橋梁上的作用

橋梁上的作用第1頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五橋梁上作用的分類根據(jù)我國《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)橋梁作用偶然作用永久作用可變作用第2頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第3頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

永久作用1可變作用2偶然作用3作用效應(yīng)組合4第4頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五永久作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時間而變化或其變化值與平均值比較可忽略不計的作用。包括結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加應(yīng)力、土的重力、土側(cè)壓力、混凝土收縮徐變、水的浮力、基礎(chǔ)變位等。第5頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸與材料的重力密度計算確定。

g＝V*γ/L0；ML0/2＝gL02/8

材料密度見表中值

結(jié)構(gòu)重力第6頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第7頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第9頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第10頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第11頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五結(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)力計算時需考慮其主、次效應(yīng)，并計入相應(yīng)損失；承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，預(yù)加應(yīng)力不作為荷載，預(yù)應(yīng)力鋼筋作為抗力的一部分。超靜定結(jié)構(gòu)中，需考慮預(yù)加力引起的次效應(yīng)，可采用等效荷載法或力法求解。

預(yù)加應(yīng)力第12頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五墩臺基礎(chǔ)中用到土力學(xué)中知識按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中公式計算

土的重力及土側(cè)壓力第13頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五很復(fù)雜的內(nèi)容

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62）的規(guī)定計算。

混凝土的收縮徐變第14頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五超靜定結(jié)構(gòu)，如基礎(chǔ)發(fā)生變位，應(yīng)根據(jù)最終位移量計算構(gòu)件內(nèi)力。結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)容。

基礎(chǔ)變位第15頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五可變作用在結(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的作用。包括汽車荷載、汽車荷載沖擊力、汽車離心力、汽車引起的土側(cè)壓力、人群荷載、汽車制動力、風(fēng)荷載、流水壓力、冰壓力、溫度作用、支座摩阻力等。第16頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1.分為公路－Ⅰ級和公路－Ⅱ級兩個等級；

2.分為車道荷載和車輛荷載。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結(jié)構(gòu)整體計算時采用；車輛荷載在橋梁結(jié)構(gòu)局部加載、涵洞、橋臺、和擋土墻土壓力等計算時采用。

公路橋涵汽車荷載第17頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

3.車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，如圖所示。車道荷載第18頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1）公路－Ⅰ級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為qk=10.5KN/m；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：橋梁計算跨徑L0≤5m時，Pk＝180KN；橋梁計算跨徑L0≥50m時，Pk＝360KN；橋梁計算跨徑在5m～50m之間時，Pk按線性內(nèi)插求得。計算剪力效應(yīng)時，上述集中荷載標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。第19頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2）公路－Ⅱ級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk按公路－Ⅰ級車道荷載的0.75倍采用。則qk=10.5*0.75=7.875KN/m。

3）車道荷載均布荷載滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上；集中荷載只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。第20頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五例題：計算跨徑20m的簡支梁橋，承受公路－Ⅰ級汽車荷載作用，求跨中彎矩。解：采用車道荷載計算。均布荷載qk=10.5KN/m；集中荷載Pk按線性內(nèi)插計算：

Pk=4*(L0-5)+180=240KN。第21頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五簡支梁跨中彎矩影響線及荷載布置如圖所示：

M=20*5*10.5/2+240*5=1725KNm第22頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

4.車輛荷載公路－Ⅰ級和公路－Ⅱ級采用相同的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值。第23頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五車輛荷載第24頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

5.車輛荷載的橫橋向布置第25頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五6.橋涵車道數(shù)的確定第26頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

7.汽車荷載的橫向折減多車道橋梁上的汽車荷載應(yīng)考慮多車道折減，但折減后的效應(yīng)不應(yīng)小于兩設(shè)計車道的荷載效應(yīng)。第27頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

8.汽車荷載的縱向折減大跨橋梁上的汽車荷載應(yīng)考慮縱向折減，當(dāng)為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時，按最大計算跨徑考慮縱向折減。第28頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五汽車以較高速度駛過橋梁時，由于橋面不平整、發(fā)動機(jī)震動等原因，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。

1.填料厚度（包括路面厚度）≥0.5m的拱橋、涵洞以及重力式墩臺不計沖擊力。

汽車沖擊力第29頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2.汽車荷載沖擊力標(biāo)準(zhǔn)值等于汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)μ。

3.汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用1.3。第30頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五沖擊系數(shù)μ的計算：沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)基頻有關(guān)。式中：f——結(jié)構(gòu)基頻（Hz）。第31頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)構(gòu)基頻的計算：簡支梁橋：式中：l——結(jié)構(gòu)的計算跨徑(m)；

E——結(jié)構(gòu)材料的彈性模量(N/m2)；

Ic——結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣矩(m4);第32頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

mc——結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度質(zhì)量

(kg/m);

G——結(jié)構(gòu)跨中處延米結(jié)構(gòu)重力(N/m);

g——重力加速度，g=9.81(m/s2)。第33頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)構(gòu)基頻的計算：連續(xù)梁橋：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f1；計算連續(xù)梁的沖擊力引起的負(fù)彎矩效應(yīng)時，采用f2。第34頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1.橋梁計算跨徑L0≤50m時，人群荷載為3.0KN/m2；橋梁計算跨徑≥150m時，人群荷載為2.5KN/m2；橋梁計算跨徑在50m～150m之間時，按線性內(nèi)插求得?？鐝讲坏鹊倪B續(xù)結(jié)構(gòu)，以最大計算跨徑為準(zhǔn)。城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)，人群荷載取上述值的1.15倍。專用人行橋，人群荷載取3.5KN/m2。

人群荷載第35頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2.人群荷載在橫向，布置在人行道的凈寬內(nèi)；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)。

3.人行道板可以一塊板為單元，按4.0KN/m2計算。

4.計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂?shù)乃酵屏θ?.75KN/m，作用在欄桿扶手上的豎向力取1.0KN/m。第36頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1.汽車離心力當(dāng)彎道橋的曲線半徑等于或小于250m時，應(yīng)計算汽車荷載引起的離心力。汽車荷載離心力標(biāo)準(zhǔn)值等于汽車荷載（不計沖擊）標(biāo)準(zhǔn)值乘以離心力系數(shù)C計算。C=v2/127R

式中：v——計算行車速度（Km/h）；

R——曲線半徑（m）。

其他第37頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五計算離心力時需考慮橋梁的橫向折減和縱向折減，離心力的著力點在橋面以上1.2m處（為計算簡便也可移至橋面上，不計由此引起的作用效應(yīng)）。第38頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五可按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中公式計算，采用車輛荷載加載，將車輛荷載換算成等代土厚度。橋臺計算時使用。2.汽車引起的土側(cè)壓力第39頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五車輛在減速或剎車時為克服車輛的慣性力而在路面與車輛之間發(fā)生的滑動摩阻力。按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）的規(guī)定取值。制動力的著力點在橋面以上1.2m處。在計算墩臺時，可移至支座底面上；計算剛構(gòu)橋、拱橋時，可移至橋面上，但不計因移動產(chǎn)生的力矩。3.汽車制動力第40頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五對于大跨橋梁，特別是斜拉橋和懸索橋，風(fēng)荷載是極為重要的設(shè)計荷載。

1940年在華盛頓州建成的主跨853m的塔科馬老橋，在建成當(dāng)年的11月7日近中午的時候被風(fēng)吹斷。

塔科馬老橋風(fēng)毀事故的發(fā)生，使大跨懸索橋的修建停頓了約10年之久。4.風(fēng)荷載第41頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五塔科馬海峽橋第42頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五中小橋按靜風(fēng)壓計算，按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中公式計算。大橋按動力計算，斜拉、懸索橋需進(jìn)行風(fēng)洞試驗。第43頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五橋墩計算時涉及的?？砂础豆窐蚝O(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）計算。5.流水壓力和冰壓力第44頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五環(huán)境因素、人工熱源、混凝土本身水化熱——溫度變化——結(jié)構(gòu)變形和影響力。分為均勻溫度和梯度溫度。對于斜拉橋、拱橋需在合適的溫度合龍，以減小溫度內(nèi)力。6.溫度作用第45頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第46頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

F=μW7.支座摩阻力第47頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1.車輛包括汽車荷載、平板車或履帶車。汽車荷載：汽車－10級、汽車－15級、汽車－20級、汽車－超20級。平板車和履帶車荷載：掛－80、掛－100、掛－120、履帶－50。

原公路橋涵設(shè)計可變作用第48頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2.汽車沖擊力沖擊系數(shù)與跨徑有關(guān)。第49頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

3.人群荷載一般取為3.0KN/m2，城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)可為3.5KN/m2

。人行道板為鋼筋混凝土板時，還應(yīng)以1.2KN集中豎向力作用于一塊板上進(jìn)行驗算。計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂?shù)乃酵屏θ?.75KN/m，作用在欄桿扶手上的豎向力取1.0KN/m。第50頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1.汽車荷載分為城市－A級和城市－B級兩個等級。分為車道荷載和車輛荷載。

城市橋梁設(shè)計可變作用第51頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，如圖所示。車道荷載第52頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

1）城市－A級車道荷載：橋梁跨徑為2~20m時，計算彎矩時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qm為22.5KN/m，計算剪力時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qQ為37.5KN/m，集中荷載為140KN；橋梁跨徑為20m～150m時，計算彎矩時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qm為10.0KN/m，計算剪力時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qQ為15.0KN/m，集中荷載為300KN，車道數(shù)大于等于4時，計算剪力增長系數(shù)為1.25。第53頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2）城市－B級車道荷載：橋梁跨徑為2~20m時，計算彎矩時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qm為19.0KN/m，計算剪力時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qQ為25.0KN/m，集中荷載為130KN；橋梁跨徑為20m～150m時，計算彎矩時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qm為9.5KN/m，計算剪力時，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qQ為11.0KN/m，集中荷載為160KN，車道數(shù)大于等于4時，計算剪力增長系數(shù)為1.30。第54頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五車輛荷載（城－A）第55頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五（城－B）第56頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五車輛荷載的橫橋向布置第57頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五汽車荷載的橫向折減第58頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2.汽車沖擊力沖擊系數(shù)的計算：1）車道荷載沖擊系數(shù)μ=20/（80+l），l≤20m時，μ=0.2，l≥150m時，μ=0.1。2）車輛荷載沖擊系數(shù)

μ=0.6686-0.3032logl≤0.4第59頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

3.人群荷載可按公式計算。計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂?shù)乃酵屏θ?.0KN/m，作用在欄桿扶手上的豎向力取1.2KN/m。第60頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。包括地震作用、船只或漂流物撞擊作用、汽車撞擊作用。偶然作用第61頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五地震作用屬于動力荷載，隨機(jī)變量。除與地震烈度有關(guān)外，還與結(jié)構(gòu)本身的動力特性有關(guān)。地震作用的計算及結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)符合《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004－89）的規(guī)定。第62頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五地震動峰值加速度為0.10g以上地區(qū)的公路橋涵，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計；大于或等于0.40g地區(qū)的公路橋涵，應(yīng)進(jìn)行專門的抗震研究和設(shè)計；小于或等于0.05g地區(qū)的公路橋涵，可采用簡易設(shè)防。第63頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五船只或漂流物撞擊力第64頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五汽車撞擊作用行駛方向1000KN，與之垂直方向500KN，兩個方向不同時考慮，作用與行車道上1.2m處。第65頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)：作用施加于結(jié)構(gòu)引起的效應(yīng)，如彎矩M、軸力N、剪力V、扭矩T、撓度f、裂縫寬度W等。

作用效應(yīng)組合包括：承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)組合；正常使用極限狀態(tài)組合。第66頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五對承載力極限狀態(tài)一般考慮荷載效應(yīng)基本組合:式中：——結(jié)構(gòu)重要形系數(shù)；——承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計值；——第i個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)；——第i個永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值；——汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)分項系數(shù)，值為1.4；——汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力、離心力)標(biāo)準(zhǔn)值；第67頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

——作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)、風(fēng)荷載外的其他第j個可變作用效應(yīng)的分項系數(shù)，值為1.4，風(fēng)荷載的分項系數(shù)為1.1；——作用效應(yīng)組合