第三部分(桥梁设计的作用)课件.ppt

1、河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用 作用作用 施加于结构上的一组集中力或分布力，或引起结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，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。后者称间接作用。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用偶然作用偶然作用可变作用可变作用永久作用永久作用在结构使用期间，量值不随时间而变化，或变化值与平均值比较可忽略不计的作用。结构使用期间出现的概率

2、很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。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。分类分类河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院编 号作 用 分 类作 用 名 称1永久作用 结构重力（包括结构附加重力）2 预加应力3 土的重力4 土侧压力5 混凝土收缩及徐变作用6 水的浮力7 基础变位作用8可变作用 汽车荷载9 汽车冲击力10 汽车离心力11 汽车引起的土侧压力12 人群荷载13 汽车制动力14 风荷载15 流水压力16 冰 压 力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18 支座摩阻力19偶然作用 地 震 作 用20 船只或漂流物撞击作用21汽

3、车撞击作用分分类类河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用永久作用永久作用包括：结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土包括：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、水的浮力和基础变位作用等七种。收缩及徐变作用、水的浮力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。以材料的容重计算。河北建筑工程学院

4、土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用永久作用永久作用预加应力预加应力在结构在结构正常使用极限状态正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计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；在结构的预应力损失；在结构承载能力极限状态承载能力极限状态设计时，预加应力不设计时，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。但在连续梁等梁等超静定结构超静定结构中，仍需考虑预加力引起的中，仍

5、需考虑预加力引起的次效应次效应。对于对于超静定的混凝土结构、钢混凝土组超静定的混凝土结构、钢混凝土组合结构合结构等均应考虑混凝土的等均应考虑混凝土的收缩和徐变收缩和徐变作作用的影响，预应力构件还涉及其用的影响，预应力构件还涉及其预应力损预应力损失失问题。问题。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用可变作用可变作用1.汽车荷载汽车荷载 a、汽车荷载分为公路汽车荷载分为公路级和公路级和公路级级公路等级公路等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三级公路三级公路四级公路四级公路汽车荷载等级汽车荷载等级公路公路II级级

6、公路公路II级级公路公路II级级公路公路级级公路公路级级 b、汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用车车道道荷载荷载 kk均布荷载标准值均布荷载标准值 q qk k=10.5kN/m=10.5kN/m集中荷载标准值集中荷载标准值 180kN180kN360kN360kN注：注：1.计算剪力效应时，集中荷载计算剪力效应时，集中荷载标准值标准值PK应乘以应乘以1.2的系数。的系数。2.公路公路-级车道荷载的标准值级车道荷载的标准值qk 和和PK按公路按公路-级车道

7、荷载的级车道荷载的0.75倍采用。倍采用。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用车辆车辆荷载荷载 项目项目技术指标技术指标车辆重力标准值车辆重力标准值550前轴重力标准值前轴重力标准值30中轴重力标准值中轴重力标准值2120后轴重力标准值后轴重力标准值2140轴距轴距3+1.4+7+1.4轮距轮距1.8前轮着地宽度及长度前轮着地宽度及长度0.30.2中、后轮着地中、后轮着地宽度及长度宽度及长度0.60.2车辆外形尺寸车辆外形尺寸(长长宽宽)152.5河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节

8、第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用横向布置横向布置 桥面净宽桥面净宽W(m)设计车道数设计车道数n横向折减系数横向折减系数单向行车单向行车双向行车双向行车W7.017.0W10.56.0W14.02110.5W14.030.7814.0W17.514.0W21.040.6717.5W21.050.6021.0W24.521.0W28.060.5524.5W28.070.5228.0W31.528.0W35.080.50河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用大跨桥梁纵向折减大跨桥梁纵向折减 当桥梁计算跨径大于当桥梁计算跨径

9、大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。计算跨径计算跨径l（m）150l400400l600600l800800l1000l1000纵向折减系数纵向折减系数0.970.960.950.940.93河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用可变作用可变作用2.汽车荷载的影响力汽车荷载的影响力a.汽车荷载冲击力汽车荷载冲击力1.原因：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梁结构振动振动，从而造成，从而造成内力增大内力增

10、大，这种动力效应称为，这种动力效应称为冲击作用冲击作用。2.冲击系数冲击系数：汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数增大系数。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用a.汽车荷载冲击力汽车荷载冲击力 3.计算方法：计算方法：当当 f1.5Hz时，时，0.05 当当1.5Hzf14Hz时，时，0.1767lnf 0.0157 当当f14Hz时，时，0.45 当汽车荷载的局部加载及在当汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上时，梁、箱梁悬臂板上时，0.3。河北建筑工程学院土木工程

11、学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用b.离心力离心力 位于曲线上的桥梁，当弯道桥的曲线半径等于或小于位于曲线上的桥梁，当弯道桥的曲线半径等于或小于250m时，时，应计算汽车荷载引起的离心力，汽车荷载的离心力标准值为车辆应计算汽车荷载引起的离心力，汽车荷载的离心力标准值为车辆荷载标准值乘以离心力系数荷载标准值乘以离心力系数C计算。计算公式为：计算。计算公式为：2127CR 计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，车辆荷载应按规定进计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，车辆荷载应按规定进行折减，离心力的着力点在桥面以上行折减，离心力的着力点在桥面以上1.2m

12、处。处。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用c.车辆车辆荷荷载载引起的土引起的土侧压侧压力力 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。后填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力。d.汽汽车车制制动动力力 原因：原因：车辆减速或制动时为克服车辆的车辆减速或制动时为克服车辆的惯性力惯性力而在路面与车辆之间发而在路面与车辆之间发生的生的滑动摩擦力滑动摩擦力。作用于桥跨结构的方向与行车方向一致。作用于桥跨结构的

13、方向与行车方向一致。桥规桥规规定：规定：一个设计车道时，按布置在加载长度上汽车重力的一个设计车道时，按布置在加载长度上汽车重力的10%10%计算，但公计算，但公路路II级汽车荷载制动力标准值不得小于级汽车荷载制动力标准值不得小于165kN165kN；公路；公路IIII级不得小级不得小于于90kN90kN。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用多车道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力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍两倍

14、；同向行驶三车；同向行驶三车道为一个设计车道的道为一个设计车道的2.342.34倍倍；同向行驶四车道为一个设计车道；同向行驶四车道为一个设计车道的的2.682.68倍倍。制动力的作用点在设计车道桥面以上制动力的作用点在设计车道桥面以上1.2m1.2m处处，在计算墩台时，在计算墩台时，可移至可移至支座中心支座中心（铰或滚轴中心），或滑动支座、橡胶支座、（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，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。但不计因此而产生的竖向力和力矩。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑

15、工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用可变作用可变作用3.人群荷人群荷载载1.取值：取值：城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准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取上述规定值的1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为为3.5kN/m2。lmpkN/m 人501503.02.52河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用3.人群荷人群荷载载2.加载方式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在横向应布置在

16、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最不利荷载效应的区段内。的区段内。人行道板可以一块板为单元，按标准值人行道板可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均布荷载计的均布荷载计算。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作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用4.其他可其他可变变作用作用 (1)风荷载风荷载 (2)流水压力和流冰压力流水压

17、力和流冰压力 (3)温度作用温度作用 (4)支座摩阻力支座摩阻力河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用偶然作用偶然作用1.地震作用地震作用 定义：指地震时强烈的地面运定义：指地震时强烈的地面运动引起的结构惯性力，它是随动引起的结构惯性力，它是随机变化的机变化的动力荷载动力荷载，其值的大，其值的大小决定于地震强烈程度和结构小决定于地震强烈程度和结构的动力特性（的动力特性（频率频率与与阻尼阻尼等）等）以及结构或杆件的以及结构或杆件的质量质量。抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的统计值抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的

18、统计值即地震动峰值加速度确定。即地震动峰值加速度确定。地震动峰值地震动峰值加速度系数加速度系数0.05g0.05g0.05g0.05g0.10 g0.10 g0.15g0.15g0.20g0.20g0.30g0.30g0.40g0.40g设计要求设计要求简易设防简易设防抗震设计抗震设计专门的抗震研究和设计专门的抗震研究和设计河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用偶然作用偶然作用2.船舶或漂流物的撞船舶或漂流物的撞击击作用作用 船只或漂流物撞击力在有船只或漂流物撞击力在有可能的条件下，应采用实测资可能的条件下，应采用实测资料

19、或模拟撞击试验进行计算，料或模拟撞击试验进行计算，并籍此进行防撞设施的设计。并籍此进行防撞设施的设计。内河航内河航道等级道等级船舶吨级船舶吨级DWTDWT（t t）横桥向撞击作横桥向撞击作用（用（kNkN）顺桥向撞击作用顺桥向撞击作用（kNkN）一一300030001400140011001100二二2000200011001100900900三三10001000800800650650四四500500550550450450五五300300400400350350六六100100250250200200七七5050150150125125河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学

20、院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用偶然作用偶然作用3.汽汽车车撞撞击击作用作用 撞击力标准值在行驶方向取撞击力标准值在行驶方向取1000kN，与，与之垂直方向取为之垂直方向取为500kN，两个方向不同时，两个方向不同时考虑；作用于行车道上考虑；作用于行车道上1.2m处，直接分布处，直接分布于撞击涉及的构件上。于撞击涉及的构件上。对于设有防撞设施的结构构件，可视设对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞能力予以施的防撞能力予以折减折减，但折减后不应低，但折减后不应低于上述的于上述的1/6。为防止或减少因撞击产生的破坏，对易为防止或减少因撞击产生的破坏，对易受到汽车撞击的构

21、件的相关部位应采取相受到汽车撞击的构件的相关部位应采取相应的应的构造措施构造措施，并增设，并增设钢筋钢筋或或钢筋网钢筋网。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用作用的组合作用的组合组合原则：组合原则：结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合；结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合；当可变作用的出现对结构或结构杆件产生有利影响时，该作用不应当可变作用的出现对结构或结构杆件产生有利影响时，该作用不应参与组合；参与组合；多个偶然作用不同时参与组合。多个偶然作用不同时参与组合。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院

22、土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用作用的组合作用的组合公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。两种设计极限状态：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。承载能力极限状态和正常使用极限状态。持久状态持久状态：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长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。用极限状态设计。短暂状态短暂状态：桥涵施工过程中承受临时性作用的

23、状况。该状况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。极限状态设计。偶然状态偶然状态：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况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。下的桥涵仅作承载能力极限状态设计。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用作用的组合作用的组合 承载能力极限状态设计是以承载能力极限状态设计是以塑性理论塑性理论为基础，其为基础，其设计原则设计原则即：荷即：荷

24、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。构抗力的设计值。基本组合基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应组合：0ud0GiGikQ1Q1KQjQjk12mncijSSSS0ud0GidQ1dcQjd12mnijSSSS河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用作用的组合作用的组合偶然组合：偶然组合：永久作用的标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然永久作用的标准值效应与可变

25、作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应组合。偶然作用的效应分项系数取作用标准值效应组合。偶然作用的效应分项系数取1.01.0；与偶然作用；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行。地震作用标准值及其表达式按现行公路工程抗震设计规范公路工程抗震设计规范规定规定采用。采用。河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用作用的组合作用的组合 在公路桥梁结构中，对于需要进行正常使用极限状态设计的在公路桥梁结构中，对

26、于需要进行正常使用极限状态设计的结构，需要考虑可变作用的短期效应组合和长期效应组合，其可结构，需要考虑可变作用的短期效应组合和长期效应组合，其可变作用代表值采用频遇值和准永久值。众所周知，正常使用极限变作用代表值采用频遇值和准永久值。众所周知，正常使用极限状态设计仅涉及结构构件的抗裂，裂缝宽度和挠度，其结构可靠状态设计仅涉及结构构件的抗裂，裂缝宽度和挠度，其结构可靠度要比承载能力极限状态低得多。度要比承载能力极限状态低得多。可变作用的频遇值是指结构上较频繁出现的且量值较大的作可变作用的频遇值是指结构上较频繁出现的且量值较大的作用取值，但它比可变作用的标准值小，实际上由标准值乘以小于用取值，但它

27、比可变作用的标准值小，实际上由标准值乘以小于1.01.0的频遇值系数的频遇值系数1 1得到。得到。可变作用的准永久值是指在结构上经常出现的作用取值，但可变作用的准永久值是指在结构上经常出现的作用取值，但它比可变作用的频遇值又要小一些，实际上是由标准值乘以小于它比可变作用的频遇值又要小一些，实际上是由标准值乘以小于1 1的准永久值系数的准永久值系数2 2的得到。的得到。通用规范通用规范JTG D62JTG D62规定，公路桥涵结构按正常使用极限状规定，公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合；态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合；河北建筑工程学院土木工程学院河北建筑工程学院土木工程学院 总论总论 第三节第三节 桥梁设计的作用桥梁设计的作用作用的组合作用的组合 1 1.作用短期效应组合作用短期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：组合，其效应组合表达式为：2.2.作用长期效应组合作用长期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：相组合，其效应组合表达式为：sdGik1jQjk11mnijSSSdGik2jQjk11mnlijSSS