公路桥梁结构的作用ppt课件

1、第一篇 总 论0 概述1 根本概念、专业术语与开展历程2 桥梁总体规划与设计程序3 公路桥梁构造的作用概述永久作用可变作用偶尔作用作用效应组合3 公路桥梁构造的作用公路桥梁构造的作用一、概述一、概述1桥梁设计计算桥梁设计计算作用在桥梁上的作用在桥梁上的广义荷载是什广义荷载是什么？变化规律如么？变化规律如何？最大量值是何？最大量值是多少？多少？这些作用使桥梁这些作用使桥梁各构件产生什么各构件产生什么样的内力效应？样的内力效应？此内力效应的分此内力效应的分布规律如何？布规律如何？这些内力效应与这些内力效应与构件的抗力相比构件的抗力相比如何？构件、结如何？构件、结构平安度如何？构平安度如何？满足规范

2、的最低满足规范的最低要求吗？要求吗？回顾 什么是极限形状？构造整体或构造部分到达不适宜继续运用的特殊形状。构造整体或构造部分到达不适宜继续运用的特殊形状。 什么是承载才干极限形状？对应于构造或构件到达最大承载才干，或产生不适于继续对应于构造或构件到达最大承载才干，或产生不适于继续承载变形的极限形状。 包括： 构造倾覆、失稳、变成几何可变体系 ；构件到达极限强度、疲劳强度而破坏，或产生较大的几何变形等。什么是正常运用极限形状？对应于构造或构件到达正常运用和耐久性的各项规定限制的极限形状。 包括构造及构件外观变形过大、开裂、部分破坏、振动过大等。抗力抗力RR=SR构造抗力构造抗力S作用效应作用效应

3、简单说来，就是要求简单说来，就是要求Z=R-S0的概率大于一个给的概率大于一个给定的值，以保证结定的值，以保证结构运营平安。构运营平安。荷载效应荷载效应S构造所处形状构造所处形状R1R2Z2Z1S2S1 构造抗力构造抗力RR构造构件接受内力和变形的能构造构件接受内力和变形的能力，它是构造资料性能、几何参数等的函数。力，它是构造资料性能、几何参数等的函数。 作用作用FF施加在构造上的集中力或分布力，施加在构造上的集中力或分布力，或引起构造外加变形或约束的缘由，它分为直或引起构造外加变形或约束的缘由，它分为直接作用和间接作用。接作用和间接作用。 作用效应作用效应S构造对所受作用的反响，包括构造对所

4、受作用的反响，包括构造或者构件的内力、变形等。构造或者构件的内力、变形等。一、概述一、概述2构造设构造设计原理计原理建筑结建筑结构构/桥梁桥梁工程工程/地地下工程下工程作用荷载确定的重要性作用荷载确定的重要性两个典型实例两个典型实例 英国福斯湾海峡铁路桥，英国福斯湾海峡铁路桥，18901890年建成，悬臂钢桁架桥用钢量年建成，悬臂钢桁架桥用钢量54000t，跨度，跨度521.3m，受，受1879年英国泰湾桥风毁事件的影响，年英国泰湾桥风毁事件的影响，设计建造时非常保守，将风荷载设计值大大提高至设计建造时非常保守，将风荷载设计值大大提高至2.68kN/m2 该地域目前风荷载取值不超越该地域目前风

5、荷载取值不超越1kN/m2，我国台风登陆地域普通，我国台风登陆地域普通采用采用11.2kN/m2 ，虽然平安地服役至今，但在建成同时，有，虽然平安地服役至今，但在建成同时，有人估计用钢量是实践所需的人估计用钢量是实践所需的5倍。倍。 英国英国SevernSevern桥，桥，19661966年建成，第一座采用扁平流线型钢箱年建成，第一座采用扁平流线型钢箱梁作为加劲梁的悬索桥，跨度梁作为加劲梁的悬索桥，跨度305+988+305m，由于过低地，由于过低地估计货运汽车分量，建成不久后难以顺应运输需求，不得估计货运汽车分量，建成不久后难以顺应运输需求，不得不进展荷载等级提升，虽然耗时不进展荷载等级提升

6、，虽然耗时7年年19851992、耗费、耗费宏大、千方百计地提高了荷载顺应性，但无法防止主缆安宏大、千方百计地提高了荷载顺应性，但无法防止主缆安全性能的降低。全性能的降低。 解放之前，我国没有设计规范，桥梁设计主要由外国公司承解放之前，我国没有设计规范，桥梁设计主要由外国公司承担，设计规范套用国外英美规范居多规范；担，设计规范套用国外英美规范居多规范； 从上世纪五十年代以来，我国在自创前苏联规范、欧美规范的从上世纪五十年代以来，我国在自创前苏联规范、欧美规范的根底上，先后根底上，先后 6 6次修订公路桥梁设计荷载规范，详细为车队次修订公路桥梁设计荷载规范，详细为车队荷载方式：假设干主车和一辆重

7、车荷载方式：假设干主车和一辆重车 , , 称号中数字为主车分量称号中数字为主车分量 t t 1954 1954年：年： 汽汽-6-6、汽、汽 -8 -8、汽、汽 -10 -10、汽、汽-13-13、汽、汽 - 18 - 18； 1956 1956年：年： 添加了添加了 3 3种验算荷载：种验算荷载： 拖拖 -30 -30、拖、拖-60-60、拖、拖 -80 -80； 1967 1967年：年： 汽汽 -10 -10、汽、汽-15-15、汽、汽-26-26； 履带履带- 50- 50、拖车、拖车- 60- 60、拖车、拖车- 100- 100； 1972 1972年：年： 汽汽- 10- 10、

8、汽、汽-15-15、汽、汽- 20- 20；履带；履带- 50- 50、挂车、挂车- 80- 80、挂车、挂车- 100- 100； 1981 1981年：年： 汽车汽车-10-10级、汽车级、汽车-15-15级、汽车级、汽车 -20 -20级、汽车级、汽车 - - 超超2020级级 ; ; 履带履带- 50- 50、挂车挂车- 80- 80、挂车、挂车 - 100 - 100、挂车、挂车 - 120 - 120； 2003 2003年：公路年：公路级、公路级、公路级级 ；作用荷载确定的重要性作用荷载确定的重要性我国公路桥规回想我国公路桥规回想汽 车汽汽- 1 0 级车 - 1 5 级车 -

9、2 0 级汽车 -超 2 0 级 在现役桥梁中，设计荷载为汽 20占多数； 目前，据不完全统计，我国公路桥梁 63万座，因设计荷载等级偏低、交通日益拥堵、超重超载车辆日益增多 ，现役桥梁 “小马拉大车 景象的普遍存在需求采取运营荷载限制措施的桥梁约占 1/10 ； 与美国等国规范相比，我国公路桥梁荷载规范明显偏低，汽20车辆荷载效应设计值仅为美国车辆荷载效应设计值仅为美国AASHTO的的 68、英国、英国BS5400的的 60 。设计作用尤其是活荷载确定是一个非常复杂的技术经济问题，既要思索平安、又要思索经济；既要满足当前需求、又要为未来留有足够的开展余地。作用荷载确定的重要性我国公路桥规回想

10、续 作用分类作用分类按作用方式分类按作用方式分类直接作用：直接作用： 施加在构造上的荷载，如自重，汽车荷载等施加在构造上的荷载，如自重，汽车荷载等间接作用：引起构造外加变形和约束变形的缘由。间接作用：引起构造外加变形和约束变形的缘由。 作用分类作用分类按性质分类按性质分类永久作用、可变作用永久作用、可变作用 、偶尔作用、偶尔作用一、概述一、概述3 讨论：为什么以前的规范将外界施加在构造上的影响称为讨论：为什么以前的规范将外界施加在构造上的影响称为“荷载荷载LordLord，新规范称之为，新规范称之为“作用作用ActionAction，那个更，那个更为恰当准确？二者有何区别？为什么？为恰当准确？

11、二者有何区别？为什么？作用代表值：代表作用大小的数值，它采用数理统计方法、作用代表值：代表作用大小的数值，它采用数理统计方法、根据工程阅历加以确定实践作器具有随机性、离散性；根据工程阅历加以确定实践作器具有随机性、离散性；作用代表值包括作用规范值、频遇值和准永久值；作用代表值包括作用规范值、频遇值和准永久值；一、概述一、概述4作用规范值作用规范值PbPb：各种作用的能够出现的最不利值。：各种作用的能够出现的最不利值。作用频遇值作用频遇值Pn Pn ：可变作用的代表值，普通按概率分布的：可变作用的代表值，普通按概率分布的0.950.95分位值确定。分位值确定。作用准永久值作用准永久值PY PY

12、：可变作用通常情况下的代表值。：可变作用通常情况下的代表值。OPn Pb P概率密度函数概率密度函数f PFPn=0.95POPYf P概率密度函数概率密度函数FPY=0.5在进展桥梁构造或构件设计时，需针对不同设计目的采用规在进展桥梁构造或构件设计时，需针对不同设计目的采用规定的各种作用值。极限形状不同、代表值也会不同。定的各种作用值。极限形状不同、代表值也会不同。设计基准期设计基准期 (design reference period) (design reference period)简单地讲，它就是在确定某些作用简单地讲，它就是在确定某些作用(这些作用的最大值概率分这些作用的最大值概率分

13、布与时间有关，如风荷载、车辆活载等布与时间有关，如风荷载、车辆活载等)的规范值时需求人为规的规范值时需求人为规定一个基准时间参数。对桥梁构造，设计基准期通常取定一个基准时间参数。对桥梁构造，设计基准期通常取100100年。年。留意留意! ! 设计基准期设计基准期运用寿命。运用寿命。一、概述一、概述5概述永久作用可变作用偶尔作用作用效应组合3 公路桥梁构造的作用公路桥梁构造的作用二、二、 永久作用永久作用永久作用永久作用在设计基准期内不变或变化可忽略不计的作用，也称在设计基准期内不变或变化可忽略不计的作用，也称之为恒载，恒载效应占总效应的比例在之为恒载，恒载效应占总效应的比例在4095%跨度越大

14、、跨度越大、比例越高，反之亦然，比例越高，反之亦然， 主要是指构造本身自重、以及与主要是指构造本身自重、以及与构造严密相关的环境土、水所产生的荷载。构造严密相关的环境土、水所产生的荷载。预加力在进展正常运用极限形状设计时被视为作预加力在进展正常运用极限形状设计时被视为作用；在进展承载才干极限形状设计时当做抗力。用；在进展承载才干极限形状设计时当做抗力。 讨论：对预应力为什么这样规定？理由是什么讨论：对预应力为什么这样规定？理由是什么?编号编号作用称号作用称号1构造重力包括构造附加重力构造重力包括构造附加重力2预加力预加力3土的重力土的重力4土侧压力土侧压力5混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩及徐变

15、作用6水的浮力水的浮力7根底变位作用根底变位作用概述永久作用可变作用偶尔作用作用效应组合3 公路桥梁构造的作用公路桥梁构造的作用编号编号作用称号作用称号1汽车荷载汽车荷载2汽车冲击力汽车冲击力3汽车离心力汽车离心力4汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力5人群荷载人群荷载6汽车制动力汽车制动力7风荷载风荷载8流水压力流水压力/冰压力冰压力9温度均匀温度和梯度温度作用温度均匀温度和梯度温度作用10支座摩阻力支座摩阻力可变作用：在设计基准期内随时间变化的作用，也称之为活载可变作用：在设计基准期内随时间变化的作用，也称之为活载及其附加荷载。及其附加荷载。三、三、 可变作用可变作用1、汽车荷载：最主要的

16、可变作用、随着汽车工业的发、汽车荷载：最主要的可变作用、随着汽车工业的发展而不断提高，展而不断提高， (习惯上称为活载，习惯上称为活载，live load)，其产生的效，其产生的效应占总效应的应占总效应的560%跨度越大、比例越小，反之亦然；跨度越大、比例越小，反之亦然；等级等级公路公路-高速公路、一级公路，二级公路重载多高速公路、一级公路，二级公路重载多且作为干线时且作为干线时公路公路-级级二级、三级和四级公路二级、三级和四级公路 组成组成车道荷载车道荷载均布均布+集中；构造整体计算时采用；集中；构造整体计算时采用；车辆荷载车辆荷载 单车荷载；构造部分计算时采用；单车荷载；构造部分计算时采用

17、；三、三、 可变作用可变作用留意：二者的效应不能叠加！留意：二者的效应不能叠加！计算跨径mPk公路-级时公路-级时5m1800.75180=50m3600.75360=270汽车荷载等级公路-级公路-级q KN/mk10.50.7510.5=7.875 车道荷载计算图及规范值车道荷载计算图及规范值注：注：1桥梁计算跨径在桥梁计算跨径在5m50 m之间时，之间时，Pk值采用直线内插；值采用直线内插；2计算剪力效应时，表中计算剪力效应时，表中Pk值应乘以值应乘以1.2的系数。的系数。 车辆荷载：车辆荷载： 计算图及规范值计算图及规范值550kN550kN重车重车30120120140140注：注：

18、1、车辆荷载的主要技术目的见相关图表；、车辆荷载的主要技术目的见相关图表；2、公路、公路-、公路、公路-级采用一样规范值。级采用一样规范值。设计车道数2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.50 汽车荷载折减汽车荷载折减横向折减缘由：横向每一车队同时出现最大荷载的概率横向折减缘由：横向每一车队同时出现最大荷载的概率随车道数添加而减小。随车道数添加而减小。纵向折减缘由：桥跨越长，全桥到达高密度和重载的概纵向折减缘由：桥跨越长，全桥到达高密度和重载的概率越小，跨度率越小，跨度 150m 150m时，纵向折减。时，纵向折减。纵向折减系数纵向折减系数 ：0.930

19、.97方法：多跨延续构造时，按最大计算跨径思索。方法：多跨延续构造时，按最大计算跨径思索。注：折减后的效应不得小于两条车道荷载产生的效应！注：折减后的效应不得小于两条车道荷载产生的效应！2、汽车冲击力、汽车冲击力?缘由：缘由： 桥面不平整桥面不平整 车轮不圆车轮不圆 发动机抖动发动机抖动桥梁振动桥梁振动效应比静载时大效应比静载时大这种动力效应称为冲击力这种动力效应称为冲击力?冲击力冲击力=(1+)汽车荷载汽车荷载冲击系数冲击系数?影响影响的主要要素：的主要要素： 构造阻尼构造阻尼资料自重增大，资料自重增大，减小减小衔接方式刚度增大，衔接方式刚度增大，减小减小跨径跨径增大，跨径跨径增大，减小减小

20、 与桥梁构造的基频与桥梁构造的基频f 有关有关0.05f1.5Hz=0.1767lnf -0.01570.451.5Hz f14Hzf14Hz f f 的计算：常用有限元法，也可简单地按的计算：常用有限元法，也可简单地按f=100/L来估算来估算 =0 =0的情况：的情况：重力式墩台重力式墩台填料厚填料厚0.5m0.5m的拱、涵洞的拱、涵洞 = 0.3 = 0.3的情况：的情况：部分加载部分加载在在TT梁、箱梁悬臂板加载梁、箱梁悬臂板加载V离心力离心力=C车辆荷载不计冲击力车辆荷载不计冲击力离心力系数离心力系数2127 RC 3、汽车离心力、汽车离心力R250m时时,要思索。要思索。离心力离心

21、力或或缘由：弯道行驶缘由：弯道行驶桥面桥面作用位置：作用位置：离心力离心力1.2m简化计算简化计算4 4、汽车引起的土侧压力、汽车引起的土侧压力 计算原理：等代土层替代汽车荷载计算原理：等代土层替代汽车荷载 计算桥台计算桥台(或挡土墙或挡土墙)后填土破坏棱体对桥台后填土破坏棱体对桥台(或挡土墙或挡土墙) G GBl 0 Bl 0 的土侧压力的土侧压力h 土的重力密度土的重力密度l0 桥台或挡土墙后填土的桥台或挡土墙后填土的 破坏棱体长度破坏棱体长度B 桥台横向全宽或挡土墙桥台横向全宽或挡土墙 的计算长度的计算长度 G 布置在布置在B l0面积内的车轮的总重力面积内的车轮的总重力等代土层等代土层

22、车荷车荷Gl0h gggg破坏棱体破坏棱体5 5、人群荷载、人群荷载3.0 kN/m2计算跨径计算跨径L50m人群荷载人群荷载P0r =2.5 kN/m23.5 kN/m24.0 kN/m2L150m公用人行桥公用人行桥计算人行道板时计算人行道板时 运用运用L=50150mL=50150m时时, P0r, P0r可内插可内插;城市人多时，放大城市人多时，放大1.151.15倍倍;不等跨延续构造，按最大计算跨思索。不等跨延续构造，按最大计算跨思索。6、汽车制动力、汽车制动力制动力制动力T =10%车道荷载车道荷载一个车道一个车道T T 165 kN165 kN(公路公路级级同向两车道同向两车道T

23、=2T=2一个车道一个车道TT同向三车道同向三车道T=2.34 T=2.34 一个车道一个车道TT同向四车道同向四车道T=2.68 T=2.68 一个车道一个车道TT 墩、台墩、台 刚构、拱刚构、拱 普通计算图普通计算图T桥面桥面1.2mT桥面桥面支座中线支座中线支座底线支座底线 计算方法计算方法:静力计算静力计算 规范值规范值Fwh =K0 K1 K3 Wd AwhFwh =K0 K1 K3 Wd Awh7、风荷载、风荷载 产生缘由产生缘由:空气流动空气流动 阐明阐明:顺桥向风荷载不计桥面系顺桥向风荷载不计桥面系;桥墩顺桥向风荷载按迎风面的桥墩顺桥向风荷载按迎风面的70%70%计算；计算；桥

24、台不计风载；桥台不计风载；大桥要做动力计算、风洞实验。大桥要做动力计算、风洞实验。风速重现期风速重现期阻力阻力地形地形迎风面面积迎风面面积基准风压，见风压基准风压，见风压表，表，0.21kN/m2大跨桥梁重要的设计荷载大跨桥梁重要的设计荷载位移、速度、加速度位移、速度、加速度对构造压力对构造压力太阳辐射太阳辐射8 8、温度作用、温度作用 均匀温度作用均匀温度作用影响：超静定构造影响：超静定构造大小：与资料、施工等有关大小：与资料、施工等有关原理：原理： t t = Te Te - T0 T0 次内力次内力最高低有效温度最高低有效温度 梯度温度作用梯度温度作用原理：原理：合拢温度合拢温度次内力次

25、内力梯度温度梯度温度规律：规律：对静定构造产生变形、不产生次内力对静定构造产生变形、不产生次内力对超静定构造产生次内力，不可忽视。对超静定构造产生次内力，不可忽视。温度梯度温度梯度9、支座摩阻力、支座摩阻力活动支座摩阻力活动支座摩阻力 ：F W支反力支反力摩擦系数摩擦系数概述永久作用可变作用偶尔作用作用效应组合3 公路桥梁构造的作用公路桥梁构造的作用四、偶尔作用四、偶尔作用定义：设计基准期内不一定出现，但出现时量值很定义：设计基准期内不一定出现，但出现时量值很大、破坏力极强、继续时间较短的作用。大、破坏力极强、继续时间较短的作用。偶尔作用种类：地震作用；偶尔作用种类：地震作用；船舶或漂流物的撞

26、击作用；船舶或漂流物的撞击作用；汽车撞击作用。汽车撞击作用。地震作用地震作用 ： 抗震设计规范：抗震设计规范： 地震动加速度峰值简化：地震动加速度峰值简化：6度烈度、按度烈度、按7度设防，峰值加速度度设防，峰值加速度0.1g7度烈度、按度烈度、按8度设防，峰值加速度度设防，峰值加速度0.2g8度烈度、按度烈度、按9度设防，峰值加速度度设防，峰值加速度0.4g船舶、漂流物撞击作用船舶、漂流物撞击作用 准确计算困难普通按规范计算，特殊重要桥梁进展准确计算困难普通按规范计算，特殊重要桥梁进展专题研讨计算专题研讨计算 规范规定规范规定WvgTF 物重物重流速流速撞击时间按撞击时间按1s计计船舶撞击力：

27、查表船舶撞击力：查表漂流物撞击力：漂流物撞击力：加速度加速度规范值规范值车撞击力车撞击力必要时可思索必要时可思索规范值参考国外规范值参考国外1.2m作用影响范围：直接分布于撞击涉及的构件上作用影响范围：直接分布于撞击涉及的构件上500 kN1000 kN概述永久作用可变作用偶尔作用作用效应组合3 公路桥梁构造的作用公路桥梁构造的作用 五、作用效应组合五、作用效应组合 公路桥梁设计方法公路桥梁设计方法 ：以概率实际：以概率实际 为根底的极限形状法，为根底的极限形状法，采用分项系数的设计表达式采用分项系数的设计表达式 。 极限形状：极限形状： 承载才干极限形状；正常运用极限形状承载才干极限形状；正

28、常运用极限形状各种作用不一定同时出现，各种作用不一定同时出现，且出现的几率也相差较大且出现的几率也相差较大强调构造平安、但也应强调构造平安、但也应适度思索经济造价要素适度思索经济造价要素作用效应组合作用效应组合 三种设计情况三种设计情况耐久情况运用阶段情况：指桥涵运用过程中耐久情况运用阶段情况：指桥涵运用过程中长期接受构造重力、汽车荷载等作用的情况。在该情况下，要长期接受构造重力、汽车荷载等作用的情况。在该情况下，要求对想象的构造一切功能进展设计，即应进展承载才干极限状求对想象的构造一切功能进展设计，即应进展承载才干极限状态和正常运用极限形状设计。态和正常运用极限形状设计。短暂情况施工阶段情况

29、：只进展承载才干极限短暂情况施工阶段情况：只进展承载才干极限形状计算时间短，必要时才作正常运用极限形状的计算。形状计算时间短，必要时才作正常运用极限形状的计算。偶尔情况偶尔出现的情况：偶尔情况偶尔出现的情况： 只进展承载才干极只进展承载才干极限形状计算保证主要承重构造不丧失承载才干，或只发生局限形状计算保证主要承重构造不丧失承载才干，或只发生局部破坏。部破坏。按承载才干极限形状强度设计的作用效应组合按承载才干极限形状强度设计的作用效应组合采用两种作用效应组合。采用两种作用效应组合。 根本组合根本组合 ：永久作用设计值效应：永久作用设计值效应 + + 可变作用设计值效应可变作用设计值效应Sud

30、承载才干极限形状下作用根本组合的效应组合设计值承载才干极限形状下作用根本组合的效应组合设计值 0 构造重要性系数构造重要性系数 Gi Gi 第第i i个永久作用效应的分项系数个永久作用效应的分项系数SGik 第第i个永久作用效应的规范值个永久作用效应的规范值SQ1k 汽车荷载效应的规范值汽车荷载效应的规范值 Q1 Q1 汽车荷载效应的分项系汽车荷载效应的分项系 数数 Qj Qj 在作用效应组合中除汽车荷载效应、风荷载外的其他第在作用效应组合中除汽车荷载效应、风荷载外的其他第j j个可变作用效应的分项系数个可变作用效应的分项系数SQjk 在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他第在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他第j个可变作用效应的规范值个可变作用效应的规