第三章桥梁的作用及其效应组合

第三章桥梁上的作用本章主要内容：作用的种类和组合如何考虑结构的作用概率极限状态设计法专业术语1）作用action施加在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，亦称荷载，后者称间接作用。专业术语2）永久作用permanentaction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。3）可变作用variableaction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。4）偶然作用accidentalaction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。作用的分类与代表值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风力15流水压力16冰压力17温度作用（均匀温度和梯度温度）18支座摩阻力19波浪力20偶然作用地震作用21船舶或漂流物的撞击作用22汽车撞击作用表1-3-15）作用代表值representativevalueofanaction结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，它包括作用标准值、准永久值和频遇值等。6）作用标准值characteristicvalueofanaction结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。7）设计基准期designreferenceperiod在进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。8）作用频遇值frequentvalueofanaction结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测期限内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。9）作用准永久值quasi-permanentvalueofanaction结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的另一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.95（或略高于0.5）分位值确定。10）作用效应effectofaction结构对所受作用的反应，如弯矩、扭矩、位移等。11）作用效应设计值designvalueofanactioneffect作用标准值效应与作用分项系数的乘积。12)分项系数partialsafetyfactor为保证所设计的结构具有规定的可靠度而在设计表达式中采用的系数。分作用分项系数和抗力分项系数两类。13）作用效应组合combinationofactioneffects结构上根据不同的设计状况采取的几种作用分别产生的效应的叠加。14）结构重要性系数coefficientforimportanceofstructure对不同安全等级的结构，为使其具有规定的可靠度而采用的系数。15）作用效应组合系数coefficientforcombinationofactioneffects在作用效应组合中，由于几个独立可变作用效应最不利值同时出现的概率较小而对作用采用的折减系数。16）作用效应基本组合fundamentalcombinationofactioneffects承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合。17）作用效应偶然组合accidentalcombinationofactioneffects承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应的组合。18）作用短期效应组合combinationforshort-termactioneffects正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合。19）作用长期效应组合combinationforlong-termactioneffects正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应的组合。第一节永久作用在结构使用期间，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。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等作用等七种。第二节可变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。包括汽车荷载，汽车荷载的冲击力、离心力、制动力及其引起的土侧压力，人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温度作用和支座摩阻力等十一种。第二节可变作用一、汽车荷载汽车荷载分为公路—I级和公路—II级。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载用于桥梁结构的整体计算（例如主梁、主拱和主桁架等的计算）；车辆荷载用于局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等计算。1）车道荷载的计算图式示于图1-3-1。图1-3-1车道荷载PkqkPkqk车道荷载由均布荷载标准值和集中荷载标准值组成，按下列不同用途采用：（1）用于计算主梁弯矩的公路—I级车道荷载：均布荷载，集中荷载当桥梁计算跨径时；当计算跨径时，；计算跨径在两者之间时，值按直线内插求得。用于主梁剪力和反力计算时上述应乘以1.2的系数（2）公路—II级车道荷载的和按公路—I级的0.75倍采用10.5/KqkNm5Lm180KPkN50Lm360KPkNkPKqkPkPKqkPPkqk（3）用于计算汽车荷载的离心力和制动力时制动力：取车道荷载标准值在加载长度上计算的总重量的10%,但对于公路－I级不小于165KN,公路－II级不小于90KN.多车道时应按要求折减.离心力：当弯桥曲线半径等于或小于250米时,应计离心力,其标准值等于车辆荷载(不计冲击力)标准值乘以离心力系数C.C=V*V/127R;V—设计速度(KM/H);R--曲线半径(M)每条设计车道上沿纵向均匀布置车道荷载，均布荷载标准值可任意截取，当计算主梁弯矩、剪力和反力效应时，满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值则只作用于相应影响线中一个影响线峰值处。2）车辆荷载以一辆标准车表示，其纵、平面尺寸示于图1-3-2，主要技术指标规定于表1-3-2。车辆荷载在每个设计车道上布置一辆单车。公路—I级和公路—II级采用相同的车辆荷载标准值。1.471.4301201201401402.531.471.415(a)立面布置（b）平面尺寸3图1-3-2车辆荷载的纵、平面尺寸车辆荷载的主要技术指标项目单位技术指标车辆重力标准值550前轴重力标准值30中轴重力标准值2×120后轴重力标准值2×140轴距m3+1.4+7+1.4轮距m1.8前轮着地宽度及长度m0.3×0.2中、后轮着地宽度及长度m0.6×0.2车辆外形尺寸（长×宽）m15×2.5kNkNkNkN表1-3-23）车道荷载的特点（1）车道荷载的形式简明。在内力影响线上加载只要已知影响线面积与最大坐标值就可以，加载手续简单，电算和手算工作量均减少；（2）通过车道荷载中的均布荷载加集中荷载的模式可以解决大、中、小不同跨径的活载设计标准，例如均布荷载的集度在某跨径区段可采用跳跃变化以满足不同跨径的要求；（3）车道荷载中的集中荷载可采用双值，以满足弯矩和剪力计算的不同要求；4）车辆荷载的作用除了以上谈及的用于局部加载等的作用外，车辆荷载用于荷载横向分布的计算。桥梁设计时，每一设计车道上的车道荷载均模拟为一车辆荷载，其横向位置按图1-3-3布置，用以计算车道荷载的横向分布。图1-3-3车辆荷载横向布置0.51.81.31.82.50.62.5汽车荷载计算效应的折减1）桥涵设计车道数应符合表1-3-3的规定。多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数大于2时，由汽车荷载产生的效应应按表1-3-4规定的多车道折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。行车道宽度W（m）桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆双向行驶时W＜7.07.0≤W＜10.510.5≤W＜14.014.0≤W＜17.517.5≤W＜21.021.0≤W＜24.524.5≤W＜28.028.0≤W＜31.57.0≤W＜14.014.0≤W＜21.021.0≤W＜28.028.0≤W＜35.012345678桥涵设计车道数表1-3-3横向布置设计车道数345678横向折减系数0.780.670.600.550.520.50横向折减系数表1-3-42）施加于长跨桥梁上的车道荷载，其计算效应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径L≥150m时应按表1-3-5规定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。横向折减系数计算跨径L（m）纵向折减系数计算跨径L（m）纵向折减系数150≤L＜400400≤L＜600600≤L＜8000.970.960.95800≤L＜1000L≥10000.940.93表1-3-5二、汽车冲击力汽车荷载冲击力应按下列规定计算：1）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钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。2）填料厚度（包括路面厚度）等于大于0.5m的拱涵以及重力式墩台不计冲击力。3）支座的冲击力，按相应的桥梁取用。4）汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。第二节可变作用5）冲击系数可按下式计算：1.50.051.5140.1767ln0.0157140.45fHzHzfHzffHz当＜时，当时，当＞时，式中－结构基频（）。汽车局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。fHz（1）简支梁桥结构的基频可按下列公式计算：式中——结构的计算跨径；——结构材料的弹性模量；——结构跨中截面的截面惯性矩；——结构跨中处的单位长度量；——结构跨中处延米结构重力；——重力加速度。gGmmEIlfccc212lEcIcmGg()m2(/)Nm4()m(/)kgm(/)Nm2(/)ms（2）连续梁桥结构的基频可按下列公式计算：ccccmEIlfmEIlf22212651.232616.13计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时采用。1f2f3）拱桥结构的基频可按下列公式计算：ccmEIlf21124221186733445.16504.5105fff式中为频率系数，可按下列公式计算：a.当主拱为等截面或其他拱桥（如桁架拱、刚架拱等）时：式中——拱桥矢跨比。f1b.当主拱为变截面拱桥时：式中，为系数，按下式确定：其中，为拱厚度变化系数。、的数值由表1-3-6查得。212124345105rrfrrfrfiriiiTnRr(1,2,3,4,5)iniRiTiRiTiiRiT表1-3-6、值123453.734.316.336419551.715.70.15-30-88系数三、人群荷载人群荷载标准值按下列规定采用：1）当桥梁计算跨径L≤50m时，人群荷载标准值为3.0；当桥梁计算跨径L≥150m时，人群荷载标准值为2.5；当桥梁计算跨径在50m和150m之间时，可由线性内插得到人群荷载标准值。对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。城市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3.5。2/KNm第二节可变作用2/KNm2/KNm2）人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使主梁产生最不利荷载效应的区段内。3）人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准值为4.0的均布荷载。4）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。2/KNm四、其它温度作用1）在进行结构承载能力极限状态和正常