第三章-桥梁上的作用

1第三章桥梁上的作用第一篇总论2第三章桥梁上的作用第一节永久作用第二节可变作用第三节偶然作用第四节作用效应组合3第三章桥梁上的作用序言1.作用的定义：是引起桥涵结构反应的各种原因的统称。2.作用的确定与选用(种类、型式、大小)须考虑以下因素作用的种类、型式、大小的确定是否得当，既关系到桥梁的安全，也关系到桥梁建设的投资桥梁设计基准使用期内结构总体的正常使用主要承重结构与局部受力构件强度储备的合理性对长、短桥跨的不同影响4第三章桥梁上的作用序言3.特点荷载标准并不是一成不变的作用于桥梁结构上的荷载（及其组合）可能会越来越复杂对结构行为和材料行为的认识在逐步加深5第三章桥梁上的作用序言4.按其作用的性质不同分类直接作用：是直接施加于结构上的外力，例如车辆、结构自重等间接作用：是以间接的形式作用于结构上，例如地震、混凝土收缩徐变等5.按随时间的变化情况分类永久作用可变作用偶然作用6第三章桥梁上的作用序言6.按照对结构的反应分类静态作用动态作用7.《89规范》一直用“荷载”这一术语来概括引起桥涵结构反应的所有原因；永久作用称为恒载，将可变作用中对桥涵结构影响程度较大的几种称为活载。按新规范，荷载仅表示施加于结构上的直接作用。7第一节永久作用1.定义：在结构使用期内，量值不随时间变化或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用。2.主要类型结构自重（桥面铺装及附属设施）土的重力土侧压力预加应力混凝土收缩徐变影响基础变位影响水的浮力等8第一节永久作用3.计算结构自重（桥面铺装及附属设施）：G=V×g土的重力：G=V×g土侧压力：见规范预加应力：两种典型的计算方法混凝土收缩徐变影响：见规范基础变位影响：手算或者电算，考虑多种不同组合水的浮力：见规范9第一节永久作用作用于桥梁上部结构的恒载－结构的重力和附属设备等外加重力；作用在桥梁下部结构的恒载－由支座传递的上部结构的重力、墩台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。结构重力＝结构体积与材料容重（重力密度）的乘积土的重力及土侧压力计算涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与气象、水文和外加荷载等因素有关水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙而传递给建筑物基础底面的（由下而上的）水压力；对位于碎石类土、砂类土、粘砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力。对于预应力混凝土桥梁，在检算结构的使用性能（如混凝土应力）时，预加应力当视为恒载；在检算结构的承载能力（如抗弯强度）时，预加应力不作为恒载，但把预应力钢筋视为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑其次效应。在外部超静定的混凝土桥梁结构中，混凝土收缩、徐变影响力是长期存在并起作用的。基础变位一旦发生，其对结构的影响也是长期的。10第二节可变作用1.定义：是指在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。2.主要类型汽车荷载汽车冲击力汽车离心力汽车引起的土侧压力汽车制动力人群荷载风荷载流水压力冰压力温度（均匀温度和梯度温度）作用支座摩阻力11第二节可变作用1.汽车荷载汽车荷载等级:公路－I级、公路II级汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成，两者的作用不得叠加车道荷载：均布荷载＋集中荷载，用于桥梁结构的整体计算车辆荷载：一辆标准车，用于桥梁结构的局部加载12车道荷载的标准值lmPkNk550180360计算剪力效应时，集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数第二节可变作用13车辆荷载：一辆总重550kN的标准车第二节可变作用14加载方式的实例——一个三跨连续梁中跨跨中最大正弯矩布载方式的确定加载方式：均布荷载满布于同号影响线区域，集中荷载只作用在相应影响线中的一个最大峰值处第二节可变作用41单元末端（中跨跨中）弯矩影响线图-6.00E+00-5.00E+00-4.00E+00-3.00E+00-2.00E+00-1.00E+000.00E+001.00E+002.00E+0001020304050607080X轴影响线竖标15各级公路的汽车荷载等级各级公路桥涵的汽车荷载等级公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路—I级公路—I级公路—Ⅱ级公路—Ⅱ级公路—Ⅱ级注：①二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路—I级汽车荷载。第二节可变作用16桥涵设计车道数第二节可变作用17多车道汽车荷载的横向折减设计车道数（条）横向折减系数21.030.7840.6750.6060.5570.5280.50第二节可变作用18大跨度桥梁上汽车荷载的纵向折减计算跨径L0（m）纵向折减系数150＜L0＜4000.97400≤L0＜6000.96600≤L0＜8000.95800≤L0＜10000.94L0≥10000.93对多跨连续结构，按最大计算跨径进行纵向折减第二节可变作用192.汽车冲击力①冲击作用、冲击系数μ的基本概念汽车以较高速度驶过桥梁时，由于桥面不平整、发动机震动等原因，会引起桥梁结构的振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击作用。在计算中采用静力学的方法来考虑，即引入一个竖向动力效应的增大系数——冲击系数μ，来计及汽车荷载的冲击作用，汽车荷载的冲击力即为汽车荷载标准值乘以冲击系数μ。第二节可变作用202.汽车冲击力②冲击系数μ的计算当f＜1.5Hz时，＝0.05当1.5Hz≤f≤14Hz时，＝0.1767f－0.0157当f＞14Hz时，＝0.45f为结构基频（Hz），按有限元分析或简化公式计算例如：简支梁的计算公式第二节可变作用c12cEIπf=2ml212.汽车冲击力③冲击力可以不予考虑的情况重力式墩台不计冲击力填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞不计冲击力。④当汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上时，μ＝0.3。第二节可变作用223.人群荷载①取值当l0≤50m时，人群荷载标准值为3.0kN/m2；当l0≥150m时，人群荷载标准值为2.5kN/m2；当l0在50m～150m之间时，可由线性内插得到人群荷载标准值。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1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kN/m2。第二节可变作用233.人群荷载布载方式横向布置在人行道净宽内纵向布置：最不利布载位置人行道板应以4kN/m2的荷载进行检算，人群作用于栏杆上的水平推力按0.75kN/m考虑，作用于立柱和扶手的竖向力按1.0kN/m考虑。第二节可变作用244.其他可变作用（1）汽车离心力定义——汽车离心力是车辆在弯道行驶时所伴随产生的惯性力，它以水平力的形式作用于结构上。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。计算离心力的大小等于车辆活载（不计冲击力）乘以离心力系数C，C值按下式计算式中V——设计行车速度（km/h）；R——曲线半径（m）。CVR2127第二节可变作用25汽车离心力注意：计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，应考虑横向折减系数；计算曲线长度大于150m的桥梁的离心力时，应计入纵向折减系数。离心力的着力点在桥面以上1.2m，为计算简便，也可移至桥面上，不计由此引起的竖向力和力矩。第二节可变作用264.其他可变作用（2）汽车引起土侧压力定义：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。计算：换算成等代均布土层厚度h计算：式中γ——土的容重，以kN/m3计；B——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，以m计；l0——桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m计；∑G——布置在B×l0面积内的车辆车轮重力，以kN计。第二节可变作用0GhBl274.其他可变作用（3）汽车制动力定义：汽车制动力是指车辆在减速或制动时，为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间产生的滑动摩擦力。它作用于桥跨结构上的方向与行车方向一致。计算一个设计车道上的汽车制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的10％，但公路—I级汽车制动力标准值不得小于165kN；公路—II级不得小于90kN。多车道时要考虑横向折减。制动力的作用点在设计车道桥面以上1.2m处，在计算墩台时，可移至支座中心第二节可变作用28第二节可变作用4.其他可变作用（4）风荷载定义：当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻碍时，结构就会承受风压。分类及其计算顺风向横风向平均风压：静力计算的方法脉动风压：随机振动理论周期风压：动力计算脉动风压：随机振动理论平均风压：静力计算的方法294.其他可变作用（4）风荷载横桥向风荷载按下式计算Fwh——横桥向风荷载标准值（kN）Wd——设计基准风压（kN/m2）k0——设计风速重现期换算系数k1——风载阻力系数k3——地形、地理条件系数whdwhAWkkkF310第二节可变作用304.其他可变作用（5）流水压力和冰压力位于河流中的桥墩会受到流水压力的作用位于冰凌河流或水库的桥梁墩台，应根据当地冰凌的具体条件及墩台的结构形式，考虑冰荷载的作用。桥墩的迎水面易做成圆弧形或尖端形，以减少流水和流冰压力PKAVg22iktibtRmCF第二节可变作用314.其他可变作用（6）温度作用温度作用指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。温度的作用分类气温变化对静定和超静定结构的影响不同第二节可变作用均匀温差（年温差）的影响梯度温差（日照温差）的影响32有效温度标准值气温分布钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土桥、石桥最高最低最高最低最高最低严寒地区46-4339-3234-23寒冷地区46-2139-1534-10温热地区46-9（-3）39-6（-1）34-3（0）注：①表中（）内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。年温差气温变化的幅度，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定；气温变化值，应自结构合龙时的温度算起。各种材料的线膨胀系数，可按设计规范采用。（6）温度作用第三章第二节可变作用334.其他可变作用（6）温度作用梯度温差（日照温差）的影响正温差梯度温度反温差梯度温度砼结构和带砼桥面板的钢结构的竖向反温差为正温差的-0.5倍第二节可变作用1t只用于钢梁t为混凝土桥面板的厚度A1002梁高H组合结构A=300mm混凝土梁A=300（H≥400mm）H-100（H＜400mm）图1-3-4梯度温度（尺寸单位：mm）344.其他可变作用（7）支座摩阻力支座上的摩阻力是因上部结构由温度等引起的变位而产生的，其作用方向与上部结构的变位方向相反，作用点在支座处。计算公式FW第二节可变作用355原公路桥涵设计可变作用（《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）基本可变荷载（桥梁的使用荷载）：车辆、人群、由车辆间接引起的荷载（1）车辆荷载按照各种车辆统计值确定的轴重及轴距，按出现的几率分为：计算荷载、验算荷载第二节可变作用36①计算荷载：（车列荷载）汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级、汽车超-20级一列车队中可以有多辆车全桥可以有多列车队37②验算荷载：履带-50、挂车-80、挂车-100和挂车-120全桥只允许布置一辆38③车辆荷载的选用及布载规定车辆的选用——按公路的等级车辆的布置——按桥梁宽度确定车道数车辆荷载的折减公路等级高速公路一二三四计算荷载汽车—超20级汽车—超20级汽车-20级汽车-20级汽车-20级汽车-10级验算荷载挂车-120挂车-120挂车-100挂车-100挂车-100履带-5039（2）人群荷载公路桥涵3kN/m2，城市郊区3.5kN/m2①人群荷载只与计算荷载同时考虑②人行道板——以1.2kN集中竖向力作用在一块板上进行验算③计算栏杆——水平推力0.75kN/m，作用在栏杆柱顶，竖向力1kN／m，作用在上部扶手。40（3）其它影响力①汽车冲击力《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）规定冲击系数与桥型及跨径