《橋梁的設(shè)計(jì)荷》課件

橋梁的設(shè)計(jì)荷本課件將介紹橋梁設(shè)計(jì)的基本原理,包括橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、不同類型的荷載及其特點(diǎn),以及如何確定荷載組合和進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。同時(shí)還會提供幾種典型橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)例,并概括橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展。ppbypptppt課件大綱基本原理介紹橋梁設(shè)計(jì)的基本原理,包括橋梁結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成和不同類型荷載的特點(diǎn)。荷載確定詳細(xì)講解如何確定不同種類的橋梁設(shè)計(jì)荷載,包括永久荷載、活荷載、風(fēng)荷載等。荷載組合介紹常用的荷載組合方式,以及極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。1.橋梁設(shè)計(jì)的基本原理橋梁結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成橋梁主要由上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)組成。上部結(jié)構(gòu)包括橋面、主梁、橫梁等承重構(gòu)件,用于承受車輛和行人的活荷載。下部結(jié)構(gòu)包括橋墩和橋臺,用于將上部荷載傳遞至地基。這些結(jié)構(gòu)元素需要協(xié)調(diào)配合,共同完成橋梁的承載和傳力功能。荷載的種類和特點(diǎn)橋梁結(jié)構(gòu)需要承受各種類型的荷載,包括永久荷載、活荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載和地震荷載等。不同性質(zhì)的荷載有各自的作用機(jī)理和特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮各種荷載的作用效果。合理確定各項(xiàng)荷載是橋梁安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。1.1橋梁結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成橋墩與橋臺橋梁的下部結(jié)構(gòu)包括橋墩和橋臺,負(fù)責(zé)將上部荷載安全傳遞至地基。橋墩和橋臺必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度,以穩(wěn)定支撐主梁和整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)。主梁與橫梁橋梁的上部結(jié)構(gòu)由承重主梁和連接主梁的橫梁組成。主梁承擔(dān)絕大部分的彎曲和剪切應(yīng)力,是橋梁的核心部分。橫梁負(fù)責(zé)將荷載傳遞到主梁。橋面與橋欄橋面是橋梁的行走表面,用以承擔(dān)來自車輛和行人的活荷載。橋欄則起到保護(hù)作用,防止車輛和行人從橋上墜落。橋面和橋欄需要滿足使用安全和美觀性要求。1.2荷載的種類和特點(diǎn)永久荷載由橋梁自重、路面鋪裝荷載等組成的持久性荷載。它們始終作用于橋梁結(jié)構(gòu),不隨時(shí)間和使用情況而變化?；詈奢d包括車輛荷載和行人荷載等,是可變的外部作用力。它們會隨車輛行駛或人員活動而發(fā)生變化。環(huán)境荷載如風(fēng)荷載、溫度荷載和地震荷載等,來自自然環(huán)境的作用力。它們具有不確定性和動態(tài)性特點(diǎn)。2.橋梁設(shè)計(jì)荷載的確定11.永久荷載永久荷載包括橋梁自重和路面鋪裝荷載等,這些荷載始終作用于橋梁結(jié)構(gòu)并不隨時(shí)間變化。正確計(jì)算永久荷載是確保橋梁安全性的基礎(chǔ)。22.活荷載活荷載包括車輛荷載和行人荷載,它們會隨車輛行駛和人員活動而發(fā)生變化。準(zhǔn)確預(yù)測活荷載對橋梁抗剪和抗彎能力的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。33.環(huán)境荷載環(huán)境荷載包括風(fēng)荷載、溫度荷載和地震荷載等,這些來自自然環(huán)境的作用力具有不確定性和動態(tài)性。對此類荷載的精準(zhǔn)分析對穩(wěn)定性設(shè)計(jì)很重要。2.1永久荷載1自重荷載包括橋梁結(jié)構(gòu)自身的重量,如鋼筋混凝土主梁、橫向支承梁等。自重荷載是永久荷載的主要組成部分。2路面荷載由路面鋪裝材料如瀝青、水泥等的重量所產(chǎn)生的永久荷載。路面荷載隨著使用年限和維護(hù)情況而有所變化。3附屬設(shè)施荷載橋梁上的防撞設(shè)施、橋梁照明等附屬工程的重量也屬于永久荷載的一部分,需要考慮在設(shè)計(jì)中。2.2活荷載車輛荷載車輛行駛時(shí)會產(chǎn)生垂直荷載、橫向作用力和動載影響。需要根據(jù)不同類型車輛及其密度進(jìn)行計(jì)算和綜合考慮。行人荷載人員在橋面上的活動會產(chǎn)生不同強(qiáng)度和分布的垂直荷載。設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)測橋面使用強(qiáng)度和密度。特殊荷載一些特殊使用場合下會產(chǎn)生其他類型的活荷載,如施工荷載、事故撞擊荷載等,也需要納入設(shè)計(jì)考慮范疇。2.3風(fēng)荷載風(fēng)荷載的特點(diǎn)風(fēng)荷載是由于風(fēng)力作用于橋梁結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的動態(tài)荷載。它具有不確定性和突發(fā)性,易引起橋梁的共振與振動。因此，對風(fēng)荷載的準(zhǔn)確評估和控制非常重要。風(fēng)荷載的作用機(jī)理風(fēng)荷載會產(chǎn)生正壓力和負(fù)壓力,分別作用于橋梁上部和下部結(jié)構(gòu)。這些風(fēng)壓力會引起橋梁整體及局部構(gòu)件的彎曲、扭轉(zhuǎn)和振動,從而影響其承載能力和穩(wěn)定性。風(fēng)荷載的分析方法通過對風(fēng)速、氣壓分布、湍流特性等因素的分析,可以采用靜力學(xué)或動力學(xué)方法預(yù)測和模擬橋梁在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng),從而進(jìn)行安全可靠的設(shè)計(jì)。2.4溫度荷載溫度變化作用溫度變化會導(dǎo)致橋梁材料體積的熱脹冷縮,進(jìn)而引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力變化和變形。對橋梁的穩(wěn)定性和使用性能有重要影響。溫度荷載特點(diǎn)溫度荷載具有不確定性和動態(tài)變化的特點(diǎn),可能由日照、氣溫、輻射等因素引起。需要采用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析預(yù)測。溫度荷載分析根據(jù)氣象數(shù)據(jù)及橋梁幾何參數(shù),應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論精確計(jì)算橋梁各部位的溫度變化,進(jìn)而推算產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和位移。2.5地震荷載地震荷載的特點(diǎn)地震荷載是由于地殼運(yùn)動引起的動態(tài)荷載,具有不確定性強(qiáng)、作用時(shí)間短暫、加速度大等特點(diǎn)。它會對橋梁結(jié)構(gòu)造成沖擊性破壞,引發(fā)整體傾覆或局部崩塌。正確認(rèn)知地震荷載是關(guān)鍵。地震荷載的作用機(jī)理地震會在橋梁基礎(chǔ)處產(chǎn)生水平和垂直方向的加速度,導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生復(fù)雜的動態(tài)響應(yīng)。同時(shí)還會引發(fā)橋梁與地基之間的相對位移。這些因素都需要在設(shè)計(jì)中綜合考慮。3.荷載組合的確定常用荷載組合方式在橋梁設(shè)計(jì)中,需要綜合考慮不同類型荷載的協(xié)同作用,采用合理的荷載組合方式進(jìn)行分析和驗(yàn)算。常見的組合方法包括特征值、極限狀態(tài)等。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法基于對橋梁結(jié)構(gòu)在極限工況下的極限承載能力和極限變形進(jìn)行分析的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,可以更準(zhǔn)確地評估結(jié)構(gòu)的可靠性。這是當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)的主流方法。荷載組合的確定在實(shí)際設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)橋梁類型、使用環(huán)境等因素,選擇合適的荷載組合方法,并按照規(guī)范要求進(jìn)行嚴(yán)格的荷載組合分析計(jì)算。這是保證橋梁安全可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3.1常用荷載組合方式特征值組合根據(jù)荷載的特征值進(jìn)行疊加計(jì)算,普遍適用于各類常規(guī)橋梁工程的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。這種組合方法簡單易用,但較為保守。概率組合根據(jù)各荷載發(fā)生概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,構(gòu)建聯(lián)合概率分布模型,確定最不利荷載組合。這種方法更貼近實(shí)際,但計(jì)算較為復(fù)雜。極限狀態(tài)組合按照極限承載能力和極限變形狀態(tài)進(jìn)行組合分析,能更精準(zhǔn)地評估橋梁在極端工況下的可靠性。這是當(dāng)前橋梁設(shè)計(jì)的主流方法。偶然組合考慮橋梁在罕見事件如碰撞、爆炸等作用下的極限承載能力,確保在極端條件下仍能保持足夠的安全儲備。3.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法承載能力分析極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法通過評估橋梁結(jié)構(gòu)在極限工況下的極限承載能力,確保其不會發(fā)生整體或局部失效。這需要對材料強(qiáng)度、構(gòu)件受力等因素進(jìn)行深入分析和推算。變形性能評估除了承載能力,該方法還關(guān)注橋梁在極限狀態(tài)下的變形和位移控制,確保其使用性能和穩(wěn)定性滿足要求。這需要考慮材料非線性、幾何非線性等因素?？煽啃岳碚搼?yīng)用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法融合了可靠性理論,可以更準(zhǔn)確地評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠程度。這為合理控制結(jié)構(gòu)安全水平、降低工程成本提供了有效途徑。4.橋梁結(jié)構(gòu)受力分析1靜力學(xué)分析通過靜力學(xué)原理,分析橋梁上部結(jié)構(gòu)在永久荷載和活荷載等靜態(tài)作用下的應(yīng)力分布和變形狀態(tài),為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2動力學(xué)分析利用動力學(xué)理論,研究橋梁在風(fēng)荷載、地震荷載等動態(tài)作用下的振動響應(yīng),評估結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性和抗震能力。3計(jì)算方法可采用手算方法、有限元分析等手段進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的受力分析,并輔以建模仿真技術(shù),以提高分析的準(zhǔn)確性。4.1靜力學(xué)分析應(yīng)力分析利用靜力學(xué)理論,可以計(jì)算橋梁上部結(jié)構(gòu)在各類靜態(tài)荷載作用下的內(nèi)力分布和應(yīng)力狀態(tài),為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。變形分析通過靜力學(xué)計(jì)算,可以預(yù)測橋梁的位移和變形情況,確保結(jié)構(gòu)的安全性和使用性能滿足要求。計(jì)算方法靜力學(xué)分析可采用手算方法、圖解法等簡單手段,也可利用有限元分析等數(shù)值模擬手段提高計(jì)算精度。4.2動力學(xué)分析動態(tài)響應(yīng)分析動力學(xué)分析通過建立橋梁的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算其在風(fēng)荷載、地震荷載等動態(tài)作用下的振動響應(yīng)特征,如共振頻率、振幅、加速度等。這對評估橋梁的動力穩(wěn)定性和抗震性能至關(guān)重要。時(shí)域分析時(shí)域分析法通過考慮荷載的動態(tài)特性,如荷載的幅值、頻率、持續(xù)時(shí)間等,計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)響應(yīng),為精準(zhǔn)評估橋梁抗震性能提供依據(jù)。模態(tài)分析模態(tài)分析可以確定橋梁的固有頻率和振型,預(yù)測其在動態(tài)荷載作用下的共振風(fēng)險(xiǎn),為調(diào)整橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供重要參考。5.橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)注橋梁主梁、橋面等部件的尺寸、材料、構(gòu)造等,確保其承載能力、剛度、穩(wěn)定性滿足要求。需綜合考慮荷載組合、受力特點(diǎn)等因素。2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及墩柱、基礎(chǔ)等部位的尺寸、形式、鋼筋配置等,確保整個(gè)橋梁的整體性和穩(wěn)定性。還需分析基礎(chǔ)與地基的相互作用。3設(shè)計(jì)優(yōu)化在設(shè)計(jì)過程中,需要反復(fù)計(jì)算分析,優(yōu)化各部件的尺寸、材料等參數(shù),實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載能力、經(jīng)濟(jì)性、施工性等目標(biāo)的平衡。5.1上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主梁設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是主梁的尺寸、材料和受力特性。需要根據(jù)荷載組合情況,采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法合理確定主梁的截面尺寸和鋼筋配置,確保其具有足夠的承載能力。橋面設(shè)計(jì)橋面作為上部結(jié)構(gòu)的重要組成部分,其厚度、材料選擇和配筋情況直接影響了整個(gè)橋梁的剛度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)需要兼顧承載力、使用性能和耐久性。連接設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)各部件之間的連接方式也是設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。需要確保連接處的強(qiáng)度、剛度和變形協(xié)調(diào)性,確保整個(gè)上部結(jié)構(gòu)能夠整體共同工作。優(yōu)化方法在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,可采用參數(shù)化建模、有限元分析等先進(jìn)手段,優(yōu)化梁柱截面、鋼筋布置等關(guān)鍵參數(shù),使結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳平衡。5.2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墩柱設(shè)計(jì)下部結(jié)構(gòu)的核心是墩柱的尺寸、材料和構(gòu)造。需要根據(jù)上部荷載和地基條件確定墩柱的截面尺寸、鋼筋布置等,確保其具有足夠的承載能力和穩(wěn)定性?；A(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)關(guān)注其布置形式、尺寸和鋼筋配置,以確保整個(gè)下部結(jié)構(gòu)與地基能夠可靠地傳遞荷載,滿足承載能力和沉降控制的要求。結(jié)構(gòu)整體性下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需考慮上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性,確保整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)能夠作為一個(gè)整體進(jìn)行受力傳遞和變形協(xié)調(diào)。6.1簡支梁橋設(shè)計(jì)主梁設(shè)計(jì)簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)以主梁為核心,主梁的尺寸、材料和受力特性直接影響整個(gè)橋梁的承載能力。應(yīng)根據(jù)荷載條件合理確定主梁截面，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行深入分析。橋面設(shè)計(jì)橋面作為上部結(jié)構(gòu)重要組成部分,需要考慮承載力、使用性能和耐久性。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)化其厚度、材料和配筋情況,確保整體剛度和穩(wěn)定性。支座設(shè)計(jì)簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)通過支座連接。支座的設(shè)計(jì)應(yīng)確保承載能力、變形協(xié)調(diào)性,確保整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠整體協(xié)同工作。6.1簡支梁橋設(shè)計(jì)主梁設(shè)計(jì)簡支梁橋的上部結(jié)構(gòu)以主梁為核心。主梁的尺寸、材料和受力特性直接影響整個(gè)橋梁的承載能力。應(yīng)根據(jù)荷載條件合理確定主梁截面，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行深入分析,確保主梁具有足夠的強(qiáng)度和剛度。橋面設(shè)計(jì)橋面作為簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)的重要組成部分,需要兼顧承載力、使用性能和耐久性。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)化其厚度、材料和配筋情況,確保整體剛度和穩(wěn)定性,滿足行車舒適性的要求。支座設(shè)計(jì)簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)通過支座連接。支座的設(shè)計(jì)應(yīng)確保承載能力、變形協(xié)調(diào)性,確保整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠可靠地傳遞荷載,實(shí)現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)的整體性能。6.2連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)多跨靈活性連續(xù)梁橋采用多個(gè)跨徑的連續(xù)支承形式,相比簡支梁橋具有更高的整體剛度和承載能力,更加靈活適應(yīng)地形條件。連接設(shè)計(jì)連續(xù)梁橋各跨徑通過特殊的連接方式連接,需要確保連接處的強(qiáng)度和剛度,確保整體結(jié)構(gòu)的整體性和協(xié)調(diào)工作。結(jié)構(gòu)分析連續(xù)梁橋的受力分析更加復(fù)雜,需要采用有限元分析等高級手段準(zhǔn)確預(yù)測內(nèi)力分布和變形狀態(tài),為安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。6.3拱橋設(shè)計(jì)力學(xué)特點(diǎn)拱橋以其獨(dú)特的力學(xué)機(jī)制在橋梁結(jié)構(gòu)中占有重要地位。拱橋以整體受拱形作用力的方式傳遞荷載,相比梁橋具有更高的整體剛度和承載能力。優(yōu)化設(shè)計(jì)拱橋設(shè)計(jì)需要精細(xì)計(jì)算拱肋的截面尺寸、材料強(qiáng)度等參數(shù),以達(dá)到最佳的承載性能與經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)還需優(yōu)化拱肋的空間布置,滿足工程要求。構(gòu)造形式常見的拱橋形式有實(shí)心拱、網(wǎng)拱、空心拱等。每種形式都有其特點(diǎn),需要根據(jù)具體條件選擇合適的類型。同時(shí)還需關(guān)注拱肋與橋面的連接方式?；A(chǔ)設(shè)計(jì)拱橋的下部結(jié)構(gòu)也很關(guān)鍵。需要根據(jù)地質(zhì)條件合理選擇基礎(chǔ)形式,確保拱肋的穩(wěn)定性和整體結(jié)構(gòu)的安全性?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮荷載傳遞機(jī)制。7.橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范1國內(nèi)外主要設(shè)計(jì)規(guī)范國內(nèi)主要有《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》等,國外有AASHTO、歐洲EN等。這些規(guī)范規(guī)定了橋梁的設(shè)計(jì)原理、荷載組合、構(gòu)造要求等,是橋梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)。2規(guī)范的發(fā)展趨勢隨著工程實(shí)踐和技術(shù)進(jìn)步,橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范不斷更新完善。體現(xiàn)趨勢包括性能化設(shè)計(jì)、可靠性理論、BIM應(yīng)用等,以提高橋梁的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。3規(guī)范的選用與適用在具體設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)、橋梁類型等因素,選擇適用的設(shè)計(jì)規(guī)范。同時(shí)還應(yīng)關(guān)注地方性的補(bǔ)充條文和修訂動態(tài)。7.1國內(nèi)外主要設(shè)計(jì)規(guī)范國內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范我國主要有《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》等,涵蓋了橋梁的荷載組合、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)造要求等核心內(nèi)容,是橋梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)。國外設(shè)計(jì)規(guī)范國外主要有AASHTO、歐洲EN等設(shè)計(jì)規(guī)范,在橋梁承載力、耐久性、使用性能等方面提出了詳細(xì)要求,并不斷更新完善。規(guī)范對比分析不同國家和地區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范存在差異,需要根據(jù)工程實(shí)際情況選用合適的規(guī)范,并關(guān)注地方性補(bǔ)充條文。7.2規(guī)范的發(fā)展趨勢性能化設(shè)計(jì)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范逐步向性能化方向演進(jìn),更注重橋梁的