《A桥梁设计荷载》PPT课件.ppt

Chapter3第三章ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,前者为直接作用，也可称荷载；后者为间接作用（不宜称为荷载）新桥规（JTGD62-2004）,Theforceappliedonstructure:pointedordistributed施加在结构上的集中力或分布力（如汽车、结构自重等）,IntroductionAction(作用):,Thefactorsthatcauseorconstrainstructuraldeformation引起结构外加变形或约束变形的原因（如地震、基础不均匀沉降、温度变化等）。,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Action(作用),PermanentAction(永久作用),VariableAction(可变作用),AccidentalAction(偶然作用),Classificationoftheaction作用的分类按时间的变化情况,按对结构的反应情况（加速度的大小）作用可分为：StaticAction(静态作用)DynamicAction(动态作用),Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Chapter3ActionontheBridge作用分类,Thepermanentactionvarieslittleinservicetime在使用使用期内，其量值不随时间而变化，或其变化值与其平均值相比可以忽略不计的作用。,weightofthestructure结构物重力prestress预加应力*gravityofthesoil土的重力lateralforcefromthesoil土侧压力shrinkageandcreepofconcrete混凝土收缩及徐变作用deformationofthefoundation基础变位作用buoyancy水的浮力,3.1PermanentAction永久作用（恒载）,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Variableactionvariesasthetime在结构使用期内，其量值随时间变化，且其变化值与其平均值相比不可以忽略的作用。共11种:,3.2Variableaction(liveload)可变作用（活载）,Loadofthemotor汽车荷载*Impact汽车的冲击力*Centrifugalforce汽车的离心力*Braking汽车的制动力*Lateralforceofthesoilcausedbythemotor汽车引起的土侧压力Loadofthepedestrian人群荷载*Wind风荷载HydraulicPressureofflow流水压力Pressureofice冰压力Temperatureeffect温度作用Frictionofthebearing支座摩阻力,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor汽车荷载最主要的可变作用（活载）,NEXT,1)汽车荷载的组成与使用规定,新标准：汽车荷载分为公路-级和公路-级Loadofroadway车道荷载(均布荷载+集中荷载）Loadofvehicle车辆荷载桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,NEXT,)汽车荷载等级的使用规定,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor汽车荷载最主要的可变作用（活载）,NEXT,)theformofLoadofroadway车道荷载的计算图示,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor-Loadofroadway汽车荷载车道荷载,NEXT,)StandardLoadofroadway车道荷载的标准值,均布荷载标准值：10.5kN/m集中荷载：计算跨径小于等于5m时，180kN计算跨径大于等于50m时，360kN计算跨径在5至50m之间时，直线内插。剪力效应应再乘以1.2的系数。公路-级车道荷载的均布荷载的标准值和集中荷载标准值，为公路-级车道的0.75倍。,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor-Loadofroadway汽车荷载车道荷载,第三章桥梁的作用,NEXT,)车道荷载的加载方式,车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个影响线上峰值处。,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor-Loadofroadway汽车荷载车道荷载,NEXT,)车辆荷载的布置图示与规定：公路级和公路级汽车荷载采用同一车辆荷载标准值。,550kN汽车平面尺寸,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor-Loadofvehicle汽车荷载车辆荷载,NEXT,7)车辆荷载的技术指标如下表,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor-Loadofvehicle汽车荷载车辆荷载,NEXT,8)transversedistributionoftheLoadofthemotor车道荷载或车辆荷载的横向布置：横向布置的最大车道数不应超过设计规定的车道数,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor汽车荷载,NEXT,9)多车道横向折减系数当横向布置的车道数超过车道时，应按布置的车道数计算后乘以横向折减系数；但不得小于车道计算的结果，否则，以车道计算的结果为准。车道数2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.5,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor汽车荷载,NEXT,10)纵向折减系数的规定,施加于长跨桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径L150m时，应按表规定的纵向折减系数进行折减。当为多跨连续结构时，整个结构均应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。,表纵向折减系数,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.1Loadofthemotor汽车荷载,3.2.2Impactcausedbymotor(Coefficientofimpact)汽车冲击力（冲击系数）,NEXT,汽车荷载的冲击力Cause产生原因Howtotakeintoaccountoftheimpact?考虑的方法Howtocalculatetheaction?如何计算,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,NEXT,)Impactisrelatedwiththefrequencyofthestructure冲击力与结构的自振频率有关,Coefficientofimpactcalculationbasedonthepresentcode,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.2Impactcausedbymotor(Coefficientofimpact)汽车冲击力（冲击系数）,BACK,人群,3kN/m22.5kN/m2,人群荷载横向布置,kurb缘石,Widthofthesidewalk人行道宽,0.75kN/m,1.0kN/m,3kN/m22.5kN/m2,3.2.3Loadofthepedestrian人群荷载,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,50m-计算跨径-150m,Denselypopulatedarea行人密集地区：1.15倍系数,Bridgeforpedestrianonly专用人行桥：3.5kN/m2,NEXT,人群荷载标准值的规定:,1、当桥梁的计算跨径小于或等于50m时，取3.0KN/m2，当桥梁的计算跨径大于150m时，取2.5KN/m2，当桥梁的计算跨径在50m-150m之间时，线性内插计算。对跨径不等的连续结构，以最大计算跨为准.2、城市郊区行人密集区一般取上述值得1.15倍。3、专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5KN/m2。,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.3Loadofthepedestrian人群荷载,NEXT,1）汽车的离心力曲线桥梁且曲线半径250m如何计算,3.2.4Otherliveloads其他,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,BACK,Centrifugalaction车辆荷载的离心力directionandlocation作用方向及作用点,A,A,A-A,R,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.4Otherliveloads其他,BACK,桥规规定：制动力的标准值为布置在加载长度上计算总重力的10%，但公路-1级的制动力的标准值不得小于165KN；公路-2级的制动力的标准值不得小于90KN；多车道时，制动力为上述计算值进行横向折减（2-2；3-2.34；4-2.64）。,2）Brakingofmotor汽车制动力,1.2m,固定支座处,滑动支座处,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,BACK,桥规仅对中、小跨径桥梁的平均风压做了规定，对大跨桥梁一般要进行专门的抗风设计和研究,风产生的效应,3）LoadofWind风荷载,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.4其他,NEXT,4)温度作用（次内力）：均匀温度和梯度温度,温度影响力指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。温度的变化可分为（年平均）气温变化和温差两种情况，前者可说明结构在一年中的温度变化，后者则可解释为结构截面上的不同点或不同构件之间的温差。对静定结构，气温的变化通常只会导致结构的伸长或缩短；在超静定结构中，由于气温的变化引起的变形受到约束，导致结构产生相应的附加力。由于日照、骤冷等天气情况引起的温差对静定结构或超静定结构均可能产生附加力。气温变化的幅度，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定。,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.4其他,NEXT,4)温度作用（次内力）：均匀温度的计算从结构合龙时的温度算起，考虑最高和最低有效温度的作用效应。有效温度的标准值见下表,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.4其他,NEXT,4)温度作用（次内力）：梯度温度效应的计算,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.2.4其他,NEXT,4)温度作用（次内力）：梯度温度效应的计算,计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，可采用竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的最高温度T1规定于表。对混凝土结构，当梁高H小于400mm时，图中A=H-100（mm）；梁高H不小于400mm时，A=300mm。对带混凝土桥面板的钢结构，A=300mm。混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,AnAccidentalActionissuchanactionthatitoccurswithuncertainty.Ifitoccurs,itwouldlastsforaveryshorttimebutwithgreateffectsonthestructure,evenresultsinthefailureofthestructure偶然作用是在设计使用期内不一定出现，但一旦出现，其持续时间很短而数值很大的作用。偶然作用会对结构的安全产生非常大的影响,Earthquake地震作用：地震动峰值加速度大于0.10g的地区应做抗震设计Bumpoftheboatorfloat船只或漂流物的撞击力：大小与航道等级有关Bumpofthemotor汽车撞击作用：1000KN（行驶方向）500KN（垂直方向）,3.3AccidentalAction偶然作用,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Onetypicalcaseofthebridgefailureresultedfromthebumpoftheboat船只或漂流物的撞击力给桥梁产生的破坏实例。,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Designtheoryforthebridgestructure桥涵结构的设计理论A）allowancestressmethod容许应力法弹性理论为基础B）ultimatestatemethod极限状态法考虑材料的弹塑性性能的可靠度理论：承载能力极限状态和正常使用极限状态,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,3.4.1Reviewofthedesignmethod设计方法回顾,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Alltheactionswillnotalwaysoccurandwillnotoccurinthesametime.Sotofindcombinationofdifferentactionisnecessary.前述的各种作用并不是在所有时期内同时出现的，因此将不同作用效应进行合理组合是必要的。,Theultimatestateisthespecificstateforthestructureoritscomponentthatwhenbeyondthestateborder,thestructureoritscomponentwouldnotsatisfythefunctionsetbythedesigncode.极限状态是指整体结构或构件的某一特定状态，超过这一状态限界，结构或构件就不能满足设计规定的某一功能要求。可靠性：承载能力极限状态安全性（强度、稳定、疲劳）正常使用极限状态适用性和耐久性（扰度、抗裂和裂缝宽度）,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.4.1Reviewofthedesignmethod设计方法回顾,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,根据桥涵在施工和使用过程中面临的不同情况，桥涵设计分为3种设计状况：1）持久状况（持续时间长的作用）：必须进行两种极限状态设计2）短暂状况（临时作用）：一般只作承载能力极限状态设计3）偶然状况（偶然作用）：只作承载能力极限状态设计,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,3.4.1Reviewofthedesignmethod设计方法回顾,公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。1.永久作用应采用标准值作为代表值。2.可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值为可变作用的代表值。3.偶然作用取其标准值为代表值。,作用的取值,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,3.4.1Reviewofthedesignmethod设计方法回顾,1、永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确定。2、可变作用的标准值应按规范规定采用。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数3、偶然作用应根据试验资料，结合工程经验确定其标准值。4、作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数,作用的代表值取用,3.4.1Reviewofthedesignmethod设计方法回顾,Definition:,作用效应组合是指在确定出各种桥梁作用后，需要根据作用特性、桥梁结构特性、施工方法以及桥位处的环境等因素来决定各种作用的取舍以及它们同时作用的可能性。,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,1）只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需作不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。,TheprinciplesoftheEffectCombinationoftheactions作用效应组合的原则,2）当可变作用的出现对结构或构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。,3）施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具均应作为临时荷载加以考虑。,4）多个偶然作用不同时参与组合。,5）钢筋混凝土和预应力混凝土结构在进行结构构件的承载能力极限状态设计时，可不考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应参与组合；基础变位作用是否参与组合视具体情况确定；拱桥仍应考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应和基础变位作用的组合。,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,3.4.2Combinationundertheultimatestateofcapacity承载能力极限状态下的组合：基本组合和偶然组合,永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：,（1）PrimaryCombination基本组合,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,结构重要性系数，按规范表1.0.9规定的结构设计安全等级采用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9；汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第4.3.5条规定的人行道板等局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风荷载的分项系数取1.1；,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.4.2Combinationundertheultimatestateofcapacity承载能力极限状态下的组合：基本组合和偶然组合,Chapter3ActionontheBridge桥梁上的作用,3.4EffectCombinationoftheactions作用效应组合,（1）PrimaryCombination基本组合,1.2恒荷载+1.4汽车荷载1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.81.4人群荷载1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.7（1.4人群荷载+1.1风荷载）1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.6（1.4人群荷载+1.1风荷载+1.4土压力）1.2恒荷载+1.4汽车荷载+0.5（1.4人群荷载+1.1风荷载+1.4土压力+1.4汽车制动力）,基本组合表达式（举例解释）,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,（1）PrimaryCombination基本组合,永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按公路工程抗震设计规范JTJ004规定采用。,SCHOOLOFTRANSPORTATION,WUTPRODUCEDBY：XJCHEN,3.4.2Combinationundertheultimatestateofcapaci