荷载与结构设计方法课件第五章-其它作用

第五章其它作用内容提要一、温度作用二、变形作用三、爆炸作用四、浮力作用五、制动力六、离心力七、预加力

2021/7/221第五章其它作用内容提要2021/7/221一、温度作用

温度变化引起材料自由膨胀、收缩材料的变形受到其它构件的约束→内力、变形及位移静定结构：温度的变化不引起内力、但引起变形和位移超静定结构：温度的变化引起内力、变形和位移t(0C)升高ll=tl2021/7/222一、温度作用温度变化引起材料自由膨胀、收缩材料的变温度应力计算设杆件上边缘温度升高t10，下边缘升高t20，且t10<t20，并沿杆件截面厚度为线性。

杆件的轴线温度：t0=(h1t2+h2t1)/h杆件上、下边缘温度差：t=t2-t1温度变化时，引起轴向应变和曲率，不引起剪切变形

=t0=d/ds=[(t2-t1

)ds/h]/ds=t/h截面上引起的弯矩M=EI=EIt/hdst1dshh1h2ddst2ds2021/7/223温度应力计算设杆件上边缘温度升高t10，下边缘升高t20常用超静定结构温度内力（1）两端固定梁

t10t20(t10t20)M=EIt/h(温度低一侧受拉)（2）一端固定一端简支梁

t10t20(t10t20)M=3EIt/2h

(温度低一侧受拉)2021/7/224常用超静定结构温度内力2021/7/224（3）圆形水池壁内力计算壁面温差（t）-池内水温与池外土温之差中面温差（t0）-水池施工期间混凝土浇筑毕时的温度与使用期间的季节最高或最低温度之差壁面温差（t）圆形水池壁内力计算两端固定圆形水池壁在壁面温差（t）作用下产生纯弯温度应力

环向弯矩M=径向弯矩Mx=D(1+)t/h

D—池壁弯曲抗弯刚度，

D=Ech3/12(1-

2)hR

壁面温差t2021/7/225（3）圆形水池壁内力计算hR壁面温差t2021/7/22中面温差（t0）作用下圆形水池壁内力计算(思考？)hpTpT虚拟荷载

pT=Ech

t0/RhpTpT

t0<0

t0>02021/7/226中面温差（t0）作用下圆形水池壁内力计算(思考？)hp二、变形作用

变形—指外界因素的影响使结构被迫发生变形地基变形

→结构支座位移混凝土徐变、收缩受内部或外部约束→结构内力重分布地层对地下结构产生反作用力→地层弹性抗力制造误差等变形作用效应

静定结构：支座移动、材料收缩、制造误差等使结构发生的变形不引起内力、但引起变形和位移

超静定结构：支座移动、材料收缩、制造误差等使结构发生的变形引起内力、变形和位移2021/7/227二、变形作用变形—指外界因素的影响使结构被迫发生变形2变形作用计算—按力学基本原理求解

Ml=6EI/l2Mr=2EI/lMr=6EI/l2Ml=4EI/lMl=3EI/l2Ml=3EI/l2021/7/228变形作用计算—按力学基本原理求解Ml=6EI/l三、爆炸作用

爆炸概念足够快、足够强的能量释放所产生的人们能够听见的空气冲击压力(包括：核爆炸、普通炸药爆炸、油罐、煤气等的爆炸)（非核）爆炸的特点空气冲击波的作用时间很短、传播过程中强度迅速减小爆炸冲击波对地下结构物的作用—自学

2021/7/229三、爆炸作用爆炸概念2021/7/229爆炸荷载的计算（爆炸冲击波对地面结构物的作用）爆心高压波顶盖前墙

背墙爆炸发生时反应区内瞬时形成极高的压力与周围未扰动的空气处于极端的不平衡状态高压波从爆心向外运动，强烈挤压邻近空气并不断向外扩展的压缩空气层冲击地面建筑物（前墙承受压力；背墙、顶盖和侧墙承受吸力）2021/7/2210爆炸荷载的计算（爆炸冲击波对地面结构物的作用）爆心高压波爆炸冲击波对结构产生的荷载冲击波超压：由气体压缩而产生的压力最大的反射超压

Pf=kfP入射波波阵面最大超压

反射系数，取值68冲击波动压：空气质点本身的运动产生的压力（q(t)）前墙压力从Pf

（最大的反射超压）↓表面阻力系数→衰减P(t)+cd

q(t)入射波波阵面上最大超压↑↑冲击波产生的动压整个前墙面上单位面积平均压力

P1(t)=P(t)+cd

q(t)侧墙、顶盖、背墙在冲击波作用下单位面积平均吸力Pi(t)=P(t)-cd

q(t)2021/7/2211爆炸冲击波对结构产生的荷载2021/7/2211四、浮力作用地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点浮力的计算取决于土的物理特性考虑地基的透水性产生浮力的必要条件：地下水能否通过土的空隙、连通或溶入到结构基地不论土的物理特性如何，对各种土都可考虑完全的浮力作用→浮力计算存在争议浮力的计算-采用第一种观点浮力=物体排开水的体积结构物基底单位面积上的水浮力：

Pbuo=whwred

结构物底基总浮力：P=PbuoF底面red—浮力折减系数，非岩石地基red=1.0岩石地基red=0.350.952021/7/2212四、浮力作用地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点20五、制动力1、汽车制动力汽车制动力汽车刹车时在车轮与路面之间产生的滑动摩擦力汽车制动力计算

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165KN；公路-II级汽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值为一个车道制动力标准值的2倍；同向行驶三车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2.34倍；同向行驶四车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2.68倍2021/7/2213五、制动力1、汽车制动力2021/7/2213汽车制动力的作用位置

一般制动力的着力点在桥面以上1.2m处计算墩台时不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至支座中心或支座底座面上计算刚构桥、拱桥时不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至桥面上2021/7/2214汽车制动力的作用位置2021/7/22142、吊车制动力WG+QPmax

Pmin横向水平制动力横向水平制动力L2021/7/22152、吊车制动力WG+QPmaxPmin横向水平制动力横向吊车竖向荷载（标准值）当吊车起重量达额定起重量（Q），且小车行使到大车桥一端的极限位置时，吊车轮子作用于该边柱吊车梁轨道上的压力达最大—最大轮压Pmax

；此时另一端轨道上的轮压达最小—最小轮压Pmin。（图）

2(Pmax+Pmin

)=(G+Q)+W吊车横向水平制动力--小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力

（图）小车总制动力

T0=N(G+Q)/2每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载：

Tx=T0/4=

N/8

(G+Q)=N

(G+Q)N—制动系数，按GB50009-2001取用软钩吊车：当吊车额定起重量Q10t时,N=0.12当吊车额定起重量Q=1650t时,N=0.10当吊车额定起重量Q75t时,N=0.08硬钩吊车：

N=0.202021/7/2216吊车竖向荷载（标准值）2021/7/2216六、离心力

离心力-弯道桥（曲率半径≤250m时考虑）mF离H=F离=-F惯=-ma=-m2R=-m(v/R)2R=-mg(v2/gR)离心力H=车辆重量P离心系数C离心系数C=v2/gR

C=v2/127R↖单位换算:v:m/skm/h;g:m/s2;R:m作用位置：车辆重心处，一般为桥面以上1.2m处2021/7/2217六、离心力离心力-弯道桥（曲率半径≤250m时考虑）m七、预加力（预应力）

预应力的概念压拉fq拉压fpNpNp拉0压NpNp

f=fq-fp2021/7/2218七、预加力（预应力）预应力的概念压拉fq拉压fpN预加力施加方式

外部预应力预加力来自结构外部内部预应力通过张拉和锚固混凝土结构中的高强度钢筋使构件受

通过张拉受拉区钢筋（先张法、后张法），利用钢筋回缩对混凝土结构产生预压力。预应力张拉方法、预应力张拉控制应力、预应力损失、预应力锚具、预应力材料、预应力混凝土结构设计等内容《混凝土结构设计原理》课程中讲授2021/7/2219预加力施加方式2021/7/2219注：文档资料素材和资料部分来自网络，如不慎侵犯了您的权益，请联系文库客服，我们将做删除处理，感谢您的理解。注：文档资料素材和资料部分来自网络，如不慎侵犯了您的权益，请第五章其它作用内容提要一、温度作用二、变形作用三、爆炸作用四、浮力作用五、制动力六、离心力七、预加力

2021/7/2221第五章其它作用内容提要2021/7/221一、温度作用

温度变化引起材料自由膨胀、收缩材料的变形受到其它构件的约束→内力、变形及位移静定结构：温度的变化不引起内力、但引起变形和位移超静定结构：温度的变化引起内力、变形和位移t(0C)升高ll=tl2021/7/2222一、温度作用温度变化引起材料自由膨胀、收缩材料的变温度应力计算设杆件上边缘温度升高t10，下边缘升高t20，且t10<t20，并沿杆件截面厚度为线性。

杆件的轴线温度：t0=(h1t2+h2t1)/h杆件上、下边缘温度差：t=t2-t1温度变化时，引起轴向应变和曲率，不引起剪切变形

=t0=d/ds=[(t2-t1

)ds/h]/ds=t/h截面上引起的弯矩M=EI=EIt/hdst1dshh1h2ddst2ds2021/7/2223温度应力计算设杆件上边缘温度升高t10，下边缘升高t20常用超静定结构温度内力（1）两端固定梁

t10t20(t10t20)M=EIt/h(温度低一侧受拉)（2）一端固定一端简支梁

t10t20(t10t20)M=3EIt/2h

(温度低一侧受拉)2021/7/2224常用超静定结构温度内力2021/7/224（3）圆形水池壁内力计算壁面温差（t）-池内水温与池外土温之差中面温差（t0）-水池施工期间混凝土浇筑毕时的温度与使用期间的季节最高或最低温度之差壁面温差（t）圆形水池壁内力计算两端固定圆形水池壁在壁面温差（t）作用下产生纯弯温度应力

环向弯矩M=径向弯矩Mx=D(1+)t/h

D—池壁弯曲抗弯刚度，

D=Ech3/12(1-

2)hR

壁面温差t2021/7/2225（3）圆形水池壁内力计算hR壁面温差t2021/7/22中面温差（t0）作用下圆形水池壁内力计算(思考？)hpTpT虚拟荷载

pT=Ech

t0/RhpTpT

t0<0

t0>02021/7/2226中面温差（t0）作用下圆形水池壁内力计算(思考？)hp二、变形作用

变形—指外界因素的影响使结构被迫发生变形地基变形

→结构支座位移混凝土徐变、收缩受内部或外部约束→结构内力重分布地层对地下结构产生反作用力→地层弹性抗力制造误差等变形作用效应

静定结构：支座移动、材料收缩、制造误差等使结构发生的变形不引起内力、但引起变形和位移

超静定结构：支座移动、材料收缩、制造误差等使结构发生的变形引起内力、变形和位移2021/7/2227二、变形作用变形—指外界因素的影响使结构被迫发生变形2变形作用计算—按力学基本原理求解

Ml=6EI/l2Mr=2EI/lMr=6EI/l2Ml=4EI/lMl=3EI/l2Ml=3EI/l2021/7/2228变形作用计算—按力学基本原理求解Ml=6EI/l三、爆炸作用

爆炸概念足够快、足够强的能量释放所产生的人们能够听见的空气冲击压力(包括：核爆炸、普通炸药爆炸、油罐、煤气等的爆炸)（非核）爆炸的特点空气冲击波的作用时间很短、传播过程中强度迅速减小爆炸冲击波对地下结构物的作用—自学

2021/7/2229三、爆炸作用爆炸概念2021/7/229爆炸荷载的计算（爆炸冲击波对地面结构物的作用）爆心高压波顶盖前墙

背墙爆炸发生时反应区内瞬时形成极高的压力与周围未扰动的空气处于极端的不平衡状态高压波从爆心向外运动，强烈挤压邻近空气并不断向外扩展的压缩空气层冲击地面建筑物（前墙承受压力；背墙、顶盖和侧墙承受吸力）2021/7/2230爆炸荷载的计算（爆炸冲击波对地面结构物的作用）爆心高压波爆炸冲击波对结构产生的荷载冲击波超压：由气体压缩而产生的压力最大的反射超压

Pf=kfP入射波波阵面最大超压

反射系数，取值68冲击波动压：空气质点本身的运动产生的压力（q(t)）前墙压力从Pf

（最大的反射超压）↓表面阻力系数→衰减P(t)+cd

q(t)入射波波阵面上最大超压↑↑冲击波产生的动压整个前墙面上单位面积平均压力

P1(t)=P(t)+cd

q(t)侧墙、顶盖、背墙在冲击波作用下单位面积平均吸力Pi(t)=P(t)-cd

q(t)2021/7/2231爆炸冲击波对结构产生的荷载2021/7/2211四、浮力作用地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点浮力的计算取决于土的物理特性考虑地基的透水性产生浮力的必要条件：地下水能否通过土的空隙、连通或溶入到结构基地不论土的物理特性如何，对各种土都可考虑完全的浮力作用→浮力计算存在争议浮力的计算-采用第一种观点浮力=物体排开水的体积结构物基底单位面积上的水浮力：

Pbuo=whwred

结构物底基总浮力：P=PbuoF底面red—浮力折减系数，非岩石地基red=1.0岩石地基red=0.350.952021/7/2232四、浮力作用地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点20五、制动力1、汽车制动力汽车制动力汽车刹车时在车轮与路面之间产生的滑动摩擦力汽车制动力计算

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165KN；公路-II级汽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值为一个车道制动力标准值的2倍；同向行驶三车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2.34倍；同向行驶四车道的汽车荷载制动力标准值为一个车道制动力标准值的2.68倍2021/7/2233五、制动力1、汽车制动力2021/7/2213汽车制动力的作用位置

一般制动力的着力点在桥面以上1.2m处计算墩台时不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至支座中心或支座底座面上计算刚构桥、拱桥时不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至桥面上2021/7/2234汽车制动力的作用位置2021/7/22142、吊车制动力WG+QPmax

Pmin横向水平制动力横向水平制动力L2021/7/22352、吊车制动力WG+QPmaxPmin横向水平制动力横向吊车竖向荷载（标准值）当吊车起重量达额定起重量（Q），且小车行使到大车桥一端的极限位置时，吊车轮子作用于该边柱吊车梁轨道上的压力达最大—最大轮压Pmax

；此时另一端轨道上的轮压达最小—最小轮压Pmin。（图）

2(Pmax+Pmin

)=(G+Q)+W吊车横向水平制动力--小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力

（图）小车总制动力

T0=N(G+Q)/2每个轮子