公路桥梁上的作用.ppt

第三章公路桥梁上的作用 重点 什么是作用作用的类型作用效应的组合及计算 桥梁作用分类 公桥通规 中将桥梁作用 action 分为三大类 永久作用 permanentaction 可变作用 variableaction 偶然作用 accidentalaction 城桥荷载 的荷载分类基本同 公桥通规 作用施加在结构上的一组集中力或分布力 或者是引起结构外加变形或者约束变形的原因直接作用 车辆 人群 结构自重等间接作用 地震 结构不均匀沉降 混凝土收缩及徐变 温度变化等 永久作用在结构使用期间 其作用位置和大小 方向不随时间变化 或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用 永久作用也叫恒载 deadload 主要包括五个部分 结构自重 桥面铺装及附属设备的重力 结构的预加力 土的重力及土的侧压力 水的浮力 混凝土收缩及徐变作用 可变作用可变作用是指在结构使用期间 其作用位置和大小 方向随时间变化 且其变化与平均值相比不可忽略的作用 按其对桥涵结构的影响程度 又分为基本可变作用 又称活载 liveload 和其他可变作用 偶然作用在设计使用期内不一定出现 但一旦出现 其持续时间较短而数值很大 地震作用撞击作用 作用效应结构对所受作用的反应弯矩 扭矩 位移 应变等 永久作用计算 结构重力构件尺寸及重力密度预加力正常使用极限状态设计 使用阶段构件应力计算承载能力极限状态设计时不考虑其作用墩台土压力 土侧压力 公路桥涵设计通用规范 水的浮力透水性地基以设计水位浮力作稳定验算 以低水位浮力作地基应力验算 或不考虑 不透水性地基不考虑桩基承台浮力地基透水性无法判断时取最不利效应组合 混凝土的收缩与徐变外部超静定结构 钢筋混凝土结构应变系数和徐变系数 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 徐变的计算 假定应力与应变成线性关系圬工结构 折减系数 1 公路汽车荷载公路汽车荷载分为公路 I级和公路II级各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合规定 可变作用计算 二级公路为干线公路且重型车辆多时 其桥涵的设计可采用公路一I级汽车荷载 四级公路上重型车辆少时 其桥涵设计所采用的公路一 级车道荷载的效应可乘以0 8的折减系数 车辆荷载的效应可乘以0 7的折减系数 车道荷载 公路一I级车道荷载的均布荷载标准值为qx 10 5kN m 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一50m之间时 PK值采用直线内插求得 计算剪力效应时 上述集中荷载标准值PK应乘以l 2的系数 公路一 级车道荷载的均布荷载标准值qx和集中荷载标准值PK按公路一I级车道荷载的0 75倍采用 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 二 车辆荷载公路一I级和公路一 级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值 车道荷载横向分布系数应按设计车道数布置车辆荷载进行计算 桥涵设计车道数应符合规定 多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减 当桥涵设计车道数等于或大于2时 由汽车荷载产生的效应应按规定的多车道折减系数折减 但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应 大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减 当桥梁计算跨径大于150m时 应按规定的纵向折减系数进行折减 当为多跨连续结构时 整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减 车辆荷载的主要技术指标 横向折减系数 设计车道数 三 城市桥梁汽车荷载城市桥梁荷载等级城 级汽车荷载标准载重汽车采用五轴式货车加载 总重700kN城 级汽车荷载标准载重汽车应采用三轴式货车加载 总重300kN汽车荷载 车辆荷载 标准载重汽车 车道荷载 标准荷载 城 级车辆荷载 城 级车辆荷载 城 级车道荷载和城 级车道荷载应按均布荷载加一个集中荷载计算 均布荷载和集中荷载的标准值应按桥梁的跨径确定 横隔梁 行车道板 桥台或挡土墙后土压力的计算应采用车辆荷载 主梁 主拱和主桁架等的计算应采用车道荷载 进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道荷载的作用叠加 城 级车道荷载 城 B级车道荷载 城 级跨径2 m计算弯矩 车道荷载的均布荷载标准值qM 22 5kN m 计算剪力 均布荷载标准值qQ 37 5kN m集中荷载P 140kN跨径 m 150m计算弯矩 qM 10 0kN m计算剪力 qQ 15 0kN m集中荷载P 300kN车道数等于或大于4条时 计算弯矩不乘增长系数 计算剪力乘增长系数1 25 城 B级跨径2 m计算弯矩 车道荷载的均布荷载标准值qM 19 0kN m 计算剪力 均布荷载标准值qQ 25 0kN m集中荷载P 130kN跨径 m 150m计算弯矩 qM 9 5kN m计算剪力 qQ 11 0kN m集中荷载P 160kN车道数等于或大于4条时 计算弯矩不乘增长系数 计算剪力乘增长系数1 30 2 汽车荷载的冲击力冲击作用 车辆以较高速度驶过桥梁时 由于桥面不平整 车轮不圆 发动机抖动等原因 使桥梁结构引起振动 冲击系数 公桥通规 规定 1 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 2 冲击系数 可按下式计算 当f 1 5Hz时 0 05当1 5Hz f 14Hz时 0 17671nf 0 157当f 14Hz时 0 45式中f 结构基频 Hz 城桥荷载 对车辆荷载的冲击系数规定如下 1 车道荷载冲击系数 20 80 l 式中 l 跨径 m 当l 20m时 0 2 当l 150m时 0 1 2 车辆荷载的冲击系数 0 6686 0 3032logl但是 的最大值不能超过0 4 3 汽车荷载离心力 公桥通规 规定 位于曲线上的桥梁 当曲线半径等于或小于250m时 须考虑车辆离心力的作用 离心力为车辆荷载 不计冲击力 乘以离心系数C 离心力系数按下式计算 在计算多车道的离心力时 应按规定进行横向折减 离心力的着力点在桥面以上1 2m 城桥荷载 的规定同上 4 汽车荷载引起的土侧压力 公桥通规 规定 车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力 可换算成等代均布土层厚度h m 计算 5 汽车荷载的土制动力制动力是汽车在桥上刹车时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力 摩擦系数可达0 5以上 公桥通规 规定 一个设计车道上 汽车荷载产生的制动力为加载长度上汽车荷载总重的10 公路 级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN 公路 级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为一个设计车道制动力标准的2 0倍 同向行驶三车道为一个设计车道的2 34倍 同向行四车道为一个设计车道的2 68倍 制动力的方向为汽车行车方向 其着力点在桥面以上1 2m 城桥荷载 对汽车荷载制动力的规定为 一个设计车道的制动力 城 A级采用160kN或10 车道荷载两者中的较大值 城 B级采用90kN或10 车道荷载两者中的较大值 车道荷载不包括冲击作用 当计算的加载车道为2条或2条以上时 应以2条车道为准 其制动力不折减 制动力作用点的规定同 公桥通规 人群荷载当桥梁计算跨径小于或等于50m时 人群荷载标准值为3 0kN 当桥梁计算跨径等于或大于150m时 人群荷载标准值为2 5kN 当桥梁计算跨径在50m 150m之间时 可由线性内插得到人群荷载标准值 对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的公路桥梁 人群荷载标准值取上述规定值的1 15倍 专用人行桥梁 人群荷载标准值为3 5kN 其它作用力风荷载流水压力冰压力温度作用支座摩阻力详见 公桥通规 和 城桥荷载 3 偶然作用偶然作用在设计使用期内不一定出现 但一旦出现 其持续时间较短而数值很大 公路桥梁的抗震设防一般为设计地震烈度8度 连续梁桥 T形刚构桥等为7度 公路工程抗震设计规范 通航河流 有漂流物的河流 桥梁墩台 应考虑船只或漂流物的撞击力 地震动峰值加速度等0 10g 0 15g 0 20g 0 30g地区的公路桥梁 应进行抗震设计 地震动峰值加速度大于或等于0 40g地区的公路桥梁 应进行专门的抗震研究和设计 地圧动峰值加速度小于或等于0 05g地区的公路桥梁 除有特殊要求者外 可采用简易设防 做过地震小区划的地区 应按主管部门审批后的地震动参数进行抗震设计 公路桥梁的地震作用的计算和结构设计 应符合 桥梁抗震设计细则 的规定 作用效应组合 一 公路桥梁组合的原则 1 只有在结构上可能同时出现的作用 才进行其效应的组合 2 当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时 该作用不应参与组合 3 施工阶段作用效应的组合 应按照计算需要及结构所处条件而定 结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑 4 多个偶然荷载不同时参与组合 二 公路桥梁承载能力极限状态设计的作用组合 1 基本组合 它是永久作用的设计值与可变作用的设计值效应组合 2 偶然组合 它是永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应 一种偶然作用标准值效应相组合 偶然作用的效应分项系数取1 0 与偶然作用同时出现的可变作用 可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值 三 公路桥梁正常使用极限状态设计 1 作用短期效应组合 它是永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合 2 作用长期效应组合 它是永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合 四 城市桥梁荷载效应组合组合 一种或几种基本可变荷载与一种或几种永久荷载相组合 组合 一种或几种基本可变荷载和一种或几种永久荷载叠加后 与其他可变荷载相组合 组合 一种或几种基本可变荷载和一种或几种永久荷载叠加后 与偶然荷载中的船只或漂流物撞击力相组合 组合 桥梁在进行施工阶段验算时 根据可能出现的结构重力 脚手架 材料机具 人群 风力以及拱桥的单向推力等施工荷载进行组合 组合 结构重力 预应力 土的重力及土侧压力中的一种或几种与地震力相结合 第四章桥面布置与构造 重点 桥面的构造桥面铺装的类型伸缩装置 一 桥面的组成公路桥面构造包括行车道铺装 排水防水系统 人行道 或安全带 缘石 栏杆 护栏 照明灯具和伸缩缝等 铁路桥面构造通常包括钢轨 轨枕 道碴 挡碴墙 泄水管 人行道 栏杆和钢轨伸缩调节器等 重要性及设计桥面构造直接与车辆 行人接触 对桥梁的主要结构既能传力又能起保护作用其构造合理性 施工质量和养护质量 直接影响到桥梁的使用功能 桥面的布置应在桥梁的总体设计中考虑 根据道路的等级 桥梁的宽度 行车要求等条件确定 二 桥面铺装作用 保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗 防止主梁遭受雨水的侵蚀 并对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用要求 桥面铺装的结构型式宜与所在位置的道路路面相协调 桥面铺装应有完善的防水 排水系统 类型 主要类型有水泥混凝土和沥青混凝土等 注意 高速公路和一级公路上特大桥 大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装 排水系统桥梁上部结构应设置防水层 其形式和方法应根据当地的气候条件 雨量情况和桥梁具体结构形式等确定 圬工桥台背面及拱桥拱圈与填料间应设置防水层 并设盲沟排水 铺装类型普通水泥砼铺装 表面粗糙 耐磨好 不小于80mm 强度不小于C40 应设置钢筋网 直径不小于8mm 间距不大于100mm 沥青砼铺装 较轻 养护方便 通车快 高速公路 一级公路厚度不小于70mm 其它不小于50mm 防水砼铺装 非冰冻地区需防水时用 厚8 10cm 上面可铺2cm沥青磨耗层具有贴式防水层的铺装 防水程度高 桥面板位于受拉区时采用 三油二毡 厚1 2cm 砼保护层厚4cm 桥面铺装构造 三 桥面排水系统桥面纵坡 2 桥长2 桥长 50m 设一个泄水管桥面纵坡 2 每隔6 8m设一个泄水管泄水管 要求过水面积不小于2 3cm2 m2 左右对称或交错排列 距缘石20 50cm 可在人行道下设置 泄水管的型式金属泄水管 具有贴式防水层铺装 内径10 15cm 管下端伸出行车道板底面15 20cm以上钢筋砼泄水管 不设防水层 采用防水砼铺装横向排水孔道 小跨径桥 预留横向孔封闭式排水系统 跨线桥 城市桥梁 设置完整的落水管道 桥面泄水管布置 金属与钢筋混凝土泄水管 横向泄水管道 四桥面伸缩缝伸缩缝的作用保证桥跨结构在气温变化 活载作用 砼收缩徐变等影响下按净力图式自由变形使车辆平顺通过 防止雨水 垃圾泥土等阻塞减小车辆通过的噪音 分类1 按材料填充式伸缩缝钢板伸缩缝橡胶伸缩缝组合伸缩缝 暗缝式伸缩缝 钢板伸缩缝 橡胶伸缩缝 异形钢条形橡胶伸缩缝 异形钢条形橡胶伸缩缝 板式橡胶伸缩装置 组合伸缩缝钢与橡胶组合的模数式伸缩逢 伸缩缝的设计与施工要求适应桥梁温度变化引起的伸缩桥面平坦 行驶良好施工安装方便 与桥梁结构连成整体安全排水 防水承担车辆荷载养护 修理 更换方便经济价廉 伸缩量的计算 1 由温度变化引起的伸缩量 2 由混凝土收缩引起的梁体缩短量 3 由混凝土徐变引起的梁体缩短量 4 由制动力引起的板式橡胶支座剪切变形而导致的伸缩缝开口量或闭口量 5 按照梁体的伸缩量选用伸缩装置的型号 五 桥梁附属设施与构造1 人行道及安全带人多 人行道0 75米 0 5米的倍数人少 安全带 0 25 0 35米高度 0 25 0 35米做法 现浇 与桥面连成整体预制 做成配件 现场组合安装 布置方式 搁置式人行道构造 单位 cm 预制装臂式人行道构造 单位 cm 预制装臂式人行道构造 单位 cm