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文檔簡介

第四節(jié)偶然作用

偶然作用:

地震作用;

船只或漂流物(排筏等)撞擊作用;

汽車撞擊作用;

施工荷載力.一.地震作用

*地震區(qū)橋梁的設(shè)計計算,必須考慮地震力(earthquakeforce)。*地震力的計算涉及地震理論、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、工程地質(zhì)等多方面的知識。*詳細(xì)計算方法和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計可參見《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004-89)和《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ111)。地震的傳播:地震波傳播→震區(qū)地面運動→橋梁基礎(chǔ)受到強迫運動→橋梁振動。地震力:指強烈的地面運動引起的結(jié)構(gòu)自身的慣性力(地面水平運動加速度與結(jié)構(gòu)質(zhì)量的乘積)。它不僅與地面運動的強烈程度有關(guān),也與結(jié)構(gòu)的動力特性(頻率和振型)有關(guān),還與橋址處的地質(zhì)情況有關(guān)。

地震作用分豎直方向和水平方向,經(jīng)驗表明地震的水平運動是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。結(jié)構(gòu)抗震驗算時一般只考慮水平地震作用。衡量地震規(guī)模的大小一般采用:震級(magnitude)和烈度(intensity)

震級M——表示地震的強弱,一次地震只有一個震級。

地震烈度I——表示地震引起的地面運動的強烈程度和對工程設(shè)施的破壞程度,一次地震有若干個烈度。

地震基本烈度——反映地震本身的劇烈程度。根據(jù)水平地震系數(shù)Kh(地面最大水平加速度的統(tǒng)計平均值與重力加速度g的比值)加以劃分的。

設(shè)計烈度——由設(shè)計者根據(jù)建橋地區(qū)的基本烈度、橋梁的重要性、遭破壞后進(jìn)行修復(fù)的難易程度選用的。

根據(jù)2001年版<<中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306),采用地震動峰值加速度系數(shù)取代地震基本烈度的概念,兩者之間的關(guān)系見表3.6。

抗震設(shè)防的基本要求表述為:位于地震動峰值加速度為0.1g、0.15g、0.2g和0.3g地區(qū)的橋涵工程,應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計;位于地震動峰值加速度大于或等于0.4g地區(qū)的橋涵工程,應(yīng)進(jìn)行專門的抗震研究和設(shè)計。

公路橋梁的抗震設(shè)防一般為設(shè)計地震烈度8度;連續(xù)梁、T形剛構(gòu)等為7度。地震力的計算方法分靜力法和動態(tài)法1、靜力法靜力法是用一個水平方向作用的等效靜止荷載表示地震對結(jié)構(gòu)的作用。靜力法主要使用于剛度較大結(jié)構(gòu)。規(guī)范規(guī)定:擋土墻、橋臺用靜力法計算地震力。2、反應(yīng)譜理論動態(tài)法主要有反應(yīng)譜理論和時程分析法

反應(yīng)譜理論是一種簡化的動態(tài)分析法,又稱動靜法。《橋梁抗震規(guī)范》主要采用這種方法計算地震力。?對于高墩或特大跨度的橋梁,應(yīng)如何分析二

船只或漂流物的撞沖作用

在通行船舶或有漂流物的河流中,河中墩臺需要考慮船舶或漂流物的撞擊力(collisionimpact)。船舶或漂流物與橋梁結(jié)構(gòu)的碰撞過程十分復(fù)雜,其與碰撞時的環(huán)境因素(風(fēng)浪、氣候、水流等)、船舶特性(類型、尺寸、速度、裝載情況、船體強度和剛度等)、橋梁結(jié)構(gòu)特性(尺寸、形狀、材料、質(zhì)量和抗力等)等有關(guān)。精確計算很困難,一般按規(guī)范計算,特殊橋梁要做專題研究目前,撞擊力通常按靜力法計算,假定船筏作用于墩的有效動能轉(zhuǎn)化為撞擊力F所做的功。

物重流速加速度撞擊時間,以秒計公路橋梁規(guī)范按照“靜力法”,并依據(jù)2004年版《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(GB50139):

給出了一至七級內(nèi)河航道上、不同噸位的船舶可能產(chǎn)生的橫橋向和順橋向撞擊作用標(biāo)準(zhǔn)值。對近海通行海輪區(qū)域的船舶(噸級從3000—50000t)產(chǎn)生的橫橋向和順橋向撞擊作用標(biāo)準(zhǔn)值,則是根據(jù)國內(nèi)外研究成果,并經(jīng)綜合分析比較確定的。當(dāng)橋墩配置了防撞設(shè)施時,可不計撞擊作用。三.汽車撞擊作用

公路橋梁的某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如防撞護欄,跨線橋的橋墩等)必要時可考慮汽車的撞擊作用。汽車撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值在車輛行駛方向取1000kN,在車輛行駛垂直方向取500kN,兩個方向的撞擊力不同時考慮,撞擊力作用于行車道以上1.2m處。

對于設(shè)有防撞設(shè)施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,可視防撞設(shè)施的防撞能力,對汽車撞擊標(biāo)準(zhǔn)值予以折減,但折減后的撞擊力不應(yīng)低于上述規(guī)定值的1/6。四.施工荷載

在橋梁設(shè)計中,需考慮到結(jié)構(gòu)在建造、運輸、架設(shè)安裝等施工階段可能遇到的各種臨時荷載,如施工人員、架橋機、掛籃、起吊機具和其他材料或設(shè)備的重力。這些施工荷載的數(shù)值及其對結(jié)構(gòu)的影響可視具體情況分析。

第五節(jié)作用效應(yīng)組合

作用效應(yīng)組合(combinationofactioneffects)

為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全和適用,需要根據(jù)作用的特性、橋梁結(jié)構(gòu)的特性、施工方法以及橋位處的環(huán)境等因素,針對結(jié)構(gòu)的不同狀況、不同安全等級、不同設(shè)計或驗算內(nèi)容,確定各種作用效應(yīng)的取舍以及各種作用效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的共同效果(疊加值),即作用效應(yīng)組合.

組合總原則:作用效應(yīng)組合應(yīng)只涉及結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的作用效應(yīng),并以橋梁在施工或運營時可能處于最不利受力狀態(tài)為原則。對鐵路橋和公路橋,由于目前所采用的設(shè)計方法不同,故作用效應(yīng)組合的表達(dá)形式也不同

鐵路橋設(shè)計仍采用容許應(yīng)力法。另外,基于最不利原則,當(dāng)某項可變作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有利影響時,該項作用不參與組合。施工階段作用效應(yīng)的組合,應(yīng)按計算需要及結(jié)構(gòu)所處條件而定,結(jié)構(gòu)上的施工人員和施工機具設(shè)備均應(yīng)作為臨時荷載加以考慮。組合式橋梁,當(dāng)把底梁作為施工支撐時,作用效應(yīng)宜分兩個階段組合,底梁受荷為第一個階段,組合梁受荷為第二個階段。公路橋兩種極限狀態(tài):按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行作用效應(yīng)組合,取其最不利效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計。?回顧:什么是極限狀態(tài)三種設(shè)計狀況:

1持久狀況指橋涵使用過程中長期承受結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載等作用的狀況。在該狀況下,要求對設(shè)想的結(jié)構(gòu)所有功能進(jìn)行設(shè)計,即應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。2短暫狀況指橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。在該狀況下,僅要求進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,必要時才進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。

3偶然狀況指橋涵使用過程中可能偶然遭受的地震等狀況。在該狀況下,僅要求進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,不需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。

在按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時,按照結(jié)構(gòu)可能破壞的嚴(yán)重程度,將公路橋涵劃分為三個設(shè)計安全等級,見表3.7。根據(jù)不同等級,擬定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與作用效應(yīng)組合值相乘。

按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的作用(或荷載)效應(yīng)組合公路橋涵結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,按照可能出現(xiàn)的作用,將其分為兩種作用效應(yīng)組合,即基本組合和偶然組合。作用效應(yīng)的基本組合是指永久作用設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)的組合。這種組合用于結(jié)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計,是所有公路橋涵結(jié)構(gòu)都應(yīng)該考慮的。作用設(shè)計值為作用的標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的分項系數(shù)。作用效應(yīng)的偶然組合是指永久作用標(biāo)準(zhǔn)值、可變作用代表值和一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)組合,視具體情況,也可不考慮可變作用效應(yīng)參與組合。作用效應(yīng)偶然組合用于結(jié)構(gòu)在特殊情況下的設(shè)計,所以不是所有公路橋涵結(jié)構(gòu)都要采用的,一些結(jié)構(gòu)也可采取構(gòu)造或其他預(yù)防措施來解決。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的作用(或荷載)效應(yīng)組合《通用規(guī)范》(JTGD60)規(guī)定,公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時,應(yīng)采用以下兩種作用效應(yīng)組合:1.基本組合

永久作用的設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)相組合,其效應(yīng)組合表達(dá)式為:

承載能力極限狀態(tài)下基本組合的作用效應(yīng)組合設(shè)計值;結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),對應(yīng)于設(shè)計安全等級一級、二級和三級的橋涵,分別取1.1,1.0和0.9;

第i個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù);分別為第i個永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值;汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)的分項系數(shù);分別為汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值;除汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)、風(fēng)荷載外的其他第j可變作用效應(yīng)的分項系數(shù);除汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)外的其他第j個可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值;除汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù);由于若干個獨立可變作用效應(yīng)同時出現(xiàn)的概率較小,故采用這一系數(shù)對這些作用效應(yīng)的組合予以折減,它隨著可變作用項數(shù)的增加而減少。

2偶然組合

永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與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)相組合。偶然作用的效應(yīng)分項系數(shù)取1.0;與偶然作用同時出現(xiàn)的可變作用,可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗取用適當(dāng)?shù)拇碇?。地震作用?biāo)準(zhǔn)值及其表達(dá)式按現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定采用。偶然組合用于結(jié)構(gòu)在特殊情況下(如地震)的設(shè)計,不是所有公路橋梁都要采用。《通用規(guī)范JTGD62》規(guī)定:需要考慮可變作用的短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合,其可變作用代表值采用頻遇值和準(zhǔn)永久值。眾所周知,正常使用極限狀態(tài)設(shè)計僅涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度,其結(jié)構(gòu)可靠度要比承載能力極限狀態(tài)低得多。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時的作用(或荷載)效應(yīng)組合可變作用的頻遇值是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值,但它比可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值小,實際上由標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1.0的頻遇值系數(shù)φ1得到??勺冏饔玫臏?zhǔn)永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的作用取值,但它比可變作用的頻遇值又要小一些,實際上是由標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于φ1的準(zhǔn)永久值系數(shù)φ2的得到。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時的作用(或荷載)效應(yīng)組合

1.作用短期效應(yīng)組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合,其效應(yīng)組合表達(dá)式為:

2.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,其效應(yīng)組合表達(dá)式為:

當(dāng)需對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行持久狀況和短暫狀況下的截面混凝土或鋼筋應(yīng)力計算時,除特別指明外,各作用效應(yīng)的分項系數(shù)應(yīng)取為1.0,各項應(yīng)力限值應(yīng)按各設(shè)計規(guī)范的相應(yīng)規(guī)定采用。

施工(幾何/物理)誤差客觀存在、材料性能也有一定離散性;各種

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