橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章

1、 第二章第二章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)：l已知： （1）外部預(yù)計(jì)荷載（如橋梁建成后車輛的通行 量，人流量等）； （2）建設(shè)橋梁擬采用的材料（即材料的各性能 均已知）。l求： （1）確定構(gòu)件承受已知荷載所需的尺寸。 （2）按照所確定的構(gòu)件尺寸對構(gòu)件進(jìn)行配筋。 （3）按照所設(shè)計(jì)尺寸和配筋進(jìn)行安全驗(yàn)算。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)理論的三個(gè)發(fā)展階段的三個(gè)發(fā)展階段l1、容許應(yīng)力計(jì)算法 以彈性理論為基礎(chǔ)的一種計(jì)算方法，不能如實(shí) 的反應(yīng)構(gòu)件截面的應(yīng)力狀態(tài)，不能正確的計(jì)算出結(jié) 構(gòu)的承載能力。l2、破壞階段計(jì)算法 20世紀(jì)30年代所提出，以彈塑性理論

2、為基礎(chǔ)的 一種計(jì)算方法，比容許應(yīng)力計(jì)算法有了很大的進(jìn) 步。l3、極限狀態(tài)計(jì)算法 20世紀(jì)50年代所提出，是破壞階段計(jì)算法的發(fā)展。 一、作用及其分類：按時(shí)間的變異分類：永久作用、可變作用、偶然作用按隨空間位置的變異分類：固定作用、可動作用 按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類：靜態(tài)作用、動態(tài)作用 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力稱為結(jié)構(gòu)抗力R作用直接作用：間接作用：荷載溫度應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降，地震作用 1. 永久作用：永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時(shí)間變化，或其變化在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的作用；與平均值相比可忽略不計(jì)的作用； 2. 可變作用：可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，

3、其量值隨時(shí)間變化，且其變化值在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值相比較不可忽略的作用；與平均值相比較不可忽略的作用； 3. 偶然作用：偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。且持續(xù)時(shí)間很短的作用。1. 作用的標(biāo)準(zhǔn)值作用的標(biāo)準(zhǔn)值: 各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。大值概率分布的某一分位值確定。取值規(guī)定：取值規(guī)定：l 永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺

4、寸與容重確定與容重確定l 可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見規(guī)范可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見規(guī)范二、作用的代表值二、作用的代表值 2. 可變作用頻遇值可變作用頻遇值： 是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。 頻遇值頻遇值標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值頻遇系數(shù)頻遇系數(shù)1 3. 可變作用準(zhǔn)永久值可變作用準(zhǔn)永久值 是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值：是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值： 準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值系數(shù)準(zhǔn)永久值系數(shù) 2注：注： 2 1 準(zhǔn)永久值頻遇值準(zhǔn)永久值頻遇值 4、公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，對不同的作用應(yīng)采用不同的代表值、公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，對不同的作用應(yīng)

5、采用不同的代表值（1） 永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）采用準(zhǔn)永久值（長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）采用準(zhǔn)永久值（長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)：采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值（2） 可變作用：可變作用：l2、作用效應(yīng)與作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)作用效應(yīng)S S 結(jié)構(gòu)由于各種原因，所引起的內(nèi)力和變形稱為作用效應(yīng)。內(nèi)力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；變形：撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫。作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值 作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值與作用分項(xiàng)系數(shù)的乘積。 分項(xiàng)系數(shù)作用分項(xiàng)系數(shù)抗

6、力分項(xiàng)系數(shù)結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)的抗力R R 結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。 結(jié)構(gòu)抗力的影響因素：材料性能的不確定性材料幾何參數(shù)的不確定性計(jì)算模式的不確定性l3、作用效應(yīng)組合 （1）基本組合 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用效應(yīng)設(shè)計(jì) 值和可變作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值組合。 （2）偶然組合 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效 應(yīng),可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值 效應(yīng)組合。 （3）作用短期效應(yīng)組合 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效 應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。 （4）作用長期效應(yīng)組合 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效 應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。 一、結(jié)構(gòu)的可靠性概念：

7、安全性：結(jié)構(gòu)在正常施工和使用時(shí)應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種荷載及外部作用，以及在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后能保持必需的整體穩(wěn)定性。安全性、適用性、耐久性適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)有良好的工作性能。耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下，材料性能雖隨時(shí)間變化，但仍能滿足預(yù)定功能要求。 1、 結(jié)構(gòu)的功能要求2、 結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度結(jié)構(gòu)的可靠性：結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性之總和。結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算，對某些構(gòu)件還需進(jìn)行變形和裂縫寬度的驗(yàn)算。規(guī)范規(guī)定：l在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)，考慮持久狀況下各 項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間數(shù)。3、 設(shè)計(jì)

8、基準(zhǔn)期l橋梁結(jié)構(gòu)取100年的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。l設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 = 橋梁壽命？l設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期長，可靠度高； 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期短，可靠性較低 二、極限狀態(tài)的基本概念：1、 極限狀態(tài)的定義和分類：極限狀態(tài)的分類：承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。的極限狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。界狀態(tài)。 承載能力

9、極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。繼續(xù)承載的變形。承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強(qiáng)度超過材料強(qiáng)度而破壞而破壞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成成機(jī)動體系機(jī)動體系整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體分作為剛體失去平衡失去平衡 （滑動、倒塌）（滑動、倒塌）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪喪失穩(wěn)定失穩(wěn)定（柱的壓曲（柱的壓曲失穩(wěn)）失穩(wěn)）4321 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限

10、值。定限值。影響正常使用或外觀的影響正常使用或外觀的變形變形影響正常使用或耐久性能的影響正常使用或耐久性能的局部損壞局部損壞影響正常使用的影響正常使用的振動振動影響正常使用的其它影響正常使用的其它特定狀態(tài)特定狀態(tài)極限狀態(tài)的 表現(xiàn)形式：(承)：剛體失去平衡，材料強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，失穩(wěn)(正)：過大的變形，影響正常使用或耐久性能的局部損壞，過大的振動結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)的抗力R有關(guān)。Z = R S由此可采用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 來描述結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的狀況。因抗力R和S均具有隨機(jī)性，所以只能用功能函數(shù)Z的概率來描述?？煽扛怕视卸啻螅?Z 0，即RS 結(jié)構(gòu)可靠Z = 0

11、，即R=S 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。 即RS 結(jié)構(gòu)失效Z 0，失效概率有多大? 2、 三種設(shè)計(jì)狀況： 我國我國公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的結(jié)規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的構(gòu)設(shè)計(jì)的三種狀況：三種狀況：1、持久狀況：、持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時(shí)間很長橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時(shí)間很長的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段。的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段。進(jìn)行承載能力極限狀進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。2、短暫狀況：、短暫狀況：橋涵施工過程中承受臨時(shí)性（或荷載）的狀況，該狀橋涵施工過程中

12、承受臨時(shí)性（或荷載）的狀況，該狀況對應(yīng)的是橋梁的施工階段，一般只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)況對應(yīng)的是橋梁的施工階段，一般只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3、偶然狀況：、偶然狀況：在橋涵使用過程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能遇到地震在橋涵使用過程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能遇到地震等作用的狀況。等作用的狀況。只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3、公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級l根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度，可根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度，可分為：一級、二級、三級。分為：一級、二級、三級。公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級安全等級破壞后果破壞后果橋涵類型橋涵類型結(jié)構(gòu)重要性系結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)數(shù)

13、0一級一級很嚴(yán)重很嚴(yán)重特大橋、重要大橋特大橋、重要大橋1.1二級二級嚴(yán)重嚴(yán)重大橋、中橋、重要大橋、中橋、重要小橋小橋1.0三級三級不嚴(yán)重不嚴(yán)重小橋、涵洞小橋、涵洞0.9 一、持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算原則1、計(jì)算內(nèi)容：承載力計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算2、計(jì)算原則：作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（S）小 于或等于結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)（R）3、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0 S R0 橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按公路橋涵的設(shè)計(jì)安全等級選用：一級、二級、三級分別取1.1, 1.0, 0.9 S 作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值）R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值R = R( ) = R(fd , d )fd 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值d 幾何參數(shù)設(shè)計(jì)

14、值 作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值）mjQjkQjckQmiGikSSSS211Q1Gi式中 Gi 第i個(gè)永久作用分項(xiàng)系數(shù)，一般取1.2SGik 第i個(gè)永久作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。Q1 汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)。取 =1.4SQ1k 汽車荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。Qj 除汽車荷載、風(fēng)荷載外地第j個(gè)可 變作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取1.41QSQjk 除汽車荷載效應(yīng)外地其他滴j個(gè) 可變作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。c 除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)組合系數(shù)。 二、正常使用極限狀態(tài)計(jì)算原則1、計(jì)算內(nèi)容：抗裂驗(yàn)算 裂縫寬度驗(yàn)算 撓度驗(yàn)算LLtkWW Ldff 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載

15、效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)。當(dāng)永久作用與汽車荷載外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)。當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時(shí)，人群荷載（或和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時(shí)，人群荷載（或其他一種可變作用）的組合系數(shù)其他一種可變作用）的組合系數(shù) 0.80；當(dāng)其除汽車荷載（；當(dāng)其除汽車荷載（含汽車沖擊力，離心力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，含汽車沖擊力，離心力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取其組合系數(shù)取 0.70；尚有三種其他可變作用參與組合時(shí)，；尚有三種其他可變作用參與組合時(shí)， 0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時(shí)，；尚

16、有四種及多于四種的可變作用參與組合時(shí)， 0.50。ccccmjQjkQjckQmiGikSSSS211Q1Gi 裂縫驗(yàn)算規(guī)范按使用階段對結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的不同要求，將裂縫控制等級分為三級：一級：嚴(yán)格要求不裂，使用階段不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。二級：一般要求不裂，使用階段允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但應(yīng)作限制。三級：允許開裂，應(yīng)驗(yàn)算裂縫寬度max max 2、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用組合、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用組合:（1）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為用頻遇值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為:minjQjkjGiksdSSS111（2

17、）作用長期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)）作用長期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為永久值效應(yīng)相組合，其表達(dá)式為:minjQjkjGikldMSS112作用長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；作用長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）0.40.4，人，人群荷載群荷載0.40.4，風(fēng)荷載，風(fēng)荷載0.750.75，溫度梯度作用，溫度梯度作用0.80.8，其他作用，其他作用1.01.0；第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；作用短

18、期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計(jì)沖擊力）0.70.7，人群，人群荷載荷載1.01.0，風(fēng)荷載，風(fēng)荷載0.750.75，溫度梯度作用，溫度梯度作用0.80.8，其他作用，其他作用1.01.0；第第j j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。sdSj1QjkjS1ldSj2QjkjS2舉例舉例l鋼筋混凝土簡支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載和人群荷鋼筋混凝土簡支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載和人群荷載作用下，分別得到在主梁的載作用下，分別得到在主梁的1/4跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為值為:結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩WGK552kN.m；汽車荷載彎；汽車荷載彎矩矩MQ1K=459.7kN.m；人群荷載彎矩；人群荷載彎矩MQ2K=40.6kN.m。進(jìn)。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的作用效應(yīng)組合計(jì)算。行設(shè)計(jì)時(shí)的作用效應(yīng)組合計(jì)算。解：解：1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合 mkNSSSMminjQj