荷载与结构设计方法课件第五章其它作用

1、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,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,l,l= t l, 温度应力计算,设杆件上边缘温度升高t10，下边缘升高t20，且t10t20 ，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,=

2、 t 0,=d/ds= (t2-t1 )ds/h/ds= t /h, 截面上引起的弯矩,M=EI =EI t /h,ds,t1ds,h,h1,h2,d,ds,t2ds,常用超静定结构温度内力 （1）两端固定梁 t10 t20 (t10 t20) M=EIt/h(温度低一侧受拉) （2）一端固定一端简支梁 t10 t20 (t10 t20) M=3EIt/2h (温度低一侧受拉),（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（

3、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),h,R,壁面温差t, 中面温差（t0）作用下圆形水池壁内力计算(思考？),h,pT,pT,虚拟荷载 pT=Ec h t0 /R,h,pT,pT,t00,t00,二、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

4、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, 变形作用计算按力学基本原理求解,Ml=6EI /l 2,Mr=2EI /l,Mr=6EI /l 2,Ml=4EI /l,Ml=3EI /l 2,Ml=3EI /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, 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

5、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）, 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 = kf P 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

6、平均吸力 Pi(t) = P(t) - cd q(t),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= Pbuo F底面 red浮力折减系数，非岩石地基 red =1.0 岩石地基 red =0.350.95,五、制动力,1、汽车制动力 汽车制动力 汽车刹车时在车轮与

7、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JTG D60-2004 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, 汽车制动力的作用位置 一般

8、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,2、吊车制动力,W,G+Q,Pmax,Pmin,横向水平制动力,横向水平制动力,L, 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

9、（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 =0.20,六、离心力, 离心力-弯道桥（曲率半径250m时考虑）,m,F离,H= F离=-F惯=-ma=-m 2R=-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/s km/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,七、预加力（预应力）, 预应力的概念,压,拉,f q,拉,压,f p,Np,Np,拉,0,压,Np,Np,f= f q - f p, 预加力施加方