A桥梁设计荷载PPT教学课件

1、Action(作用)Permanent Action(永久作用)Variable Action(可变作用)Accidental Action(偶然作用) Classification of the action 作用的分类作用的分类 按时间的变化情况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： Static Action (静态作用) Dynamic Action (动态作用)Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第1页/共45页1 1永久作

2、用永久作用结构重力（包括结构附加重力）结构重力（包括结构附加重力）预加应力预加应力土的重力土的重力土侧压力土侧压力混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩及徐变作用水的浮力水的浮力基础变位作用基础变位作用2 23 34 45 56 67 78 8可变作用可变作用汽车荷载汽车荷载汽车冲击力汽车冲击力汽车离心力汽车离心力汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力人群荷载人群荷载风荷载风荷载汽车制动力汽车制动力流水压力流水压力冰压力冰压力温度影响力温度影响力 支座摩阻力支座摩阻力9 91010111112121313141415151616171718181919 偶然作用偶然作用 地震作用地震作用船只或飘流物撞击

3、力船只或飘流物撞击力汽车撞击作用汽车撞击作用20202121Chapter 3 Action on the Bridge 作用分类作用分类第2页/共45页The permanent action varies little in service time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。 永久作用7种：n weight of the structure 结构物重力n prestress 预加应力*n gravity of the soil 土的重力n lateral force from the soil 土侧压力n shrinkage and

4、creep of concrete混凝土收缩及徐变作用n deformation of the foundation基础变位作用n buoyancy水的浮力3.1 Permanent Action 永久作用（恒永久作用（恒载）载）Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第3页/共45页Variable action varies as the time 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:3.2 Variable

5、 action (live load) 可变作用（活载）可变作用（活载）n Load of the motor *n Impact 汽车的冲击力*n Centrifugal force 汽车的离心力*n Braking 汽车的制动力*n Lateral force of the soil caused by the motor汽车引起的土侧压力n Load of the pedestrian 人群荷载*nWind 风荷载n Hydraulic Pressure of flow流水压力n Pressure of ice冰压力n Temperature effect温度作用n Friction o

6、f the bearing支座摩阻力Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第4页/共45页3.2.1 Load of the motor 最主要的可变作用（活载）NEXT1 ) Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第5页/共45页NEXT ) Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHO

7、OL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load of the motor 最主要的可变作用（活载）第6页/共45页NEXT ) the form of Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load of the motor- 车道荷载第7页/共45页NEXT ) Standard Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRAN

8、SPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load of the motor- 车道荷载第8页/共45页第三章 桥梁的作用NEXT ) SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load of the motor- 车道荷载第9页/共45页NEXT ) 1.82.5.015.01.41.47.0550kN汽车平面尺寸Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CH

9、EN3.2.1 Load of the motor- 车辆荷载第10页/共45页NEXT7 ) Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load of the motor- 车辆荷载第11页/共45页NEXT8 ) transverse distribution of the Load of the motor桥桥 面面 宽宽 度度 W W（m m）桥涵设计车道数桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆单向行驶时车辆双向行驶时车辆双向行驶时W W7.07.0

10、7.0W7.0W10.510.510.5W10.5W14.014.014.0W14.0W17.517.517.5W17.5W21.021.021.0W21.0W24.524.524.5W24.5W28.028.028.0W28.0W31.531.56.0W6.0W14.014.014.0W14.0W21.021.021.0W21.0W28.028.028.0W28.0W35.035.01 12 23 34 45 56 67 78 8Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J

11、 CHEN3.2.1 Load of the motor第12页/共45页NEXT9) 多车 ；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 2 3 4 5 6 7 8横向折减系数Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load of the motor第13页/共45页NEXT10 ) 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L150mL150m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

12、按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。表表 纵向折减系数纵向折减系数计算跨径计算跨径L L（m m）纵向折减系数纵向折减系数 计算跨径计算跨径L L（m m） 纵向折减系数纵向折减系数150L150L400400400L400L600600600L600L8008000.970.970.960.960.950.95800L800L10001000L1000L10000.940.940.930.93Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.1 Load

13、 of the motor第14页/共45页3.2.2 Impact caused by motor (Coefficient of impact) NEXT汽车荷载的冲击力n Cause 产生原因n How to take into account of the impact? 考虑的方法n How to calculate the action? 如何计算Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第15页/共45页NEXT ) Impact is relate

14、d with the frequency of the structure Coefficient of impact calculation based on the present code Hzf5.1HzfHz145.10157.0ln1767.0fHzf14=0.05=0.45Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.2 Impact caused by motor (Coefficient of impact) 第16页/共45页BACK人群3

15、kN/m2 2.5kN/m2人群荷载横向布置kurb缘石Width of the sidewalk 人行道宽0.75kN/m1.0kN/m3kN/m2 2.5kN/m23.2.3 Load of the pedestrian Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN50m-计算跨径-150mDensely populated area 行人密集地区：1.15倍系数Bridge for pedestrian only 专用人行桥： 3.5kN/m2第17页/共45

16、页NEXTChapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.3 Load of the pedestrian 第18页/共45页NEXT1）汽车的离心力n曲线桥梁且曲线半径250mn如何计算 H=CP C 为离心系数， V 为计算行车速度，按桥梁所在线路等级规定取定，km/h R 为曲线半径，m 车道数大于2时，按前述表折减。RVC12723.2.4 Other live loads Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCH

17、OOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第19页/共45页BACKCentrifugal action车辆荷载的离心力n direction and location 作用方向及作用点AA1. 2mA-ARChapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.2.4 Other live loads 第20页/共45页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

18、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）Braking of motor 汽车制动力汽车制动力1.2m固定支座处滑动支座处Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第21页/共45页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 平均风压 脉动风压 周期风压采用静力计算方法采用随机振动理论计算采用空气

19、动力学理论计算3）Load of Wind 风荷风荷载载Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第22页/共45页3.2.4 NEXT4 ) Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第23页/共45页3.2.4 NEXT4 ) 气温分区气温分区钢桥面板钢桥面板钢桥钢桥混凝土桥面板混凝土桥面板钢桥钢桥混凝土、石桥混凝土、石桥最高最高

20、最低最低最高最高最低最低最高最高最低最低严寒地区严寒地区4646-43-433939-32-323434-23-23寒冷地区寒冷地区4646-21-213939-15-153434-10-10温热地区温热地区4646-9-9(-3)(-3)3939-6-6(-1)(-1)3434-3-3（0 0）Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第24页/共45页3.2.4 NEXT4 ) T T1 1（）T T2 2（）混凝土铺装混凝土铺装25256.76.750mm5

21、0mm沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层20206.76.7100mm100mm沥青混凝土铺装层沥青混凝土铺装层14145.55.5Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第25页/共45页3.2.4 NEXT4 ) 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

22、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。Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第26页/共45页An Accidental Action is such an action that it occurs with uncertainty. If it occurs, it would lasts for a very short time but with great effects

23、 on the structure, even results in the failure of the structure 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n 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n Bump of the boat or float船只或漂流物的撞击力：大小与航道等级有关n Bump of the motor 汽车撞击作用： 1000KN（行驶方向） 500KN（垂直方向） 3.3 Accidental Action 偶然作用偶然作用Chapt

24、er 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第27页/共45页One typical case of the bridge failure resulted from the bump of the boat 船只或漂流物的撞击力给桥梁产生的破坏实例。Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN第28页/共45页Design theory for

25、the bridge structure桥涵结构的设计理论 A）allowance stress method容许应力法弹性理论为基础B）ultimate state method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3.4 Effect Combination of the actions 作用作用效应组合效应组合3.4.1 Review of the design method 设计方法回顾Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：

26、X J CHENAll the actions will not always occur and will not occur in the same time. So to find combination of different action is necessary. 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。第29页/共45页The ultimate state is the specific state for the structure or its component that when beyond the state border

27、 ,the structure or its component would not satisfy the function set by the design code.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）Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.4.1 Review of the

28、design method 设计方法回顾3.4 Effect Combination of the actions 作用效应作用效应组合组合第30页/共45页 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 Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.4 Effect Com

29、bination of the actions 作用效作用效应组合应组合3.4.1 Review of the design method 设计方法回顾第31页/共45页 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。

30、作用的取值作用的取值3.4 Effect Combination of the actions 作用效应组合3.4.1 Review of the design method 设计方法回顾第32页/共45页1 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 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 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 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

31、代表值取用作用的代表值取用3.4.1 Review of the design method 设计方法回顾第33页/共45页Definition :作用效应组合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。 SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.4 Effect Combination of the actions 作用效应组合第34页/共45页 1 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

32、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。The principles of the Effect Combination of the actions作用效应组合的原则作用效应组合的原则 2 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 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 4）多个偶然作用不同时参与组合。 5 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

33、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。SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.4 Effect Combination of the actions 作用效应组合第35页/共45页3.4.2 Combination under the ultimate state of capacity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：)(2111QjknjQjcKQQGiKmiGioudSSSS)(211njQjdcdQmiGidoud

34、SSSS（1 1）Primary Combination 基本组合SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHENChapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用3.4 Effect Combination of the actions 作用效应作用效应组合组合第36页/共45页 结构重要性系数，按规范表1.0.91.0.9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1.11.1、1.01.0和0.90.9； 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取1.41.4。当某个可变作用在效应

35、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 j个可变作用效应（含本规范第4.3.54.3.5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1.41.4，但风荷载的分项系数取1.11.1； SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.4.2 Combination under the ultimate state of

36、 capacity承载能力极限状态下的组合：基本组合和偶然组合Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用3.4 Effect Combination of the actions 作用效作用效应组合应组合（1 1）Primary Combination 基本组合第37页/共45页n1.21.2恒荷载+1.4 +1.4 汽车荷载n1.2 1.2 恒荷载+1.4 +1.4 汽车荷载+0.8 +0.8 1.4 1.4 人群荷载n1.2 1.2 恒荷载+1.4 +1.4 汽车荷载+0.7 +0.7 （1.4 1.4 人群荷载+ + 1.1 1.1 风荷载）n1.2 1.

37、2 恒荷载+1.4 +1.4 汽车荷载+0.6 +0.6 （1.4 1.4 人群荷载+ + 1.1 1.1 风荷载+ 1.4 + 1.4 土压力）n1.2 1.2 恒荷载+1.4 +1.4 汽车荷载+0.5 +0.5 （1.4 1.4 人群荷载+ + 1.1 1.1 风荷载+1.4 +1.4 土压力+1.4 +1.4 汽车制动力）基本组合表达式（举例解释）SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN（1 1）Primary Combination 基本组合第38页/共45页 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

38、应相组合。 偶然作用的效应分项系数取1.01.0；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JTJ004JTJ004规定采用。SCHOOL OF TRANSPORTATION, WUT PRODUCED BY：X J CHEN3.4.2 Combination under the ultimate state of capacity Accidental Combination 偶然组合Chapter 3 Action on the Bridge 桥梁上的作用3.4 Effect Combination of the actions 作用效作用效应组合应组合第39页/共45页3.4.3