桥梁设计荷载PPT学习教案

1、会计学1 桥梁设计荷载桥梁设计荷载 作用 Action 施加于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，也称荷载 ，后者称间接作用。 分类：分类： 1 1）永久作用）永久作用 Permanent action Permanent action在结构使用期间，其量值不在结构使用期间，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。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。 2 2）可变作用）可变作用 Variable action Variable action在结构使用期间，其量值随时在结构使用期间，其量值随时 间变化，且其变

2、化值与平均值比较不可忽略的作用。间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。 3 3）偶然作用）偶然作用 Accidental action Accidental action在结构使用期间出现的概率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。很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。 第1页/共41页 编 号作 用 分 类作 用 名 称 1 永久作用 结构重力（包括结构附加重力） 2 预加应力 3 土的重力 4土侧压力 5 混凝土收缩及徐变作用 6水的浮力 7基础变位作用 8 可变作用 汽车荷载 9 汽车冲击力 10 汽车离心力 11 汽车引起的土侧压力 1

3、2 人群荷载 13 汽车制动力 14 风荷载 15 流水压力 16 冰 压 力 17温度（均匀温度和梯度温度）作用 18 支座摩阻力 19 偶然作用 地 震 作 用 20 船只或漂流物撞击作用 21汽车撞击作用 作作 用 用 分 分 类 类 第2页/共41页 一、永久作用（恒载）一、永久作用（恒载） 包括：包括：结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土 收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等 七种。七种。 结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力结构物自身重力及桥面铺装、附

4、属设施等外加重力均属于结均属于结 构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的体积乘体积乘 以材料的容重以材料的容重计算。计算。 第3页/共41页 预加应力预加应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力 计算时，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应计算时，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应 阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加 应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为

5、结构抗力的一部分。 但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应 。 对于对于超静定的混凝土结构、钢混凝土组合结构超静定的混凝土结构、钢混凝土组合结构等均应考虑等均应考虑 混凝土的收缩和徐变作用的影响，预应力构件还涉及其预应混凝土的收缩和徐变作用的影响，预应力构件还涉及其预应 力损失问题。力损失问题。 第4页/共41页 载组成。 第5页/共41页 车道车道 荷载荷载 均布荷载标准值均布荷载标准值 q qk k=10.5kN/m=10.5kN/m 集中荷载标准值集中荷载标准值 lm PkN k 550 180 360 注：注： 1.1.

6、计算计算剪力效应剪力效应时，集中荷载标准值时，集中荷载标准值P PK K 应乘以应乘以1.21.2的系数。的系数。 2.2.均布荷载标准值均布荷载标准值应满布于使结构产生应满布于使结构产生 最不利效应的同号影响线上；最不利效应的同号影响线上； 3. 3.集中荷载标准值集中荷载标准值只作用于相应影响线只作用于相应影响线 中一个最大影响线峰值处。中一个最大影响线峰值处。 3. 3.公路公路-级车道荷载的标准值级车道荷载的标准值q qk k 和和P PK K 按公路按公路-级车道荷载的级车道荷载的0.750.75倍采用。倍采用。 第6页/共41页 73 1.4 30 120 120 1.4 140

7、140 (a) 立面布置 车辆荷载主要技术指标车辆荷载主要技术指标 项目单位技术指标 车辆重力标准值kN550 前轴重力标准值kN30 中轴重力标准值kN2120 后轴重力标准值kN2140 轴距m3+1.4+7+1.4 轮距m1.8 前轮着地宽度及长度m0.30.2 中、后轮着地 宽度及长度 m0.60.2 车辆外形尺寸(长宽)m152.5 2.5 7.0 15.0 1.8 1.44.01.4 b) 平面尺寸 3.0 第7页/共41页 0 . 6 1 . 31 . 8 2 . 5 单 位 ： m 1 . 8 0 . 5 2 . 5 第8页/共41页 注：当横向布置车队数大于注：当横向布置车队

8、数大于2 2时，应计入横向折减，但折减后不得小时，应计入横向折减，但折减后不得小 于用两行车队计算的结果。于用两行车队计算的结果。 注：当桥梁计算跨径大于注：当桥梁计算跨径大于150m150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。 第9页/共41页 第10页/共41页 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等

9、动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。 第11页/共41页 第12页/共41页 正弯矩效应和剪力效正弯矩效应和剪力效 应应 负弯矩效应负弯矩效应 第13页/共41页 离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m。 第14页/共41页 式中：式中： 土的容重，以土的容重，以kN/mkN/m3 3计；计； B B 桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，以桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，以m m计计 ； l l0 0 桥台或挡土墙

10、后填土的破坏棱体长度，以桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m m计计 ； G G 布置在布置在B Bl l0 0面积内的车辆车轮重力，以面积内的车辆车轮重力，以kNkN计计 。 注：当涉及多车道加载时，车轮总重力应进行注：当涉及多车道加载时，车轮总重力应进行横向横向折减。折减。 l G N p d 支撑梁 H0 Hh N a Ec c H 2 T E 1 p 21 0 (p ) 2 (p ) 1 第15页/共41页 lm pkN/m 人 50150 3.0 2.5 2 注：注： 对跨径不等的连续对跨径不等的连续 结构，以最大计算结构，以最大计算 跨径为准。跨径为准。 第16页/共41页 第1

11、7页/共41页 一个设计车道时，按布置在一个设计车道时，按布置在加载长度上汽车重力的加载长度上汽车重力的 10%10%计算计算； 但公路但公路- -I I级汽车荷载制动力标准值不得小于级汽车荷载制动力标准值不得小于165kN165kN ； 公路公路- -IIII级不得小于级不得小于90kN90kN。 第18页/共41页 多车道时要考虑横向折减多车道时要考虑横向折减，同向行驶双车道的汽，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车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准 值的值的2 2倍倍；同向行驶三车道为一个设计车道的；同向行驶三车道为一个设计车道的2.342.34 倍倍；

12、同向行驶四车道为一个设计车道的；同向行驶四车道为一个设计车道的2.682.68倍倍。 制动力的作用点在制动力的作用点在设计车道桥面以上设计车道桥面以上1.2m1.2m处处； 计算计算墩台墩台时，可移至支座中心（铰或滚轴中心）时，可移至支座中心（铰或滚轴中心） ，或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上，或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上 ； 计算计算刚构桥、拱桥刚构桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因时，可移至桥面上，但不计因 此而产生的竖向力和力矩。此而产生的竖向力和力矩。 第19页/共41页 当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻 碍时，结构碍时，结构

13、将承受风压。将承受风压。 对于大跨径桥梁对于大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，特别是斜拉桥和悬索桥 ，风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚，风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚 至起着决定性的作用，即对结构的强度、至起着决定性的作用，即对结构的强度、 刚度和稳定性起控制作用。刚度和稳定性起控制作用。 桥规规定，取平坦空 旷地区、离地面高10m 、重现期为100年的 10min的平均最大风速 计算基本风压强度。 横桥向风荷载标准值 设计基准风压值 第20页/共41页 第21页/共41页 第22页/共41页 有效温度标准值（缺乏实地温度调查值时参照采用）有效温度标准值（缺乏实地温度调查值时参照采用）

14、气温分布气温分布 钢桥面板钢桥钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土桥、石桥混凝土桥、石桥 最高最高最低最低最高最高最低最低最高最高最低最低 严寒地区严寒地区46-4339-3234-23 寒冷地区寒冷地区46-2139-1534-10 温热地区温热地区46-9（-3）39-6（-1）34-3（0） 注：表中（）内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。注：表中（）内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。 第23页/共41页 H-100 (H400mm) 混凝土梁混凝土梁 A= 组合结构组合结构A= 300 mm 第24页/共41页 支支 座座 摩摩 擦擦 系系 数数 支座种类支座摩

15、擦系数 滚动支座或摆动支座0.05 板式橡胶支 座 支座与混凝土面接触0.30 支座与钢板接触0.20 聚四氟乙烯板与不锈 钢板接触 0.06(加硅脂；温度低于-25时为0.078) 0.12(不加硅脂；温度低于-25时为0.156) FW 式中式中: : W W 作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应；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，无实测数据时按下表取用。支座摩擦系数，无实测数据时按下表取用。 第25页/共41页 定义：指地震时强烈的地面运动引定义：指地震时强烈的地面运动引 起的结构惯性力，它是随机变化的起的结构惯性力，它是随机变化的 动力荷载，其值的大小决定于

16、地震动力荷载，其值的大小决定于地震 强烈程度和结构的动力特性（频率强烈程度和结构的动力特性（频率 与阻尼等）以及结构或杆件的质量与阻尼等）以及结构或杆件的质量 。 地震基本烈度与地震动峰值加速度系数的对应关系地震基本烈度与地震动峰值加速度系数的对应关系 地震动峰值 加速度系数 0.05g0.05g0.10 g0.15g0.20g0.30g0.40g 地震基本烈度 设计要求简易设防抗震设计 专门的抗震 研究和设计 抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的统计值抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的统计值即地震即地震 动峰值加速度确定。动峰值加速度确定。 第26页/共41页 船只或漂流物撞击力在

17、船只或漂流物撞击力在 有可能的条件下，应采用实有可能的条件下，应采用实 测资料或模拟撞击试验进行测资料或模拟撞击试验进行 计算，并籍此进行防撞设施计算，并籍此进行防撞设施 的设计。的设计。 内河船舶撞击作用标准值内河船舶撞击作用标准值 内河航 道等级 船舶吨级DWT （t） 横桥向撞击作 用（kN） 顺桥向撞击作用 （kN） 一300014001100 二20001100900 三1000800650 四500550450 五300400350 六100250200 七50150125 第27页/共41页 撞击力标准值在行驶方向取撞击力标准值在行驶方向取1000kN1000kN，与，与 之垂直

18、方向取为之垂直方向取为500kN500kN，两个方向的不同，两个方向的不同 时考虑；作用于行车道上时考虑；作用于行车道上1.2m1.2m处，直接分处，直接分 布于撞击涉及的构件上。布于撞击涉及的构件上。 对于设有防撞设施的结构构件，可视对于设有防撞设施的结构构件，可视 设施的防撞能力予以设施的防撞能力予以折减折减，但折减后不应，但折减后不应 低于上述的低于上述的1/61/6。 为防止或减少因撞击产生的破坏，对为防止或减少因撞击产生的破坏，对 易受到汽车撞击的构件的相关部位应采取易受到汽车撞击的构件的相关部位应采取 相应的相应的构造措施构造措施，并增设，并增设钢筋钢筋或或钢筋网钢筋网。 第28页

19、/共41页 公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率的极限状态设计法概率的极限状态设计法 设计。设计。 v两种设计极限状态：两种设计极限状态：承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极限状态正常使用极限状态。 v三种情况：三种情况： 1 1）持久状态：）持久状态：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的 状况。该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状况。该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限 状态设计。状态设计。 2 2）短暂状态：）短暂状态：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。该状

20、况下桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。该状况下 的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状 态设计。态设计。 3 3）偶然状态：）偶然状态：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况下在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况下 的桥涵仅作承载能力极限状态设计。的桥涵仅作承载能力极限状态设计。 第29页/共41页 一、承载能力极限状态一、承载能力极限状态 承载能力极限状态设计是以承载能力极限状态设计是以塑性理论塑性理论为基础，其为基础，其设计原设计原 则则即：荷载效应最不利组合的设计值与重要性系数的乘积，即：荷载效应最不利

21、组合的设计值与重要性系数的乘积， 必须小于或等于结构抗力的设计值。必须小于或等于结构抗力的设计值。 第30页/共41页 （一）基本组合（一）基本组合 式中：式中： 0 0 结构重要性系数结构重要性系数, ,桥涵的抗震设计不考虑结构的重要性系数桥涵的抗震设计不考虑结构的重要性系数 ； S Sud ud 作用效应的组合设计值；作用效应的组合设计值； R R 构件承载力设计值，它根据构件的材料强度设计值和几何参构件承载力设计值，它根据构件的材料强度设计值和几何参 数设计值计算。数设计值计算。 RS ud0 桥涵结构的重要性系数桥涵结构的重要性系数0 桥涵结构特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、

22、涵洞 设计安全等级一级二级三级 结构重要性系数1.11.00.9 注：重要桥梁系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁注：重要桥梁系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁 第31页/共41页 桥涵结构的重要性系数桥涵结构的重要性系数0 桥涵结构特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞 设计安全等级一级二级三级 结构重要性系数1.11.00.9 注：重要桥梁系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁注：重要桥梁系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁 第32页/共41页 分项系数个永久荷载作用效应的第i Gi 第33页/共41页