第三章-橋梁上的作用

1、第三章第三章 橋梁上的作用橋梁上的作用3.1 作用的定義及分類作用的定義及分類1.定義： 是引起橋涵結(jié)構(gòu)反應(yīng)的各種原因的統(tǒng)稱，它可以歸納為性質(zhì)不同的兩大類。一類是直接施加于結(jié)構(gòu)的外力，例如車輛、結(jié)構(gòu)自重等；另一類是以間接的形式作用于結(jié)構(gòu)上的，例如地震、墩臺變位、混凝土收縮徐變等。注意：u直接施加于結(jié)構(gòu)上的外力相當(dāng)于原規(guī)范中的荷載；u間接形式的外力產(chǎn)生的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的特征、結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境有關(guān)。2.分類： 施加在橋涵上的各種作用按隨時間的變化情況可以歸納為永久作用、可變作用和偶然作用三類。作用分類作用分類編號編號作用種類作用種類作用名稱作用名稱1 1永久作用永久作用結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）結(jié)

2、構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）2 2預(yù)加應(yīng)力預(yù)加應(yīng)力3 3土的重力土的重力4 4土側(cè)壓力土側(cè)壓力5 5混凝土收縮及徐變作用混凝土收縮及徐變作用6 6水的浮力水的浮力7 7基礎(chǔ)變位作用基礎(chǔ)變位作用8 8可變作用可變作用汽車荷載汽車荷載9 9汽車沖擊力汽車沖擊力1010汽車離心力汽車離心力1111汽車引起的土側(cè)壓力汽車引起的土側(cè)壓力1212人群荷載人群荷載1313汽車制動力汽車制動力1414風(fēng)荷載風(fēng)荷載1515流水壓力流水壓力1616冰壓力冰壓力1717溫度（均勻溫度和梯度溫度溫度（均勻溫度和梯度溫度) )作用作用1818支座摩阻力支座摩阻力1919偶然作用偶然作用地震作用地震作用2020船只或漂流物

3、撞擊作用船只或漂流物撞擊作用2121汽車撞擊作用汽車撞擊作用3.2 永久作用永久作用1.永久作用： 在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時間變化，或其變化值與平均值比較可以忽略不計的作用。2.注意：u結(jié)構(gòu)物自身重力及橋面鋪裝、附屬設(shè)施等外加重力均屬于結(jié)構(gòu)重力，可按照結(jié)構(gòu)物實際體積或設(shè)計擬定的體積乘以重力密度計算；u因結(jié)構(gòu)自重占全部設(shè)計荷載的大部分，故采用輕質(zhì)高強材料對減輕橋梁自重、增大跨越能力具有重要意義。u預(yù)加應(yīng)力在結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計和使用階段構(gòu)件應(yīng)力計算時，應(yīng)作為永久作用來計算其主、次效應(yīng)，并計入相應(yīng)階段的應(yīng)力損失；在結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，預(yù)加應(yīng)力不作為荷載，而將預(yù)應(yīng)力鋼筋作為結(jié)構(gòu)抗力的

4、一部分。3.3 可變作用可變作用u可變作用： 在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值比較不可忽略不計的作用。1.汽車荷載u汽車荷載分為公路級和公路級；u汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成；車道荷載計算圖式u公路級和公路級汽車荷載采用相同的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值，其立面、平面尺寸布置如圖：u車輛荷載的橫向布置如下圖所示：u行車道寬度與設(shè)計車道數(shù)的關(guān)系：u車道荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算，車輛荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的局部計算，如橋面板、涵洞、橋臺和擋土墻壓力等；u車輛荷載和車道荷載的作用效應(yīng)不得疊加；u當(dāng)橋涵設(shè)計車道數(shù)大于2時，汽車荷載應(yīng)考慮多車道折減，但折減后的效應(yīng)不得小于兩設(shè)計車道的荷載效應(yīng)，折減

5、系數(shù)如下：u大跨徑橋梁上的汽車荷載應(yīng)考慮縱向折減；u當(dāng)橋梁計算跨徑大于150m時，應(yīng)按規(guī)定的縱向折減系數(shù)進(jìn)行折減；當(dāng)為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時，整個結(jié)構(gòu)應(yīng)按最大的計算跨徑考慮汽車荷載效應(yīng)的縱向折減。2.汽車沖擊力u由于橋面不平整、發(fā)動機震動原因會引起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，從而造成內(nèi)力增大，這種動力效應(yīng)稱為沖擊作用；0.31.51414fHzHzfHzfHz當(dāng)時 =0.051.5 =0.1767lnf-0.0157當(dāng)時 =0.45u鋼橋、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋、圬工拱橋等上部結(jié)構(gòu)和鋼支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及鋼筋混凝土柱式墩臺，應(yīng)計入汽車的沖擊作用；u填料厚度等于或大于0.5m的拱橋、涵洞以及重力式

6、墩臺不計沖擊力；u當(dāng)汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上時，u以結(jié)構(gòu)基頻為指標(biāo)計算沖擊系數(shù)，它能直接體現(xiàn)沖擊效應(yīng)和橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。u簡支梁橋的結(jié)構(gòu)基頻計算公式如下：22ccEIflmcGmgcI 結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣性矩；cm 結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度質(zhì)量；G 結(jié)構(gòu)跨中處延米結(jié)構(gòu)重力。u連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)基頻計算公式如下：122213.616223.6512ccccEIflmEIflmu計算連續(xù)梁的沖擊力引起的正彎矩效應(yīng)和剪力效應(yīng)時，采用 ；u計算連續(xù)梁的沖擊力引起的負(fù)彎矩效應(yīng)時，采用 ；注意：1f2f3.汽車制動力u汽車制動力是指車輛在減速或制動時，為克服車輛的慣性力而在路面與車輛之間產(chǎn)生的

7、滑動摩擦力，其作用于橋跨結(jié)構(gòu)上的方向與行車方向一致。u一個設(shè)計車道上的汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值，為布置在加載長度上計算的總重力的10%，但公路級汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN；公路級不得小于90kN。u制動力要考慮橫向折減，同向行駛雙車道的汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值為一個設(shè)計車道制動力標(biāo)注值的2倍；同向行駛?cè)嚨罏橐粋€設(shè)計車道的2.34倍；同向行駛四車道為一個設(shè)計車道的2.68倍。u制動力的作用點在橋面以上1.2m處，在計算墩臺時，可移至支座鉸中心或支座底座面上；計算剛構(gòu)橋、拱橋時可移至橋面上，但不計因此而產(chǎn)生的豎向力和力矩。u設(shè)有板式橡膠支座的簡支梁、連續(xù)橋面簡支梁或連續(xù)梁排架式柔性墩臺，應(yīng)根據(jù)支座與墩臺

8、的抗推剛度集成情況分配和傳遞制動力。u設(shè)有板式橡膠支座的簡支梁剛性墩臺，按單跨兩端的板式橡膠支座的抗推剛度分配制動力。4.汽車離心力u汽車離心力是指車輛在彎道行駛時所伴隨產(chǎn)生的慣性力。u離心力以水平力的形式作用于結(jié)構(gòu)上，是彎橋橫向受力與抗扭設(shè)計計算所要考慮的主要因素；u離心力標(biāo)準(zhǔn)值為汽車荷載（不計沖擊力）標(biāo)準(zhǔn)值乘以離心力系數(shù)得到，離心力系數(shù)與車速成正比，與與彎道半徑成反比；u離心力的著力點在橋面以上1.2m，為計算簡便也可移至橋面上，不計由此引起的豎向力和力矩。5.汽車引起的土側(cè)壓力u汽車引起的土側(cè)壓力采用車輛荷載加載，具體計算參見通用規(guī)范4.3.4款6.人群荷載u對跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu)，以最大

9、計算跨徑為準(zhǔn)；u城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取上述規(guī)定值的1.15倍；u專用人行橋梁，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5kN/m25050150150mrrlmqmlmfq 22當(dāng)時 =3.0kN m 線性內(nèi)插當(dāng)時 =2.5kN mu人群荷載在橫向應(yīng)布置在人行道的凈寬度內(nèi)，在縱向施加于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的區(qū)段內(nèi)；u溫度作用包括：均勻溫度、梯度溫度； u均勻溫度為常年氣溫變化，該溫度能導(dǎo)致橋梁縱向長度的變化；u梯度溫度主要因太陽輻射而來，它使得結(jié)構(gòu)沿高度方向形成非線性的溫度變化，導(dǎo)致構(gòu)件截面產(chǎn)生自應(yīng)力；u當(dāng)上述兩種變化受到約束時就會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)次內(nèi)力；7.溫度作用豎向梯度溫度（單位:mm

10、)u計算橋梁結(jié)構(gòu)由于梯度溫度引起的效應(yīng)時，采用右圖曲線：u對混凝土結(jié)構(gòu)：400100()400300()HmmAHmmHmmAmm當(dāng)時 當(dāng)時 u對帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構(gòu)：300()Amm u 為混凝土橋面板的厚度（mm)。tu對于鋼橋面板的鋼結(jié)構(gòu)，可以不考慮其梯度溫度效應(yīng)；u豎向梯度溫度曲線圖上對應(yīng)的溫度基數(shù)如下表所示：u混凝土上部結(jié)構(gòu)和帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構(gòu)的豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。u支座摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：8.支座摩阻力FWW 作用于活動支座上由上部結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)；支座摩擦系數(shù)，無實測數(shù)據(jù)時可以參考下表采用；3.5 作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)組合1.公路橋涵結(jié)構(gòu)采用可靠度理論為

11、基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計法設(shè)計；u極限狀態(tài)區(qū)分承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)；承載能力極限狀態(tài)設(shè)計體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全性，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計體現(xiàn)結(jié)構(gòu)適用性和耐久性；u根據(jù)橋涵在施工和使用過程中面臨的不同情況，橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計分為持久狀況、短暫狀況和偶然狀況；u持久狀況必須進(jìn)行承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)設(shè)計；短暫狀況一般只做承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，必要時才做正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；偶然狀況要求做承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，不考慮正常使用極限裝態(tài)設(shè)計。2.為調(diào)整結(jié)構(gòu)物內(nèi)在的可靠度水準(zhǔn)，新規(guī)范引入了公路橋涵設(shè)計的安全等級及重要性系數(shù)；u橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計分為三個安全等級，設(shè)計時不同橋涵應(yīng)根據(jù)所具有的功能、作用及其重要

12、性以重要性系數(shù)去體現(xiàn)；u以橋涵結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度不同，采用不同的重要性系數(shù)；u結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)(Coefficient for importance of a structure)：對不同安全等級的結(jié)構(gòu)，為使其具有規(guī)定的可靠度而采用的作用效應(yīng)附加的分項系數(shù)；u對應(yīng)于設(shè)計安全等級一級、二級和三級分別取為1.1、1.0和0.9；u橋涵的抗震設(shè)計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)。3.在作用效應(yīng)組合時應(yīng)注意，各種作用并非同時作用于橋涵上，故應(yīng)根據(jù)作用重要性的不同和同時作用的可能性進(jìn)行適當(dāng)組合；4.設(shè)計不同極限狀態(tài)的作用效應(yīng)組合中，各類作用效應(yīng)應(yīng)采用不同的作用代表值；u作用代表值（Representa

13、tive value of an action):結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，針對不同設(shè)計目的所采用的各種作用規(guī)定值，它包括作用標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值和頻遇值；u永久作用、偶然作用均采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值；u可變作用應(yīng)根據(jù)不同的極限狀態(tài)分別采用：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計及按彈性階段計算結(jié)構(gòu)強度時應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值作為可變作用的代表值；正常使用極限狀態(tài)按短期效應(yīng)（頻遇）組合設(shè)計時，應(yīng)采用頻遇值作為可變作用的代表值；按長期效應(yīng)（準(zhǔn)永久）組合設(shè)計時，應(yīng)采用準(zhǔn)永久值作為可變作用的代表值；u作用的設(shè)計值規(guī)定為作用的標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的作用分項系數(shù)。5.承載能力極限狀態(tài)基本組合：001112mnudGiGikQQ kcQjQjkijSSSS00112mnudGidQ dcQjdijSSSS6.正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合：111mnsdGikjQjkijSSSsdS作用短