桥梁上的作用课件资料

1、1河南理工大学土木工程学院桥梁工程系桥梁工程徐海南理工大学2第四章 桥梁上的作用3一、桥梁作用分类作用的定义:引起桥涵结构反应的各种原因.直接作用:车辆、人群、结构自重等间接作用:地震、徐变、墩台变位、温度等,其效应与结构特性有关设计三大步：确定结构计算模式、选定荷载、结构分析计算我国目前的公路设计规范划分：永久作用、可变作用、偶然作用、地震作用4（一） 永久作用结构使用期间,其量值不随时间变化或其变化值与平均值相比可忽略不计的作用.编 号作 用 分 类作 用 名 称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩和徐变作用6水的浮力7基

2、础变位作用5（二） 可变作用结构使用期间,其量值随时间变化且其变化值与平均值相比不可忽略的作用编 号作 用 分 类作 用 名 称8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力19疲劳荷载20波浪力6一、 汽车荷载1.汽车荷载分为公路I级和公路II级两个等级公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路荷载等级公路I级公路I级公路I级公路II级公路II级二级公路为集散公路且重型车辆少时，其桥涵设计可采用公路II级荷载。72.汽车荷载由车辆荷载和车道荷载两部分组成，车道荷

3、载由均布荷载和集中荷载两部分组成。车道荷载1）公路I级车道荷载qk=10.5kN/m；集中荷载标准值Pk取值如下图，计算剪力效应时，集中荷载标准值Pk乘以系数1.2。82.汽车荷载由车辆荷载和车道荷载两部分组成，车道荷载由均布荷载和集中荷载两部分组成。车道荷载1）公路I级车道荷载qk=10.5kN/m；集中荷载标准值Pk取值如下图，计算剪力效应时，集中荷载标准值Pk乘以系数1.2。2）公路II级车道荷载的均布及集中荷载均取公路I级的0.75倍。3）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峰值处。例:图示为机动法（挠度图法）

4、作出的连续梁的各种影响线 。FR5影响线M3影响线Mi影响线FQi影响线FQ2右影响线FQ2左影响线11车辆荷载项目单位技术指标项目单位技术指标车辆重力标准值kN550轮距m1.8前轴重力标准值kN30前轮着地宽度及长度m0.3x0.2中轴重力标准值kN2x120中轮着地宽度及长度m0.6x0.2后轴重力标准值kN2x140后轮着地宽度及长度m15x2.5轴距m3+1.4+7+1.4123.桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载，涵洞，桥台和挡土墙上土压力等的计算采用车辆荷载；车辆荷载和车道荷载的作用不能叠加。13车道荷载横向分布系数应按应按设计车道数如下图计算14车辆的布置按行车

5、道宽度确定车道数行车道宽度W(m) 车辆单向行驶时 车辆双向行驶时 桥梁设计车道数 W7.0 1 7.0W10.5 6.0W14.0 2 10.5W14.0 3 14.0W17.5 14.0W21.0 4 17.5W21.0 5 21.0W24.5 21.0W28.0 6 24.5W28.0 7 28.0W31.5 28.0W35.0 8 15车辆荷载的折减多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。两车道折减系数为1。当桥梁计算跨径大于150米时应按下表进行纵向折减计算跨径L(m)纵向折减系数计算跨径L(m)纵向折减系数150L4000.97800L1

6、0000.94400L6000.96L10000.93600L8000.95横向布载车道数12345678横向车道布载系数1.201.000.780.670.600.550.520.50横向车道布载系数纵向折减系数16二、 汽车冲击力汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。2 填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。3 支座的冲击力，按相应的桥梁取用。4 冲击系数可按下式计算：当f14Hz时，=0.45式中

7、f结构基频（Hz）。汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。 17 冲击影响与结构的刚度有关。一般来说，跨径越大、刚度越小对动荷载的缓冲作用越强，以往规范近似地认定冲击力与计算跨径成反比（直线变化），无论是梁式桥还是拱式桥等，均规定在一定的跨径范围内考虑汽车荷载的冲击力作用，此模式计算方便，但不能合理、科学地反映冲击荷载的本质。15规范结合公路桥梁可靠度研究的成果，采用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数。汽车荷载的冲击系数可表示为：Yjmax汽车过桥时效应时程曲线上最大静力效应处的最大静力效应值；Ydmax效应时程曲线上最大静力效应处的最大动效应值。18桥梁结构的基频反映了

8、结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别可，只要桥梁结构的基频相同，在同样的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。本规范采用的冲击系数的曲线与美国、加拿大、日本、法国等国家的相关标准规定的曲线的变化规律是一致的。19桥梁的自振频率（基频）宜采用有限元方法计算，对于如下常规结构，当无更精确方法计算时，也可采用下列公式估算：1 简支梁桥 mc = G/g式中 l结构的计算跨径（m）；E结构材料的弹性模量（N/m2）；Ic结构跨中截面的截面惯矩（m4）；mc结构跨中处的单位长度质量（k

9、g/m），当换算为重力计算时，其单位应为（Ns2/m2）；G结构跨中处延米结构重力（N/m）；g重力加速度，g=9.81（m/s2）202 连续梁桥结构基频 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用f1；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用f2。21三、 汽车离心力曲线桥应计算离心力。汽车荷载离心力为规范4.3.1条规定的车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心系数C.计算多车道桥梁的离心力时，车辆荷载标准值乘以横向折减系数；离心力的着力点在桥面以上1.2m处，为计算简便可以移动至桥面，不计由此引起的作用效应。V 设计速度 （km/h） R曲线半径(m) 22四、 汽车制动力汽车

10、制动力是车辆在刹车时为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间发生的滑动摩擦力。汽车荷载制动力可按下列规定计算和分配。汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算，并按以使桥梁墩台产生最不利纵向力的加载长度进行纵向折减。（1）一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN;公路一级汽车荷载的制动力标准值不得小于90 kN。（2）同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。（3）制动力

11、的着力点在桥面以上1.2 m处，计算墩台时，可移至支座铰中心或支座底座面上。计算刚构桥、拱桥时，制动力的着力点可移至桥面上，但不计由此而产生的竖向力和力矩。（4）设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续梁排架式柔性墩台，应根据支座与墩台的抗推刚度的刚度集成情况分配和传递制动力。设有板式橡胶支座的简支梁刚性墩台，按单跨两端的板式橡胶支座的抗推刚度分配制动力。（5）设有固定支座、活动支座（滚动或摆动支座）、聚四氟乙烯板支座的刚性墩台传递的制动力，按下表的规定采用。每个活动支座传递的制动力，其值不应大于其摩阻力，当大于摩阻力时，按摩阻力计算23表4.3.5 刚性墩台各种支座传递的制动力桥梁墩台

12、及支座类型应计算的制动力符号说明简支梁桥台固定支座聚四氟乙烯板支座滚动（或摆动支座T10.3T10.25T1T1加载长度为计算跨径时的制动力；T2加载长度为相邻两跨计算跨径之和时的制动力T3加载长度为一联时的制动力简支梁桥墩两个固定支座一个固定一个活动支座两个聚四氟乙烯板支座两个滚动（或摆动支座T2注0.3T20.25T2连续梁桥墩固定支座聚四氟乙烯板支座滚动（或摆动）支座T30.3T30.25T3注：固定支座按T4计算，活动支座按0.3T5（聚四氟乙烯板支座）计算或0.25T5（滚动或摆动支座）计算，T4和T5分别为与固定支座或活动支座相应的单跨跨径的制动力，桥墩承受的制动力为上述固定支座与

13、活动支座传递的制动力之和。*河南理工大学24五、人群荷载 设有人行道的桥梁，在以汽车荷载计算内力时，应同时考虑人行道上人群荷载所产生的内力，人群荷载标准值按以下规定采用： 当桥梁计算跨径L050m时，人群荷载标准值为3.0kN/m2； 当L0150m时，人群荷载标准值为2.5kN/m2； 当50mL0150m时，可由线性内插得到人群荷载标准值。 不等跨的连续结构，以最大计算跨径为准。 城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。 *河南理工大学25专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5 kN/m2。 人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加应使结构产生最不利

14、荷载效应的区段内。 人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准值4.0 kN/m2的均布荷载计算。 计算人行道栏杆荷载时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取0.75 kN/m；作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0 kN/m。 26六、 支座摩阻力支座种类支座摩擦系数滚动支座或摆动支座0.05板式橡胶支座支座与混凝土面接触0.3支座与钢板接触0.2聚四氟乙烯板与不锈钢板接触0.06（加硅脂：温度低于-25C时为0.078）0.12（不加硅脂：温度低于-25C时为0.156）盆式支座加硅脂常温型活动支座不大于0.03（-25C60C）加硅脂耐寒型活动支座不大于0.06（-40C60C）球形支

15、座加硅脂常温型活动支座不大于0.03（-25C60C）加硅脂耐寒型活动支座不大于0.05（-40C60C） 上部结构因温度变化引起的伸长或缩短以及受其他纵向力的作用，活动支座将产生一个方向相反的力，即支座摩阻力。27七、 流水压力桥墩形状K方形桥墩1.5矩形（长边与水流平行1.3圆形0.8尖端形0.7圆端形0.628旧规范（85规范）29验算荷载验算荷载分为四种。用验算荷载进行验算时，对于履带车，顺桥纵向可考虑多辆行驶，但两车间净距不得小于50m；对于平板挂车，全桥均以通过一辆计算，履带车或平板挂车通过桥涵时，应靠中线慢速行驶。履带车外侧履带的中线或平板挂车外侧车轮的中线，离人行道或安全带边缘

16、的距离不得小于1m。验算时，不考虑冲击力、人群荷载和其它非经常作用在桥上的各种外力。继续30（三）偶然作用1、船舶撞击力 位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，设计时应考虑船舶的撞击作用，船舶的撞击作用设计值宜按专题研究确定。内河四级以下航道缺乏实际调查资料时可按下表取值。航道等级船舶吨级（t）横桥向力（kN)顺桥向（kN)一二三四500550450五300400350六100250200七50150125内河船舶撞击作用设计值31海轮撞击作用标准值船舶吨级（t）3000500075001000020000300004000050000横桥向（kN）19600254003100035800

17、50700621007170080200顺桥向（kN)98001270015500179002535031050358504010032332、漂流物撞击力343、汽车撞击力35（四）地震作用地震动峰值加速度等于0.10g、 0.15g、 0.20g、 0.30g地区的公路桥涵，应进行抗震设计。大于等于0.40g的地区的公路桥涵，应进行专门的抗震研究和设计，小于等于0.05g的，可采用简易设防。根据中国地震动参数区划图GB18306，不再采用地震基本烈度的概念，代之以地震动峰值加速度系数。加速度系数(g)=0.40地震基本烈度值=IX中国地震震中分布图2 中国的主要地震带中国主要地质构造分布略

18、图 据中国地震台网测定，2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川县（北纬31.0，东经103.4）发生8.0级地震。这次特大地震发生在青藏高原东缘龙门山断裂带。 此次汶川大地震最大烈度达十一度，是中国1949年以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震，重灾区的范围已经超过10万平方公里，地震的强度、烈度都超过了1976年的唐山大地震。 汶川大地震示意图41汶川地震后部分桥梁图片4243444546第四节 作用组合 公路桥涵结构设计理论:采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计,该体系规定了桥涵结构的两种极限状态:承载能力极限状态和正常使用极限状态 ，则对应组合为承载能力极限状态组合

19、与正常使用极限状态组合两类。 47第四节 作用组合1、只有在结构上可能同时出现的作用，才进行组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，应以不同方向的最不利的作用进行组合。2、当可变作用的出现对结构或构件产生有利影响时，该作用不参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。3、多个偶然作用不同时参与组合。4、地震作用不与偶然作用同时参与组合。编号作用名称不与该作用同时参与组合的作用编号13汽车制动力15,16,18，1915流水压力13,16,1916冰压力13,15,1918支座摩阻力1319波浪力13、 15、 16作用的代表值48作用的代表值

20、4950超出承载能力极限状态的标志1.结构或结构的一部分作为刚体失去平衡;2.结构、结构构件或起连接,因超过材料强度而破坏,或因过度的塑性变形而不能继续承载 ;3.结构转变为机动体系;4.结构或结构构件丧失稳定. 1.承载能力极限状态 结构或结构构件达到最大承载力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态,它是结构安全性功能极限状态.51公路桥涵按承载能力极限状态设计时，对持久设计状况和短暂设计状况，应采用作用的基本组合，对偶然状况应采用作用的偶然组合，对地震设计状况应采用作用的地震组合。1.基本组合。永久作用设计值与可变作用设计值相组合，作用基本组合的效应设计值按下式计算：52Sud承载能力极限

21、状态下作用基本组合的效应设计值；S( )作用组合的效应函数；结构重要性系数设计安全等级破坏后果结构重要性系数结构重要性系数一级很严重（1）各等级公路特大、大、中桥（2）二级（含）以上及国防公路、城市附近交通繁忙公路上的小桥1.1二级严重（1）三、四级公路上的小桥；（2）二级（含）以上及国防公路、城市附近交通繁忙公路上的涵洞1.0三级不严重三、四级公路上的涵洞0.9结构重要性系数53Gi第i个永久作用的分项系数。编号作用类别作用分项系数对结构的承载力不利时对结构的承载力有利时1混凝土和圬工结构重力（包括结构附加重力）1.21.0钢结构重力(包括结构附加重力)1.1或1.22预加力1.23土的重力

22、4混凝土收缩和徐变作用1.05土侧压力1.46水的浮力1.07基础变位作用混凝土和圬工结构0.5钢结构1.054Gik 、Gid 第i个永久作用的标准值和设计值汽车荷载（含冲击力、离心力）的分项系数，采用车道荷载计算时取1.4，采用车辆荷载计算时取1.8。当某个可变作用在组合中其效应值超过汽车荷载效应时，用该作用取代汽车荷载，其分项系数取1.4；对专为承受某作用而设置的结构或装置，其分项系数取1.4；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载，其分项系数也取1.4.Q1k、 Q1d汽车荷载（含冲击力、离心力）的标准值和设计值；Qj在作用组合中除汽车荷载（含离心力、冲击力）、风荷载外的其他第j个可变作用的分项系数，取1.4，但对风荷载取1.1.Qjk、Qjd在作用组合中除汽车荷载（含离心力、冲击力）外的其他第j个可变作用的标准值和设计值55c 组合值系数，取0.75Lj第j个可变作用的结构设计使用年限荷载调整系数。公路桥涵结构的设计使用年限按现行公路工程技术标准（JTG B01）取值时，该系数取1.0；否则，其取值应按专题研究确定。注：（1）当作用与作用效应可按线性关系考虑时，作用基本组合的效应设计值可通过作用效应代数相加计算。（2）设计弯桥时，当离心力与制动力同时参与组合时，制动力标准值或设计值按