橋梁的設(shè)計(jì)荷載新

橋梁的設(shè)計(jì)荷載新第1頁/共44頁2橋梁總體規(guī)劃原則安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、有利于環(huán)保技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理、美觀、有利于環(huán)保安全是設(shè)計(jì)的目的，適用是設(shè)計(jì)的功能需求，必須首先滿足；在滿足安全的前提下，應(yīng)根據(jù)具體情況考慮經(jīng)濟(jì)和美觀的要求，公路工程設(shè)計(jì)應(yīng)符合環(huán)保要求，保持可持續(xù)發(fā)展。第2頁/共44頁3

作用在工程結(jié)構(gòu)上的荷載類型主要有：1.恒載：

概念：指持久存在著的外加力。

荷載：一般指作用在結(jié)構(gòu)上的外加力。

計(jì)算：一般根據(jù)構(gòu)件的具體尺寸和材料的重度計(jì)算得到。第3頁/共44頁4注意：動(dòng)載對房屋的作用效應(yīng)比它們作為靜載的絕對值要大。第4頁/共44頁5當(dāng)風(fēng)施加于房屋的作用力在比房屋周期短的時(shí)間內(nèi)消失，則稱為動(dòng)載

周期和風(fēng)載：可分為動(dòng)載、靜載。反之，若風(fēng)的作用在比房屋周期長的時(shí)間內(nèi)消失，就是靜載。高層建筑房屋周期長，低層房屋周期短。第5頁/共44頁6影響風(fēng)載的因素：因地區(qū)而異（沿海、內(nèi)陸）；同一地區(qū)因時(shí)間而異；因房屋高度而異。第6頁/共44頁7作用的定義：長期以來，我們一般習(xí)慣地稱所有引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因?yàn)椤昂奢d”，這種叫法實(shí)際并不科學(xué)和確切。引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因可以按其作用的性質(zhì)分為截然不同的兩類：

直接作用：直接施加于結(jié)構(gòu)上的外力，如車輛、人群、結(jié)構(gòu)自重等，可用“荷載”這一術(shù)語來概括。

間接作用：不是以外力形式施加于結(jié)構(gòu)，是間接作用于結(jié)構(gòu)的，它們產(chǎn)生的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的特性、結(jié)構(gòu)所處環(huán)境等有關(guān)，如地震、基礎(chǔ)變位、混凝土收縮和徐變、溫度變化等。第7頁/共44頁8作用（action）施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。前者稱直接作用，亦稱荷載，后者稱間接作用。第8頁/共44頁9現(xiàn)行橋梁規(guī)范將荷載分為3類：永久作用可變作用偶然作用第9頁/共44頁10永久作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值比較可忽略不計(jì)的作用包括：結(jié)構(gòu)自重（一期恒載）、橋面鋪裝及附屬設(shè)備的重量（二期恒載）、作用在結(jié)構(gòu)上的土重及土側(cè)壓力、基礎(chǔ)變位影響力、水浮力、長期作用在結(jié)構(gòu)上的人工預(yù)加力、混凝土收縮徐變影響力第10頁/共44頁11可變作用在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值比較不可忽略的作用?；究勺冏饔闷渌勺冏饔?9版規(guī)范規(guī)定以車隊(duì)荷載來計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力；2004版規(guī)范換之以車道荷載，且規(guī)定：當(dāng)計(jì)算整體結(jié)構(gòu)時(shí)用車道荷載當(dāng)計(jì)算局部結(jié)構(gòu)或驗(yàn)算時(shí)采用車輛荷載第11頁/共44頁12各級汽車車隊(duì)的縱向排列(軸重力單位:kN，尺寸單位:m)公路橋梁汽車荷載（設(shè)計(jì)荷載）：以汽車車隊(duì)表示，每一車隊(duì)包括一輛重車和輛數(shù)不限的主車。分為四個(gè)等級。第12頁/共44頁13公路橋梁平板掛車和履帶車荷載（驗(yàn)算荷載）：為掛車-80，100，120和履-50平板掛車和履帶車荷載的縱向排列和橫向布置(重力單位:kN履帶車縱向可考慮多輛行駛，但兩車凈距不得小于50m。平板掛車全橋以通過一輛計(jì)算。設(shè)計(jì)公路橋梁時(shí)，所用車輛荷載等級應(yīng)根據(jù)公路的使用任務(wù)、性質(zhì)和將來的發(fā)展情況，根據(jù)規(guī)范規(guī)定確定第13頁/共44頁14

汽車荷載等級（97標(biāo)準(zhǔn)）新標(biāo)準(zhǔn)汽車—超20級、掛車—120公路—Ⅰ級汽車—20級、掛車—100公路—Ⅱ級汽車—15級、掛車—80汽車—10級、履帶—50第14頁/共44頁15

車隊(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)模式的主要不足之處1容易使人誤認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)荷載模式所采用的車輛重力即是實(shí)際橋梁上可以通行的車輛，造成公路交通管理上的不便；2原標(biāo)準(zhǔn)的級差不合理，兩級標(biāo)準(zhǔn)之間的荷載水平的級差時(shí)大時(shí)小；3計(jì)算不便；4標(biāo)準(zhǔn)荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng)不連續(xù)；5與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)不接軌。

第15頁/共44頁16汽車荷載等級公路等級高速公路、一級公路二、三、四級公路汽車荷載等級公路—Ⅰ級公路—Ⅱ級

二級公路為干線公路且重型車輛多時(shí)，其橋涵的設(shè)計(jì)可采用公路—Ⅰ級汽車荷載。

四級公路上重型車輛少時(shí)，其橋涵設(shè)計(jì)采用的公路—Ⅱ級車道荷載的效應(yīng)可乘以0.8的折減系數(shù)，車輛荷載的效應(yīng)可乘以0.7的折減系數(shù)。第16頁/共44頁17原規(guī)范汽車荷載的計(jì)算圖式對人工和計(jì)算機(jī)加載計(jì)算都很不方便，且計(jì)算效應(yīng)隨橋梁跨徑的變化是不連續(xù)的。但車道荷載不能解決局部加載，跨徑較小的涵洞、橋臺(tái)、和擋土墻等計(jì)算問題，如仍采用車道荷載，將產(chǎn)生與原規(guī)范計(jì)算相差較大的結(jié)果。本規(guī)范的車道荷載是個(gè)虛擬荷載，它是對由汽車車隊(duì)的測定和效應(yīng)分析得到的。第17頁/共44頁18剪力效應(yīng)乘以1.2，主要用于驗(yàn)算下部結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)腹板的。第18頁/共44頁19第19頁/共44頁20橫向折減的含義是：在橋梁多車道上行駛的汽車荷載使橋梁構(gòu)件的某一截面產(chǎn)生最大效應(yīng)時(shí)，其同時(shí)處于最不利位置的可能性大小，隨車道數(shù)的增加而減小。第20頁/共44頁21第21頁/共44頁22橋梁結(jié)構(gòu)的基頻反映了結(jié)構(gòu)的尺寸、類型、建筑材料等動(dòng)力特性內(nèi)容，它直接反映了沖擊系數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。第22頁/共44頁23

人群荷載1標(biāo)準(zhǔn)值

97標(biāo)準(zhǔn)：3.5千牛/平方米新標(biāo)準(zhǔn)：3.0千牛/平方米縱向折減

L=50米：

3.0千牛/平方米

L=150米：

2.5千牛/平方米

L=50-150米：線性內(nèi)插第23頁/共44頁24偶然作用在結(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(shí)間很短的作用。主要有地震荷載、船只撞擊力第24頁/共44頁254.地震、震級、烈度、地震荷載

地震地震是以地面發(fā)生不同強(qiáng)烈程度的振動(dòng)為特征的一種物理現(xiàn)象。震源震中震中距第25頁/共44頁26第26頁/共44頁27第27頁/共44頁28

震級表示地震的強(qiáng)度，用釋放出來的能量大小衡量。國際上通用的是Richter震級。標(biāo)準(zhǔn)地震儀測得的最大水平位移幅值。μm印度發(fā)生強(qiáng)烈地震7.9級地震狂襲南亞次大陸一次里氏5級地震所釋放的能量為：相當(dāng)于2萬tT.N.T.炸藥，每增加一級，釋放的能量增加31.5倍第28頁/共44頁29第29頁/共44頁30第30頁/共44頁31第31頁/共44頁32

地震烈度地震在某一個(gè)具體地區(qū)引起的振動(dòng)強(qiáng)度。與震級是兩個(gè)不同的概念。震中區(qū)烈度最大。根據(jù)震時(shí)人、地、物主要宏觀標(biāo)志劃分為12度。1976年的唐山大地震有的人利用動(dòng)物異?，F(xiàn)象，做了震前預(yù)防。例如灤南縣胡各莊公社東胡大隊(duì)馬春林等幾個(gè)小青年，在7月27日晚上，聽到奶羊慘叫，他們分析，可能要鬧地震。于是幾個(gè)人都沒有睡覺，聚在一起聊天，大震發(fā)生，全部脫險(xiǎn)。第32頁/共44頁33第33頁/共44頁34震中烈度與震級的關(guān)系一次里氏5級地震所釋放的能量為（爾格）相當(dāng)于在花崗巖中爆炸2萬tT.N.T炸藥，每增加一級，釋放的能量增加31.5倍。爾格=達(dá)因*厘米；（屬于厘米克秒等單位制...）焦耳=牛頓*米；（屬于米千克秒1牛頓=100000達(dá)因；所以1焦耳=10^7爾格第34頁/共44頁35

地震荷載：地震對房屋的作用力。地震引起的地面運(yùn)動(dòng)會(huì)使房屋在豎向或水平方向產(chǎn)生加速度反應(yīng)，其加速度反應(yīng)值與房屋本身質(zhì)量的乘積，就形成地震對房屋的作用力。第35頁/共44頁36地震對房屋的破壞主要由水平方向的最大加速度反應(yīng)引起北京地區(qū)一幢8~9層用磚填充框架結(jié)構(gòu)，它的總水平地震荷載約為其自重的0.05~0.08倍。第36頁/共44頁37荷載組合作用效應(yīng)組合結(jié)構(gòu)上幾種作用分別產(chǎn)生的效應(yīng)的隨機(jī)組合。第37頁/共44頁381.0.7公路橋涵結(jié)構(gòu)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1承載能力極限狀態(tài)：對應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)；

2正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)限值的狀態(tài)。在進(jìn)行上述兩類極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)應(yīng)滿足構(gòu)造和工藝方面的要求。第38頁/共44頁39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)稱為該功能的極限狀態(tài)。對于結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定明確的標(biāo)志和限值。1）承載能力極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如滑動(dòng)、傾覆等）；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的塑性變形而不能繼續(xù)承載；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)動(dòng)體系；（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如柱的壓屈失穩(wěn)等）；第39頁/共44頁402）正常使用極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到