桥梁设计荷载-文档资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一篇 总论,Introduction,1 概论,2 桥梁的基本组成和分类,3 桥梁总体规划和设计要点,4 桥梁的设计荷载,4-1规范中有关设计荷载的规定,4-1 规范中有关设计荷载的规定,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：,1）永久作用,Permanent action,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。,2）可变作用,Variable action,在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。,3）偶然作用,Accidental action,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。,规范中有关设计荷载的规定,作 用 分 类,永久作用,一、永久作用（恒载）,包括：,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七种。,结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力,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,体积乘以材料的容重,计算。,永久作用,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，预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。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。,对于,超静定的混凝土结构、钢混凝土组合结构,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力损失问题。,可变作用,二、可变作用（活载）,（一）汽车荷载,汽车荷载分为,公路-,I,级,和,公路-,级,。,汽车荷载由,车辆荷载,和,车道荷载,组成。,汽车荷载,1.车道荷载,（整体计算）,车道,荷载,均布荷载标准值,q,k,=10.5kN/m,集中荷载标准值,注：,1.计算,剪力效应,时，集中荷载标准值P,K,应乘以,1.2,的系数。,2.,均布荷载标准值,应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；,3.,集中荷载标准值,只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。,3,.,公路-,级车道荷载的标准值q,k,和P,K,按公路-级车道荷载的,0.75,倍采用。,汽车荷载,2.车辆荷载,（局部计算）,车辆荷载主要技术指标,3.0,汽车荷载,3.车辆横向布置,汽车荷载,4.折减系数,注：,当横向布置车队数大于2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。,注：,当桥梁计算跨径大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。,汽车冲击力,（二）汽车冲击力,1.,产生,原因：,汽车高速驶过桥梁桥面不平整、发动机震动等会引起桥梁结构振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击作用。,2.冲击系数：,汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。,3,.,需要计算的规定：,钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和刚制作、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车冲击作用。,汽车冲击力,4,.,计算,：,以结构基频为主要影响因素,计算方法：,当,f,1.5Hz时，,0.05,当1.5Hz,f,14Hz时，,0.1767,lnf,0.0157,当,f,14Hz时，,0.45,当汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上时，,0.3,。,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。,汽车冲击力,结构基频估算公式：,（1）简支梁桥：,汽车冲击力,结构基频估算公式：,（2）连续梁桥：,正弯矩效应和剪力效应,负弯矩效应,汽车荷载离心力,（三）汽车荷载离心力,1.,产生,原因：,当弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，需考虑车辆的离心力作用。,2.,计算：,车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C。离心力系数按下式计算：,离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m,。,汽车荷载引起的土压力,（四）汽车荷载引起的土压力,1.,产生,原因：,车辆荷载作用在桥台台背或路堤挡土墙上，将引起台背填土或挡土墙后填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力,。,2.,计算：,式中：,土的容重，以kN/m,3,计；,B,桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，以m计；,l,0,桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m计；,G,布置在B,l,0,面积内的车辆车轮重力，以kN计。,注：当涉及多车道加载时，车轮总重力应进行,横向,折减。,人群荷载,（五）人群荷载,1.,取值,：,城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。,专用人行桥梁，人群荷载标准值为4kN/m2。,注：,对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。,人群荷载,2,.加载方式,在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。,人行道板可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m,2,的均布荷载计算。,计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取0.75KN/m;作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m。,汽车荷载制动力,（六）汽车荷载制动力和牵引力,制动力：,车辆减速或制动时为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间发生的滑动摩擦力。作用于桥跨结构的方向与行车方向一致。,牵引力：是车辆起动或加速时车辆与路面,（或钢轨间作用的摩阻力,。与行车方向相反。,2.,规范规定：,一个设计车道时，按布置在,加载长度上汽车重力的10%,计算,；,但公路,-,I级汽车荷载制动力标准值不得小于165kN；,公路,-,II级不得小于90kN。,汽车荷载制动力,多车道时要考虑横向折减,，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值的,2,倍,；同向行驶三车道为一个设计车道的,2.34倍,；同向行驶四车道为一个设计车道的,2.68倍,。,制动力的作用点在,设计车道桥面以上1.2m处,；,计算,墩台,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；,计算,刚构桥、拱桥,时，可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和力矩。,风荷载,（七）风荷载,当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻碍时，结构,将,承受风压。,对于大跨径桥梁,，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。,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,流水压力,（八）流水压力,温度作用,（九）温度作用,1.产生原因：,温度变化将使结构产生变形和影响力，它的大小应根据当地的具体情况、结构物所使用的材料和施工条件等因素计算确定。,各种结构的,线膨胀系数,见下表：,温度作用,2.温度作用包括,均匀温度,和,梯度温度,两种影响。,均匀温度,为常年气温变化（超静定结构）,将导致全桥长度变化，当这种变化受到约束时会引起,温度次内力,。,有效温度标准值,（缺乏实地温度调查值时参照采用）,注：表中（）内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。,温度作用,梯度温度,因太阳辐射而来,（静定、超静定结构）,使结构沿高度方向形成非线性的温度变化，导致结构截面产生自内力，当这种变化受到约束时也会产生次内力。,H-100(H400mm),混凝土梁A=,组合结构A=300 mm,支座摩阻力,（十）支座摩阻力,支 座 摩 擦 系 数,式中:,W,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。,偶然作用地震作用,三、偶然作用,（一）地震作用,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,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动峰值加速度确定。,偶然作用船只或漂流物撞击,（二）,船只或漂流物撞击力,船只或漂流物撞击力在有可能的条件下，应采用实测资料或模拟撞击试验进行计算，并籍此进行防撞设施的设计。,内河船舶撞击作用标准值,偶然作用汽车撞击,（三）,汽车撞击作用,撞击力标准值在行驶方向取,1000kN,，与之垂直方向取为,500kN,，两个方向的不同时考虑；作用于行车道上,1.2m,处，直接分布于撞击涉及的构件上。,对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞能力予以,折减,，但折减后不应低于上述的,1/6,。,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相应的,构造措施,，并增设,钢筋,或,钢筋网,。,4-2 荷载组合,4-2 荷载组合,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,设计。,两种设计极限状态：,承载能力极限状态,和,正常使用极限状态,。,三种情况,：,1）,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。,2）,短暂状态：,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态设计。,3）,偶然状态：,在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计。,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,塑性理论,为基础，其,设计原则,即：荷载效应最不利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。,承载能力极限状态,（一）基本组合,式中：,0,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；,S,ud,作用效应的组合设计值；,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数设计值计算。,桥涵结构的重要性系数,0,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,承载能力极限状态,桥涵结构的重要性系数,0,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,承载能力极限状态,承载能力极限状态,承载能力极限状态,承载能力极限状态,承载能力极限状态,（二）偶然组合,正常使用极限状态,二,、,正常使用,极限状态,正常使用极限状态设计是以弹性理论或弹塑性理论为基础，涉及构件的,抗裂,、,挠度,和,裂缝宽度,三个方面的验算:,(a)限制应力,(b)短期作用效应下的变形,(c)各种作用效应组合下的裂缝宽度,正常使用极限状态,的结构可靠度比承载能力极限状态设计低很多。其,可变作用代表值,采用,频遇值,和,准永久值,。,正常使用极限状态,1.,短期效应组合：,为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，即对应于短暂状况的设计要求，例如预应力混凝土构件抗裂验算、裂缝宽度验算、挠度验算等，其组合表达式为：,正常使用极限状态,2.,长期效应组合：,为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，即对应于持久状况的设计要求，例如抗裂验算，其表达式为：,