桥梁工程南京理工桥梁设计荷载学习教案

1、会计学1桥梁工程南京理工桥梁设计桥梁工程南京理工桥梁设计(shj)荷载荷载第一页，共53页。Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge前者为直接作用，也可称荷载；后者为间接作用（不宜(by)称为荷载）新桥规（JTG D62-2004）Introduction 作用(Action) :n引起结构外加变形或约束变形的原因（如地震、基础不均匀沉降、温度变化等）。 The factors that cause or constrain structural deformation 第1页/共53页第二页，共53页。作用(zuyng)(Action)永久

2、(yngji)作用(Permanent Action )可变作用(zuyng)(Variable Action )偶然作用(Accidental Action )按对结构的反应情况（加速度的大小）作用可分为：静态作用(Static Action)动态作用(Dynamic Action)Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第2页/共53页第三页，共53页。Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge作用代表值（Representative value of an action）结构或构件设计时，针对不同设计目的

3、所采用(ciyng)的各种作用规定值，包括作用标准值、准永久值和频遇值。作用标准值（Characteristic value of an action）各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准(jzhn)期内最大值概率分布的某一分位值确定。作用准永久值（Quasi-permanent value of an action）一种可变作用代表值，作用概率分布的0.5分位值，用于正常使用极限状态长期效应组合设计（经常出现者）作用频遇值（Frequent value of an action）一种可变作用代表值，作用概率分布的0.95分位值，用于正常使用极限状态短期效应组合设计（频繁出现且量值较

4、大者）第3页/共53页第四页，共53页。Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge作用(zuyng)代表值的取用永久作用标准值可变作用根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态标准值按弹性阶段计算结构强度标准值正常使用状态按短期效应(xioyng)(频遇）组合设计频遇值频遇值标准值乘以频遇值系数1正常使用状态按长期效应(xioyng)组合设计准永久值准永久值标准值乘以准永久值系数2偶然作用标准值第4页/共53页第五页，共53页。1 1永久作用永久作用结构重力（包括结构附加重力）结构重力（包括结构附加重力）预

5、加应力预加应力土的重力土的重力土侧压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水的浮力水的浮力基础变位作用基础变位作用2 23 34 45 56 67 78 8可变作用可变作用汽车荷载汽车荷载汽车冲击力汽车冲击力汽车离心力汽车离心力汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力人群荷载人群荷载风荷载风荷载汽车制动力汽车制动力流水压力流水压力冰压力冰压力温度影响力温度影响力 支座摩阻力支座摩阻力9 91010111112121313141415151616171718181919 偶然作用偶然作用 地震作用地震作用船只或飘流物撞击力船只或飘流物撞击力汽车撞击作用汽车撞击作用20202121Chap

6、ter 4 作用(zuyng)分类 Action on the Bridge第5页/共53页第六页，共53页。 在使用使用期内，其量值不随时间(shjin)而变化，或其变化值与其平均值相比可以忽略不计的作用。 The permanent action varies little in service time 永久作用7种：n结构(jigu)物重力 weight of the structuren预加应力* prestressn土的重力 gravity of the soil n土侧压力 lateral force from the soil n混凝土收缩及徐变作用 shrinkage and

7、 creep of concreten基础变位作用 deformation of the foundationn水的浮力 buoyancyChapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第6页/共53页第七页，共53页。在结构使用期内，其量值随时间变化，且其变化值与其平均值相比不可以(ky)忽略的作用。共11种:Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第7页/共53页第八页，共53页。NEXT1 ) 汽车荷载的组成与使用(shyng)规定Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第8页/共53页第九页，

8、共53页。NEXT ) 汽车荷载(hzi)等级的使用规定Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第9页/共53页第十页，共53页。NEXT )车道荷载(hzi)的计算图示 the form of Load of roadwayChapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第10页/共53页第十一页，共53页。NEXT )车道(chdo)荷载的标准值 Standard Load of roadway 均布荷载标准值： 10.5kN/m 集中(jzhng)荷载： 计算跨径小于等于5m时，180kN 计

9、算跨径大于等于50m时，360kN 计算跨径在5至50m之间时，直线内插。 剪力效应应再乘以1.2的系数。 公路 - 级车道荷载的均布荷载的标准值和集中(jzhng)荷载标准值，为公路 -级车道的0.75倍。Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第11页/共53页第十二页，共53页。NEXT ) 车道(chdo)荷载的加载方式 车道荷载(hzi)的均布荷载(hzi)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(hzi)标准值只作用于相应影响线中一个影响线上峰值处。Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第12页

10、/共53页第十三页，共53页。NEXT ) 车辆(chling)荷载的布置图示与规定： 公路级和公路级汽车荷载采用同一车辆(chling)荷载标准值。1.82.5.015.01.41.47.0550kN汽车(qch)平面尺寸Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第13页/共53页第十四页，共53页。NEXT7 ) 车辆荷载(hzi)的技术指标如下表Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第14页/共53页第十五页，共53页。NEXT8 )车道荷载或车辆荷载的横向布置(bzh) transverse dist

11、ribution of the Load of the motor ：横向布置(bzh)的最大车道数不应超过设计规定的车道数桥桥 面面 宽宽 度度 W W（m m）桥涵设计车道数桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆单向行驶时车辆双向行驶时车辆双向行驶时W W7.07.07.0W7.0W10.510.510.5W10.5W14.014.014.0W14.0W17.517.517.5W17.5W21.021.021.0W21.0W24.524.524.5W24.5W28.028.028.0W28.0W31.531.56.0W6.0W14.014.014.0W14.0W21.021.021.0W21.0

12、W28.028.028.0W28.0W35.035.01 12 23 34 45 56 67 78 8Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第15页/共53页第十六页，共53页。NEXT9) 多车道横向折减系数当横向布置的车道数超过车道时，应按布置的车道数计算后乘以横向折减系数 ；但不得小于车道计算的结果(ji gu)，否则，以车道计算的结果(ji gu)为准。 车道数 2 3 4 5 6 7 8横向折减系数 1.00 0.78 0.67 0.60 0.55 0.52 0.5Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action

13、on the Bridge第16页/共53页第十七页，共53页。NEXT10 ) 纵向(zn xin)折减系数的规定 施加于长跨桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径L150m时，应按表规定(gudng)的纵向折减系数进行折减。当为多跨连续结构时，整个结构均应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。表 纵向(zn xin)折减系数计算跨径计算跨径L L（m m）纵向折减系数纵向折减系数 计算跨径计算跨径L L（m m） 纵向折减系数纵向折减系数150L150L400400400L400L600600600L600L8008000.970.970.960.960.950.95800L

14、800L10001000L1000L10000.940.940.930.93Load of the motorChapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第17页/共53页第十八页，共53页。NEXT汽车荷载的冲击力产生原因 Cause考虑(kol)的方法 How to take into account of the impact? 如何计算 How to calculate the action? Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第18页/共53页第十九页，共53页。NEXT)冲击力与结构(jigu)

15、的自振频率有关 Impact is related with the frequency of the structure Hzf5.1HzfHz145.10157.0ln1767.0fHzf14=0.05=0.45Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第19页/共53页第二十页，共53页。BACK人群(rnqn)3kN/m2 2.5kN/m2人群荷载(hzi)横向布置kurb缘石(yun sh)Width of the sidewalk 人行道宽0.75kN/m1.0kN/m3kN/m2 2.5kN/m2Load of the pedestrian 50m

16、-计算跨径-150mChapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第20页/共53页第二十一页，共53页。NEXTChapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第21页/共53页第二十二页，共53页。NEXT1）汽车的离心力曲线(qxin)桥梁且曲线(qxin)半径250m如何计算 H=CP C 为离心系数， V 为计算行车速度，按桥梁所在线路等级规定取定，km/h R 为曲线半径，m 车道数大于2时，按前述表折减。RVC1272Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第22页/共53页

17、第二十三页，共53页。BACK车辆(chling)荷载的离心力Centrifugal action作用方向及作用点 direction and location AA1. 2mA-ARChapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第23页/共53页第二十四页，共53页。BACK桥规规定： 制动力的标准值为布置在加载长度上计算(j sun)总重力的10%，但公路-1级的制动力的标准值不得小于165KN ；公路-2级的制动力的标准值不得小于90KN ；多车道时，制动力为上述计算(j sun)值进行横向折减（2-2；3-2.34；4-2.64）。1.2m

18、固定(gdng)支座处滑动支座处Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第24页/共53页第二十五页，共53页。BACK桥规仅对中、小跨径桥梁的平均风压做了规定，对大跨桥梁一般要进行专门的抗风设计和研究 作用于桥梁结构的风荷载应按顺桥向和横桥向分别(fnbi)计算，并且仅取一个方向的风荷载参与荷载效应组合风产生(chnshng)的效应 平均风压 脉动风压 周期风压采用静力计算方法采用随机振动理论计算采用空气动力学理论计算Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第25页/共53页第二十六页，共53页。NEXT4 ) 温度作用（次

19、内力）：均匀(jnyn)温度和梯度温度 温度影响力指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。 温度的变化可分为（年平均）气温变化和温差两种情况，前者可说明结构在一年中的温度变化，后者则可解释为结构截面上的不同点或不同构件之间的温差。 对静定结构，气温的变化通常只会导致结构的伸长(shn chn)或缩短； 在超静定结构中，由于气温的变化引起的变形受到约束，导致结构产生相应的附加力。 由于日照、骤冷等天气情况引起的温差对静定结构或超静定结构均可能产生附加力。 气温变化的幅度，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定。Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the

20、 Bridge第26页/共53页第二十七页，共53页。NEXT4 ) 温度作用（次内力(nil)）：均匀温度的计算 从结构合龙时的温度算起，考虑最高和最低有效温度的作用效应。 有效温度的标准值见下表气温分区钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土、石桥最高最低最高最低最高最低严寒地区46-4339-3234-23寒冷地区46-2139-1534-10温热地区46-9(-3)39-6(-1)34-3（0）Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第27页/共53页第二十八页，共53页。NEXTChapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Acti

21、on on the Bridge 均匀温度的取值，可按桥梁所在地区的气温条件(一般取当地最高和最低月平均气温)确定；均匀温度的变化值，应自结构合龙时的温度算起。 例如(lr)，若桥位处最高和最低月平均气温分别为+40和0，而架梁或结构合龙时的温度为+20，则均匀温度的变化幅度为40，而用于计算温度作用效应的均匀温度值为+20。第28页/共53页第二十九页，共53页。NEXT4 ) 温度作用（次内力）：梯度温度效应(xioyng)的计算T T1 1（）T T2 2（）混凝土铺装混凝土铺装25256.76.750mm50mm沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层20206.76.7100mm100mm沥

22、青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层14145.55.5Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge 不计及横向温度梯度作用:考虑到结构两侧腹板外的悬臂板较长，腹板受太阳直接辐射较少，梁底始终不受日照。第29页/共53页第三十页，共53页。NEXT4 ) 温度(wnd)作用（次内力）：梯度温度(wnd)效应的计算 计算(j sun)桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，可采用竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的最高温度T1规定于表。对混凝土结构，当梁高H小于400mm时，图中A=H-100（mm）；梁高H不小于400mm时，A=300mm。对带混凝土桥面板的钢

23、结构，A=300mm。t为结合梁中混凝土桥面板的厚度。Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差（降温）为正温差乘以-0.5。第30页/共53页第三十一页，共53页。 偶然作用是在设计使用期内不一定出现，但一旦(ydn)出现，其持续时间很短而数值很大的作用。偶然作用会对结构的安全产生非常大的影响。 An Accidental Action is such an action that it occurs with uncertainty. If it occurs, it would lasts for a

24、very short time but with great effects on the structure, even results in the failure of the structure .n地震作用 Earthquake ：n地震动峰值加速度大于0.10g的地区应做抗震设计n船只或漂流物的撞击力 Bump of the boat or float ：n大小与航道等级(dngj)有关n汽车撞击作用 Bump of the motor ： n 1000KN（行驶方向）n 500KN（垂直方向）n Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第31页/

25、共53页第三十二页，共53页。船只或漂流物的撞击力给桥梁产生(chnshng)的破坏实例。One typical case of the bridge failure resulted from the bump of the boatChapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第32页/共53页第三十三页，共53页。船只或漂流(pio li)物的撞击力给桥梁产生的破坏实例-九江大桥Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第33页/共53页第三十四页，共53页。 湛江海湾大桥在国际上首次创造性地

26、提出(t ch)了柔性吸能防撞装置方案，提出(t ch)了“大撞不倒、中撞可修、小撞不坏”的桥梁三级防撞理论。 该防撞装置设计为双浮箱、自浮式结构型式，由防撞外浮箱、内浮箱和柔性吸能防撞圈构成，可使撞击力减小至6000吨以下，不仅可以削弱船舶撞击的能量，保护桥墩，而且对船舶和防撞装置本身也具有保护功能。Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第34页/共53页第三十五页，共53页。Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge 本方案主要是在中央桥墩路面以上0125cm范围设置防撞砂桶，将桥墩包围

27、并在防撞桶上部70120cm范围内粘贴红白相间(xingjin)的高强级反光膜，在防撞桶上部5190cm范围设置黄黑相间(xingjin)高强级铝基反光膜。防撞砂桶主要是保护桥墩易受撞击部位，在受到撞击时吸收并分散冲击力，有效的保护桥墩。反光膜主要是在一定距离内警告并引导驾驶员不要撞击构筑物。通过反光膜与防撞砂桶的结合，能很好的避免桥墩受到撞击或撞坏，达到治标又治本的效果。第35页/共53页第三十六页，共53页。不同类型(lixng)的防撞装置Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge第36页/共53页第三十七页，共53页。桥涵结构(jigu)

28、的设计理论 Design theory for the bridge structureA）容许应力法 allowance stress method弹性理论为基础B）极限状态法 ultimate state method考虑材料的弹塑性性能的可靠度理论： 承载能力极限状态和正常使用极限状态 设计(shj)方法回顾 Review of the design method 前述的各种作用并不是在所有时期内同时出现的，因此将不同作用效应进行合理组合是必要的。 All the actions will not always occur and will not occur in the same t

29、ime. So to find combination of different action is necessary. Chapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第37页/共53页第三十八页，共53页。 极限状态是指整体结构或构件的某一特定状态，超过这一状态限界，结构或构件就不能满足设计规定的某一功能要求。 The ultimate state is the specific state for the structure or its component that when beyond the state border ,the structure or

30、 its component would not satisfy the function set by the design code.可靠性：承载能力极限状态安全性（强度、稳定(wndng)、疲劳）正常使用极限状态适用性和耐久性（扰度、抗裂和裂缝宽度）Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge设计方法(fngf)回顾 Review of the design method第38页/共53页第三十九页，共53页。 根据桥涵在施工和使用过程中面临的不同情况，桥涵设计分为3种设计状况： 1）持久状况（持续时间长的作用）：必须进行两种极限状态设计

31、2）短暂(dunzn)状况（临时作用）：一般只作承载能力极限状态设计 3）偶然状况（偶然作用）：只作承载能力极限状态设计Chapter 4 桥梁(qioling)上的作用 Action on the Bridge 设计方法回顾 Review of the design method第39页/共53页第四十页，共53页。 公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。 1. 永久作用应采用标准值作为代表值。 2. 可变作用应根据不同的极限状态(zhungti)分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态(zhungti)设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值为可变作用的代

32、表值。正常使用极限状态(zhungti)按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值为可变作用的代表值。 3. 偶然作用取其标准值为代表值。作用(zuyng)的取值4.4 作用(zuyng)效应组合 Effect Combination of the actions 设计方法回顾 Review of the design method第40页/共53页第四十一页，共53页。1 、永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确定。2、可变作用的标准值应按规范规定采用。

33、可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。 可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数3 、偶然作用应根据试验(shyn)资料，结合工程经验确定其标准值。4 、作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数作用(zuyng)的代表值取用设计(shj)方法回顾 Review of the design method 第41页/共53页第四十二页，共53页。Definition :作用效应组合是指在确定出各种桥梁作用后，需要根据作用特性(txng)、桥梁结构特性(txng)、施工方法以及桥位处的环境等因素来决定各种作用的取舍以及它们同时作用的可能性。 4.4 作用(zuyng)效应

34、组合 Effect Combination of the actions 第42页/共53页第四十三页，共53页。 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。当结构或结构构件需作不同受力方向的验算(yn sun)时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。 2）当可变作用的出现对结构或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均应作为临时荷载加以考虑。 4）多个偶然作用不同时参与组合。 5）钢筋混凝土和预应力混凝土结构在进行结构构件的承载能力极限状态设计时，可不考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效

35、应参与组合；基础变位作用是否参与组合视具体情况确定；拱桥仍应考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应和基础变位作用的组合。 作用效应(xioyng)组合的原则 The principles of the Effect Combination of the actions 4.4 作用效应(xioyng)组合 Effect Combination of the actions第43页/共53页第四十四页，共53页。基本组合(zh)和偶然组合(zh)承载能力极限状态下的组合(zh)： 永久(yngji)作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：)(2111QjknjQjcKQQGi

36、KmiGioudSSSS)(211njQjdcdQmiGidoudSSSS（1）基本(jbn)组合 Primary CombinationChapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第44页/共53页第四十五页，共53页。 结构重要性系数，按规范表规定的结构设计安全等级采用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9； 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取1.4。当某个可变作用在效应组合(zh)中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项

37、系数取与汽车荷载同值； 在作用效应组合(zh)中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第条规定的人行道板等局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风荷载的分项系数取1.1； 承载能力极限(jxin)状态下的组合：基本组合和偶然组合（1）基本组合 Primary CombinationChapter 4 桥梁上的作用 Action on the Bridge第45页/共53页第四十六页，共53页。n1.2恒荷载+1.4 汽车荷载n1.2 恒荷载+1.4 汽车荷载+0.8 1.4 人群荷载n1.2 恒荷载+1.4 汽车荷载+0.7 （1.4 人群荷载+n 1.1 风荷载）n1.2 恒荷载+1.4 汽车荷载+0.6 （1.4 人群荷载+n 1.1 风荷载+ 1.4 土压力(yl)）n1.2 恒荷载+1.4 汽车荷载+0.5 （1.4 人群荷载+n 1.1 风荷载+1.4 土压力(yl)+1.4 汽车制动力）基本(jbn)组