台不计冲击力 桥梁作用计算 2010年3月8日 3 计算 粗略近似 A 支座的冲击力 按相应的桥梁取用 B 汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 C 理论上应与结构自振频率有关 冲击系数 可按下式计算 当f 1 5HZ时 0 05当1 5HZ f 14HZ时 0 1767lnf 0 0157当f 14HZ时 0 45式中 f 结构基频 HZ 结构基频宜采用有限元方法计算 桥梁作用计算 2010年3月8日 D 对于简支梁桥 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 当换算为重力计算时 其单位应为 N s m2 G 结构跨中处延结构重力 N m g 重力加速度g 9 81 m s2 桥梁作用计算 2010年3月8日 E 特殊 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 桥梁作用计算 2010年3月8日 四 离心力 了解 1 条件 弯道桥的曲线半径等于或小于250m 2 计算方法 1 公式 车辆荷载 不计冲击力 标准值乘以离心力系数C计算 2 规定 计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时 车辆荷载标准值应乘以本规范规定的横向折减系数 3 着力点桥面以上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 桥梁作用计算 2010年3月8日 五 汽车荷载引起的土压力 已学 规定 采用车辆荷载加载 桥梁作用计算 2010年3月8日 六 汽车制动力 属于车辆荷载影响力 1 定义制动力 当汽车在桥上刹车时 车轮和路面之间将产生一种水平的滑动摩擦力 称车辆制动力 2 制动力大小 非全部重力乘以摩擦系数 规定 3 制动力方向 行车方向 4 着力点 在桥面以上1 2m处 可移但不计弯矩 桥梁作用计算 2010年3月8日 制动力计算规定 1 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值为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 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设计车道制动力标准值的两倍 同向行驶三车道为一个设计车道的2 34倍 同向行驶四车道为一个设计车道的2 68倍 2 汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载 不计冲击力 计算 并应按表3 13的规定 以使桥梁墩台产生最不利纵向力的加载长度进行纵向折减 桥梁作用计算 2010年3月8日 七 风荷载标准值 了解 1 规定 横 纵桥向风荷载分别计算 但仅取一个方向 2 规范公式计算得到标准值 3 横最主要 纵后计算 4 桥台不计 5 作用点在各部分形心处 后向下分配 参考制动力 桥梁作用计算 2010年3月8日 八 流水压力 了解 1 计算 标准值2 桥墩形状系数 桥墩形状系数 桥梁作用计算 2010年3月8日 九 冰压力 了解 1 计算 标准值2 桩或墩迎冰面形状系数3 构造 1 建筑物受冰作用的部位宜采用实体结构 对于具有强烈流冰的河流中的桥墩 柱 其迎冰面宜做成圆弧形 多边形或尖角 并做成3 1 10 1 竖 横 的斜度 在受冰作用的部位宜缩小其迎冰面投影宽度 2 对流冰期的设计高水位以上0 5m到设计低水位以下1 0m的部位宜采取抗冻性混凝土或花岗岩镶面或包钢板等防护措施 破冰棱体 同时 对建筑物附近的冰体采取适宜的使冰体减小对结物作用力的措施 桥梁作用计算 2010年3月8日 桥梁作用计算 2010年3月8日 十 温度影响力 后连续梁计算时讲 桥梁作用计算 2010年3月8日 十一 支座摩阻力 了解 1 定义 温度变化 活动支座接触面上 水平方向的摩阻力 2 计算 F V式中 V 作用于活动支座的竖向反力 一支座的摩阻系数 油毛毡垫层 0 6 橡胶与混凝土间的摩阻系数 0 3 橡胶与钢板间的摩阻系数 0 2 桥梁作用计算 2010年3月8日 总结 11种可变作用 以中小跨径桥梁出现概率大的为主 桥梁作用计算 2010年3月8日 三 偶然荷载 仅掌握种类 1 定义 偶然作用是指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 2 分类 1 地震力 2 船只或漂流物撞击力 3 汽车的撞击作用 新的 桥梁作用计算 2010年3月8日 1 地震力 A 地震动峰值加速度等于0 10g 0 15g 0 20g 0 30g地区的公路桥涵 应进行抗震设计 B 地震动峰值加速度大于或等于0 40g地区的公路桥涵 应进行专门的抗震研究和设计 C 地震动峰值加速度小于或等于0 05g地区的公路桥涵 除有特殊要求者外 可采用简易设防 桥梁作用计算 2010年3月8日 2 船只或漂流物撞击力 A 位于通航河流力 内河上和海 桥梁作用计算 2010年3月8日 B 作用点 1 内河船舶的撞击作用点 假定为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或长度的中点 2 海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定 漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点 桥梁作用计算 2010年3月8日 3 汽车的撞击作用 A 桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用 汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取1000kN 在车辆行驶垂直方向取500kN 两个方向的撞击力不同时考虑 撞击力作用于行车道以上1 2m处 直接分布于撞击涉及的构件上 B 对于设有防撞设施的结构构件 可视防撞设施的防撞能力 对汽车撞击力标准值予以折减