第一篇第四章 桥梁的设计荷载.ppt

第四章桥梁的设计荷载1规范对设计荷载的规定2荷载组合,第一篇总论,1规范对设计荷载的规定,老规范称“荷载”，04年新规范称为“作用”。作用引起桥涵结构反应的各种原因的统称。,我国公路设计规范对作用的分类:,永久作用,可变作用,偶然作用,永久作用是指在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用。,结构重力预加应力土的重力土侧压力混凝土收缩及徐变作用水的浮力基础变位作用,定义,内容（7种）,1.永久作用,2.可变作用,可变作用是指在结构使用期间其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。汽车荷载，由汽车荷载引起的冲击力、离心力、制动力及其引起的土侧压力人群荷载风荷载流水压力冰压力温度作用支座摩阻力,定义,内容（11种）,2.1汽车荷载,汽车荷载的2个等级（1、3）汽车荷载的2个表现形式（2）汽车荷载的5点内容：适用条件、作用形式、位置、大小、方向（2、4、5）横向分布计算（6）多车道和特大跨度时的汽车纵向横向折减（7、8）,弄清楚以下5个问题：,问题一：汽车荷载如何分级，如何选取？,第1条：汽车荷载分为2个等级：公路级和公路级。第3条：等级选取,第2条：汽车荷载有2种简化型式：车道荷载和车辆荷载。两者适用条件不同,旧规范（2004年前）,新规范（2004年后）,车道荷载,车辆荷载,问题二：汽车荷载的作用形式如何？（简化）,选择其一加载,车道荷载（第2、4条）,适用条件：桥梁整体计算作用形式：由均布荷载和集中荷载组成。位置：一条车道上。均布荷载位于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载位于该同号影响线最大值处。（隐含着最不利布置的概念）方向：向下大小：,问题三：汽车荷载的具体内容？,必须共同加载,车道荷载,大小：1、公路一级：均布荷载取10.5KN/m；集中荷载取180360KN，按照最大计算跨径5米到50米内插；求剪力时乘以1.2系数；多跨桥按照最大跨度取值。2、公路二级：以上荷载乘以0.75的系数。,车辆荷载（第2、5条）,适用条件：局部结构（主要指：桥面板）计算，以及桥台、涵洞、挡土墙计算。作用形式：一辆车。各车轮按照矩形均布荷载考虑。位置：一个车道上，选取能够产生最大或最小内力的最不利位置处，注意车轮尺寸和间距规定。方向：向下大小：一辆车总重55吨；无公路等级之分,车辆荷载,荷载标准值,汽车荷载,车道荷载（整体计算）,车辆荷载（局部和涵洞计算）,按照不同计算场合,一辆55吨的重车，对车轮各自取值见表。,公路一级,公路二级,按照不同公路标准,均布荷载：范围：一车道；方向：纵向；位置：同号影响线上；大小：10.5KN/m,集中荷载：位置：上述最大影响值处；大小：180360KN按照最大计算跨径5米到50米内插；求剪力时乘以1.2系数。,按照组成，放在一起计算,上述荷载分别乘以0.75倍系数,适用条件：横向分布计算作用形式：车轮为集中力位置：选取最不利布置大小：每个车轮取P/2；方向：向下,问题四：横向分布计算时的汽车？,同一辆车车轮间距1.8米不变。相邻车辆轮间距最小值为1.3米，距离路缘石最小值0.5米,车轮横向间距值？横向能够布置几辆车？,教材：第6条,确定横向设计车道数（第7条）,问题五：汽车效应（计算结果）的纵横向折减？,当桥涵设计车道数大于2时，汽车荷载应考虑多车道折减，但是折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。,多车道时，计算结果横向折减系数,为什么要折减？,当桥梁计算跨径大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。当为多跨连续结构时，应按最大的计算跨径考虑,特大跨径时，计算结果纵向折减系数（第8条）,汽车荷载,汽车荷载的等级汽车荷载的两个表现形式。汽车荷载的五点内容横向分布系数计算时的汽车多车道和特大跨度的效应纵向横向折减,由汽车引起的影响力,2.2汽车荷载冲击力,原因：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。取值：冲击系数1+,一般采用静力学的方法，求冲击系数；汽车荷载变成了（1+）q,不计入冲击力的场合：,冲击系数取1.3的场合：,一般场合：,填料厚度大于0.5米的拱桥、涵洞和重力式墩台。梁体变形,按照结构基频，带入下述公式计算，取值0.05-0.45之间。,汽车荷载局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击,当f14Hz时，=0.45,结构基频f的计算宜采用有限元法，对于常规结构，可采用桥规JTGD60条文说明83-85页中给出的公式估算。,2.3汽车离心力,弯桥横向受力与抗扭设计计算要考虑。当弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，需要考虑汽车荷载离心力。离心力标准值为汽车荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C。离心力系数按下式计算：,（1-3-3）,式中,V设计速度，应按桥梁所在公路等级的规定采用，以km/h计；,R曲线半径，以m计。,1.适用场合,2.取值,2.3汽车离心力,计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，应考虑横向折减系数；计算曲线长度大于150m的桥梁的离心力时，应计入纵向折减系数。离心力的着力点在桥面以上1.2m，为计算简便，也可移至桥面上，不计由此引起的竖向力和力矩。方向：水平向外,3、离心力的横向和纵向折减,4、方向、位置,2.4汽车引起的土压力,1、车辆荷载作用在桥台台背或路堤挡土墙上，将引起台背填土或挡土墙后填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力，此类土侧压力可按下式换算成等代均布土层厚度h计算：,（1-3-4）,破坏棱体的范围；挡土墙需要车轮的横向最不利布置,土的重力密度，以kN/m3计；,B桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，以m计；,l0桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m计；,G布置在Bl0面积内的车辆车轮总重力，以kN计。当涉及多车道加载时，车轮总重力应进行折减。,汽车引起的土压力采用车辆荷载加载。,2、计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按照其着地面积的边缘向下作30度角度分布。当几个车轮的压力扩散线相重叠时，扩散面积以最外边的扩散线为准。（确定扩散范围）,2.5汽车制动力,一个设计车道上的汽车制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的10%；但公路级汽车制动力标准值不得小于165kN；公路级不得小于90kN；（加载长度，同向行驶，不计冲击的汽车荷载）同向行驶双车道的汽车制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的2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。（同横向折减系数取值）,制动力的作用点在设计车道桥面以上1.2m处，在计算墩台时，可移至支座中心，或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上；计算钢构桥、拱桥时，可移至桥面上，介不计因此而产生的力矩。,单车道的取值,多车道的取值,部位和方向,2.5汽车制动力,3kN/m22.5kN/m2,人群荷载横向布置,缘石,人行道宽,0.75kN/m,1.0kN/m,3kN/m22.5kN/m2,2.6人群荷载,50m-计算跨径-150m,行人密集地区：1.15倍系数,专用人行桥：3.5kN/m2,人群,人群荷载标准值的规定:,1、当桥梁的计算跨径小于或等于50m时，取3.0KN/m2，当桥梁的计算跨径大于150m时，取2.5KN/m2，当桥梁的计算跨径在50m-150m之间时，线性内插计算。对跨径不等的连续结构，以最大计算跨为准.2、城市郊区行人密集区一般取上述值得1.15倍。3、专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5KN/m2。,1)人行道板（钢筋混凝土）可以一块板为单元，按标准4.0kNm22)计算栏杆时人群作用于栏杆上的水平推力按0.75kN/m考虑，作用于立柱和扶手的竖向力按1.0kN/m来考虑。,4、人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使主梁产生最不利荷载效应的区段内。,对于大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，风荷载是极为重要的设计荷载,2.7飓风,2.8流水压力与冰压力,2.9温度作用,温度作用包括均匀温度和梯度温度两种影响均匀温度为常年气温变化，这种温变将导致桥梁纵向长度的变化，当这种变化受到约束时就会引起温度次内力；梯度温度主要因太阳辐射而来，它使结构沿高度方向形成非线性的温度变化，导致结构产生次内力。,线膨胀系数最高和最低有效温度标准值；日照温差梯度曲线,2.10支座摩阻力,支座摩阻力标准值可按下式计算：,F=W（1-3-5）,式中,W作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应；,支座摩擦系数，无实测数据时按表1-3-9取用。,在结构使用期间内不一定出现，一旦出现，其持续时间很短且数值很大的作用叫偶然作用，地震作用船舶或漂流物撞击力汽车撞击力,定义,内容,3.偶然作用,公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）公路桥梁抗震设计细则2008,3.1地震作用,桥规JTGD604.4.2条中根据航道等级、船舶吨位定出的撞击作用标准值，当缺乏实际调查资料时可参考采用。,3.2船只或漂流物撞击力,佛山九江大桥,汽车撞击力标准值在行驶方向取1000kN，与之垂直方向取为500kN，两个方向不同考虑；其作用于行车道上1.2m处，直接分布在撞击涉及的构件上。对于设有防撞设施的结构构件，可