永久作用恒載課件

1、1.2.1 橋梁的總體規(guī)劃1、橋梁設計基本原則安全強度、剛度、穩(wěn)定和耐久性；適用使用上的要求；經濟全壽命經濟分析；美觀與環(huán)境的協(xié)調；施工便于施工與環(huán)境協(xié)調的橋梁1980年建成的南斯拉夫克爾克橋，跨徑390m，鋼筋混凝土拱橋，與周圍環(huán)境協(xié)調自然與環(huán)境協(xié)調的橋梁悉尼海港橋位于澳大利亞悉尼港，主橋為單跨503m的中承式鋼桁兩鉸拱公鐵兩用橋。自身較笨重，但由于緊挨著別致的悉尼歌劇院，無論在質感還是在顏色和造型上都達到相得益彰的效果，因而以其優(yōu)美環(huán)境而聞名于世。與環(huán)境協(xié)調的橋梁與環(huán)境協(xié)調的橋梁與環(huán)境協(xié)調的橋梁與環(huán)境協(xié)調的橋梁橋梁對環(huán)境的破壞橋梁對環(huán)境的破壞橋梁對環(huán)境的破壞2.野外勘測與調查研究（設計資料

2、的調查收集）選擇合理的橋位 由國家、地方社會經濟發(fā)展規(guī)劃決定1、橋梁的使用任務交通量、荷載等級、戰(zhàn)備情況 ,是否設置專門的構造裝置，如管線、電力設施。2、勘探橋位附近的地形地形圖；3、工程地質剖面圖地質分層、力學性能、地質構造；是設計、施工必備資料與依據；4、水文情況；河床斷面、通航水位、歷史洪水資料、通航凈空、沖刷、淤積情況、河床變遷等；5、氣象資料，年平均溫差、年最高溫差、橋位處設計風速、臺風、雨量 情況；6、施工單位技術水平，施工設備；7、施工建筑材料；8、調查新橋位上、下游有無老橋，其橋型及使用情況；3、 橋梁的設計程序（大型橋梁）預可行性研究報告與可行性研究報告初步設計技術設計施工設

3、計1、“預可”階段著重研究工程建設的必要性及宏觀經濟的合理性，形成“預工程可行性研究報告”。2、“工可”階段：著重研究和制定橋梁的技術標準，估算造價，對資金來源、回報及償還應基本落實，形成“工程可行性報告”。（1）前期工作“預可”階段和“工可”階段（2）設計階段補充：橋梁設計方案比選方案比選的步驟： 1、明確各種標高的要求2、橋梁分孔和初擬橋型方案草圖3、方案初篩4、詳繪橋型方案5、編制估算或概算6、方案選定和文件匯總進一步深化初步設計：技術補充勘探結構總體及細部的技術設計實施科研項目結構各部分詳細的設計圖紙修正概算、確定細部尺寸、截面配筋、確定 施工方法。（3）技術設計對初步設計核定的修建原

4、則、技術方案、技術決定、總投資額進一步細化、具體化的技術文件；必須對橋梁各構件進行詳實的分析計算。施工鉆探繪制施工詳圖編制工程預算編制施工圖（4）施工設計備注：中小橋可以簡化程序國外施工設計由施工承包商進行國內所有設計由設計單位進行1.2.1橋梁縱、橫斷面設計、平面布置一、橋梁縱斷面設計 包括橋梁的總跨徑、分 孔、橋面標高、路線、路面縱坡、基礎埋置深度及采用的方法；1、橋梁總跨徑根據水文資料、河床沖刷、基礎形式、航道安排、造價綜合考慮； 要求：排洪面積足夠，沖刷小，縮短總長度 2、分孔原則是上、下部結構的總造價最經濟；綜合考慮跨徑、孔數、結構體系、戰(zhàn)備等因素影響 3、橋面標高的確定主要考慮三個

5、因素（總前提）：路線縱斷面設計要求、排洪要求和通航要求。（保證排洪、通航和橋下行車安全及橋梁自身安全） 有關的具體規(guī)定： 流水凈空跨河橋 通航凈空跨河橋 車輛凈空跨線橋2004橋規(guī)規(guī)定：橋梁及其引道的平、縱、橫技術指標應與路線總體布設相協(xié)調。橋上縱坡上宜大于4，橋頭引道縱坡上宜大于5。位于市鎮(zhèn)混合交通繁忙處，橋上縱坡和橋頭引道縱坡均上得大于3。橋頭兩端引道線形應與橋上線形相配合。根據設計洪水位、橋下通航（通車）凈空等需要，結合橋型、跨徑等確定。梁橋：梁底高出設計洪水位（包括壅水和浪 高）上小于50 cm， 支座底面高出設計洪水位上小于25cm；無鉸拱橋：拱腳淹沒深度上超過拱圈矢高的 2/3，拱

6、頂底面高出設計洪水位1.0m；通航孔通航凈空：在橋跨中垂直于流水方向所規(guī)定 的空間界限（多邊形圖）橋梁縱坡布置縱斷面線形將橋梁縱斷面設計成單向或雙向坡度，有利于交通、美觀，又便于排水。一般的：二、橋梁橫斷面設計1）橋梁寬度 依據公路工程技術標準中規(guī)定的各級公路行車道寬度、中間帶寬度、路肩寬度確定。2）橋面凈空 應滿足公路工程技術標準中關于建筑界限的規(guī)定。三、橋梁平面布置原則：平順、車輛平穩(wěn)通過 2）二、三、四級公路上的大、中橋一般為直線 3）由經濟和施工而言避免斜交，否則，45o，通航河流5o。1）高速、一級公路上的大、中橋及所有的小橋依路線1.3 橋梁的設計作用一 作用分類二 永久作用三 可

7、變作用四 偶然作用五 作用組合一 作用分類1、作用的定義2、作用的分類3、作用的取值4、作用的代表值取用返回返回目錄 長期以來，我們一般習慣地稱所有引起結構反應的原因為“荷載”，這種叫法實際并不科學和確切。引起結構反應的原因可以按其作用的性質分為截然不同的兩類，一類是施加于結構上的外力，如車輛、人群、結構自重等，它們是直接施于結構上的，可用“荷載”這一術語來概括。另一類不是以外力形式施加于結構，它們產生的效應與結構本身的特性、結構所處環(huán)境等有關，如地震、基礎變位、混凝土收縮和徐變、溫度變化等，它們是間接作用于結構的，如果也稱“荷載”，容易引起人們的誤解。因此，目前國際上普遍地將所有引起結構反應

8、的原因統(tǒng)稱為“作用”, 而“荷載”僅限于表達施加于結構上的直接作用。 1、作用的定義返回返回目錄編號作用分類作用名稱1永久作用（恒載）結構重力（包括結構附加重力）2預加應力3土的重力4土側壓力5混凝土收縮及徐變作用6水的浮力7基礎變位作用8可變作用汽車荷載9汽車沖擊力10汽車離心力11汽車引起的土側壓力12人群荷載13風荷載14汽車制動力15流水壓力16冰壓力17溫度影響力 18支座摩阻力（公路橋）19列車橫向搖擺力（鐵路橋）20凍脹力（鐵路橋）21 偶然作用 船只或飄流物撞擊力22地震力23施工荷載（鐵路橋2、作用的分類返回返回目錄 公路橋涵設計時，對不同的作用應采用不同的代表值。 1. 永

9、久作用應采用標準值作為代表值。 2. 可變作用應根據不同的極限狀態(tài)分別采用標準值、頻遇值或準永久值作為其代表值。承載能力極限狀態(tài)設計及按彈性階段計算結構強度時應采用標準值為可變作用的代表值。正常使用極限狀態(tài)按短期效應（頻遇）組合設計時，應采用頻遇值為可變作用的代表值；按長期效應（準永久）組合設計時，應采用準永久值為可變作用的代表值。 3 偶然作用取其標準值為代表值。3、作用的取值返回返回目錄 1) 永久作用的標準值，對結構自重（包括結構附加重力），可按結構構件的設計尺寸與材料單位體積的自重（重力密度）計算確定。 2) 可變作用的標準值應按本規(guī)范有關章節(jié)中的規(guī)定采用。 可變作用頻遇值為可變作用標

10、準值乘以頻遇值系數?？勺冏饔脺视谰弥禐榭勺冏饔脴藴手党艘詼视谰弥迪禂?。 3) 偶然作用應根據試驗資料，結合工程經驗確定其標準值。 4) 作用的設計值規(guī)定為作用的標準值乘以相應的作用分項系數。4、作用的代表值取用返回返回目錄 二 永久作用（恒載）1、永久作用（恒載）的定義2、永久作用的類型3、永久作用的計算返回返回目錄一、永久作用（恒載）的定義永久作用（恒載）作用位置和大小、方向固定不變的荷載。返回返回目錄（二）橋梁下部結構的恒載：由支座傳遞下來的結構重力、墩臺本身的重力、土壓力及水浮力等。（一）橋梁上部結構的恒載：結構重力 、附屬設備等外加力。二、永久作用的類型返回返回目錄1)結構重力2)土壓

11、力3)水浮力4)預加力5)混凝土收縮徐變影響力三、永久作用的計算返回返回目錄結構重力=結構體積 材料容重1.結構重力注意： 在進行橋梁結構分析時，通常需要預先估計恒載，當估算的恒載與最終的設計恒載之間的差距不超過5%時，不必修正設計；否則，需重新進行結構分析。返回返回目錄2.土壓力 按其產生的條件，分為靜土壓力、主動土壓力和被動土壓力。 橋梁下部結構設計時主要用到靜土壓力、主動土壓力。土的側壓力計算涉及到結構形式、填料性質、墩臺位移和地基變形，還與水文和外加荷載等因素有關。目前按庫侖理論推導的公式計算土側壓力。返回返回目錄3.水浮力 水浮力指由地表水或地下水通過地基土壤的孔隙傳遞給建筑物基礎底

12、面的水壓力，其值等于建筑物所排開的同等體積的水重。 位于巖石地基上的基礎一般被認為是不透水的，可不計水浮力；對于碎石類土、砂類土、粘砂土等透水性地基上的墩臺，要計考慮水浮力。返回返回目錄 對預應力混凝土橋梁結構，預加力在結構正常使用極限狀態(tài)設計和使用階段構件應力計算時，應作為永久作用計算其主效應和次效應，計算時應考慮相應階段的預應力損失，但不計由于偏心距增大所引起的附加效應；在結構承載能力極限狀態(tài)設計時預加應力不作為作用，而將預應力鋼筋作為結構抗力的一部分，但在連續(xù)梁等超靜定結構中，仍需考慮預加力的次效應。4.預加力返回返回目錄5.混凝土收縮徐變影響力 在外部超靜定結構的混凝土橋梁中，混凝土收

13、縮徐變影響力是長期存在并起作用的?；A變位一旦發(fā)生，對結構的影響也是長期的。混凝土收縮徐變的計算可按結構降溫考慮，混凝土徐變影響的計算可依據混凝土應力預徐變變形呈直線關系的假定并確定適當的徐變系數來進行，基礎變位的影響可按工程實際情況加以分析。返回返回目錄三 可變作用1、可變作用（活載）的定義2、可變作用（活載）的類型返回返回目錄一、可變作用（活載）的定義 可變作用是指在設計使用年限內其作用位置、大小和方向隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的作用。返回返回目錄 1、基本可變荷載 包括：列車活載、汽車，由汽車活載引起的沖擊力、曲線上的離心力，由活載引起的土側壓力，汽車制動力、風荷載、公路

14、橋中的人群荷載等。目錄返回按公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD602004）汽車荷載分為公路級和公路級兩個等級。汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結構的整體計算采用車道荷載；橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車道荷載與車輛荷載的作用不得疊加。目錄返回新規(guī)范 車道荷載的計算圖式 KqP K目錄返回汽車荷載多車道折減 多車道橋梁的汽車荷載應考慮折減。當橋涵設計車道數2時，汽車荷載產生的效應 應該按表6.0.6-2規(guī)定的多車道橫向折減系數進行折減，但折減后的效應不得小于兩條設計車道的荷載效應。（3）沖擊力車輛以一定速度過橋時，由于動力

15、影響，橋梁實際產生的活載應力和變形大于按活載靜重計算所得的結果，這種動力效應常稱為沖擊作用。 根據以往的試驗研究成果，構成橋梁動力影響的因素主要有：列車以一定速度過橋時引起橋跨振動；輪對過鋼軌接頭時有沖擊作用；蒸汽機車動輪上的平衡重在隨動輪高速旋轉中由于離心力引起的錘擊作用；橋上軌道豎向和橫向不平順引起橋梁扭轉振動；橋頭線路（路面）不平整，車輪不圓等 。 橋梁設計時中以活載靜重乘上動力系數來反映這種影響。 鐵路橋動力系數 1+ 公路橋沖擊系數 動力系數（或沖擊系數）公式中考慮了不同類型橋跨、跨度和加載長度的影響。 新的 通用規(guī)范JTG D60規(guī)定，汽車荷載沖擊力應按下列規(guī)定計算： 1 鋼橋、鋼

16、筋混凝土及預應力混凝土橋、圬工拱橋等上部構造和鋼支 座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及鋼筋混凝土柱式墩臺，應計算汽車的沖擊作用。 2 填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱橋、涵洞以及重力式墩臺不計沖擊力。 3 支座的沖擊力，按相應的橋梁取用。 4 汽車荷載的沖擊力標準值為汽車荷載標準值乘以沖擊系數 5 沖擊系數可按下式計算： 當 f1.5 Hz時， =0.05 當1.5Hzf14Hz時，=0.1767lnf0.0157 當 f14Hz時， =0.45 式中， f 為結構基頻（Hz）。 6 汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數采用0.3。 橋梁結構的基頻反映了結構的尺寸、類

17、型、建筑材料等動力特性內容，它直接反映了沖擊系數與橋梁結構之間的關系。不管橋梁的建筑材料、結構類型是否有差別，也不管結構尺寸與跨徑是否有差別，只要橋梁結構的基頻相同，在同樣條件的汽車荷載下，就能得到基本相同的沖擊系數。（4）離心力 車輛在曲線上運行產生離心力。公路橋上離心力較小，當曲線半徑等于或小于250m時，才考慮離心力的作用。 離心力等于車輛荷載（不計動力效應）乘以離心力率離心力作用點：鐵路軌頂以上2m，公路橋面以上1.2m（5）人行荷載L50M時，取3kN/m2L150M時，取2.5kN/m250ML 150M時，內插得到。人行密集地區(qū)的公路橋梁，取上述規(guī)定的1.15倍。專用人行橋，取3

18、.5kN/m2人行道板局部設計時，取3.5kN/m2計算二、其他可變荷載 包括：制動力或牽引力、風力、溫度力、流水壓力、水壓力和施工荷載等。 對鐵路橋梁，人行道荷載歸為其他可變荷載目錄返回四、偶然作用偶然荷載指在結構使用期間出現的概率很小，一 旦出 現，其值很大且作用時間很短的作用。主要有船只或漂流物（排筏等）撞擊力和地震荷載。目錄返回五、作用效應組合1.作用效應組合的定義2.作用效應組合的原則3.作用效應組合的分類返回返回目錄1.作用效應組合的定義作用效應組合是指在確定出各種橋梁作用后，需要根據作用特性、橋梁結構特性、施工方法以及橋位處的環(huán)境等因素來決定各種作用的取舍以及它們同時作用的可能性

19、。 返回返回目錄 1）只有在結構上可能同時出現的作用，才進行其效應的組合。當結構或結構構件需作不同受力方向的驗算時，則應以不同方向的最不利的作用效應進行組合。2.作用效應組合的原則 2）當可變作用的出現對結構或構件產生有利影響時，該作用不應參與組合。 3）施工階段作用效應的組合，應按計算需要及結構所處條件而定，結構上的施工人員和施工機具均應作為臨時荷載加以考慮。 4）多個偶然作用不同時參與組合。 5）鋼筋混凝土和預應力混凝土結構在進行結構構件的承載能力極限狀態(tài)設計時，可不考慮混凝土收縮和徐變、溫度作用效應參與組合；基礎變位作用是否參與組合視具體情況確定；拱橋仍應考慮混凝土收縮和徐變、溫度作用效

20、應和基礎變位作用的組合。返回返回目錄3.作用效應組合的分類1）公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時2）公路橋涵結構按正常使用極限狀態(tài)設計時4）公路橋涵結構效應組合表達式3）公路橋涵結構效應組合表達式中各種系數的取值5）注意事項返回返回目錄1）公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時（1）基本組合（2）偶然組合返回返回目錄 永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為：（1）基本組合返回返回目錄 永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相組合。 偶然作用的效應分項系數取1.0；與偶然作用同時出現的可變作用，可根據觀測資料和工程經驗取用適當的代表值。 地

21、震作用標準值及其表達式按公路工程抗震設計規(guī)范JTJ004規(guī)定采用。（2）偶然組合返回返回目錄2）公路橋涵結構按正常使用極限狀態(tài)設計時 （1）作用短期效應組合（2）作用長期效應組合返回返回目錄 永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合，其效應組合表達式為： （1）作用短期效應組合返回返回目錄 永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為： （2）作用長期效應組合返回返回目錄 結構重要性系數，按規(guī)范表1.0.9規(guī)定的結構設計安全等級采用。對應于設計安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9； 汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的分項系數，取1.4。當某個可變作用在效應組合中其值超過汽車荷載效應時，則該作用取代汽車荷載，其分項系數應