永久作用恒载课件

1、1.2.1 桥梁的总体规划1、桥梁设计基本原则安全强度、刚度、稳定和耐久性；适用使用上的要求；经济全寿命经济分析；美观与环境的协调；施工便于施工与环境协调的桥梁1980年建成的南斯拉夫克尔克桥，跨径390m，钢筋混凝土拱桥，与周围环境协调自然与环境协调的桥梁悉尼海港桥位于澳大利亚悉尼港，主桥为单跨503m的中承式钢桁两铰拱公铁两用桥。自身较笨重，但由于紧挨着别致的悉尼歌剧院，无论在质感还是在颜色和造型上都达到相得益彰的效果，因而以其优美环境而闻名于世。与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁与环境协调的桥梁桥梁对环境的破坏桥梁对环境的破坏桥梁对环境的破坏2.野外勘测与调查研究（设计资料

2、的调查收集）选择合理的桥位 由国家、地方社会经济发展规划决定1、桥梁的使用任务交通量、荷载等级、战备情况 ,是否设置专门的构造装置，如管线、电力设施。2、勘探桥位附近的地形地形图；3、工程地质剖面图地质分层、力学性能、地质构造；是设计、施工必备资料与依据；4、水文情况；河床断面、通航水位、历史洪水资料、通航净空、冲刷、淤积情况、河床变迁等；5、气象资料，年平均温差、年最高温差、桥位处设计风速、台风、雨量 情况；6、施工单位技术水平，施工设备；7、施工建筑材料；8、调查新桥位上、下游有无老桥，其桥型及使用情况；3、 桥梁的设计程序（大型桥梁）预可行性研究报告与可行性研究报告初步设计技术设计施工设

3、计1、“预可”阶段着重研究工程建设的必要性及宏观经济的合理性，形成“预工程可行性研究报告”。2、“工可”阶段：着重研究和制定桥梁的技术标准，估算造价，对资金来源、回报及偿还应基本落实，形成“工程可行性报告”。（1）前期工作“预可”阶段和“工可”阶段（2）设计阶段补充：桥梁设计方案比选方案比选的步骤： 1、明确各种标高的要求2、桥梁分孔和初拟桥型方案草图3、方案初筛4、详绘桥型方案5、编制估算或概算6、方案选定和文件汇总进一步深化初步设计：技术补充勘探结构总体及细部的技术设计实施科研项目结构各部分详细的设计图纸修正概算、确定细部尺寸、截面配筋、确定 施工方法。（3）技术设计对初步设计核定的修建原

4、则、技术方案、技术决定、总投资额进一步细化、具体化的技术文件；必须对桥梁各构件进行详实的分析计算。施工钻探绘制施工详图编制工程预算编制施工图（4）施工设计备注：中小桥可以简化程序国外施工设计由施工承包商进行国内所有设计由设计单位进行1.2.1桥梁纵、横断面设计、平面布置一、桥梁纵断面设计 包括桥梁的总跨径、分 孔、桥面标高、路线、路面纵坡、基础埋置深度及采用的方法；1、桥梁总跨径根据水文资料、河床冲刷、基础形式、航道安排、造价综合考虑； 要求：排洪面积足够，冲刷小，缩短总长度 2、分孔原则是上、下部结构的总造价最经济；综合考虑跨径、孔数、结构体系、战备等因素影响 3、桥面标高的确定主要考虑三个

5、因素（总前提）：路线纵断面设计要求、排洪要求和通航要求。（保证排洪、通航和桥下行车安全及桥梁自身安全） 有关的具体规定： 流水净空跨河桥 通航净空跨河桥 车辆净空跨线桥2004桥规规定：桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调。桥上纵坡上宜大于4，桥头引道纵坡上宜大于5。位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均上得大于3。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。根据设计洪水位、桥下通航（通车）净空等需要，结合桥型、跨径等确定。梁桥：梁底高出设计洪水位（包括壅水和浪 高）上小于50 cm， 支座底面高出设计洪水位上小于25cm；无铰拱桥：拱脚淹没深度上超过拱圈矢高的 2/3，拱

6、顶底面高出设计洪水位1.0m；通航孔通航净空：在桥跨中垂直于流水方向所规定 的空间界限（多边形图）桥梁纵坡布置纵断面线形将桥梁纵断面设计成单向或双向坡度，有利于交通、美观，又便于排水。一般的：二、桥梁横断面设计1）桥梁宽度 依据公路工程技术标准中规定的各级公路行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度确定。2）桥面净空 应满足公路工程技术标准中关于建筑界限的规定。三、桥梁平面布置原则：平顺、车辆平稳通过 2）二、三、四级公路上的大、中桥一般为直线 3）由经济和施工而言避免斜交，否则，45o，通航河流5o。1）高速、一级公路上的大、中桥及所有的小桥依路线1.3 桥梁的设计作用一 作用分类二 永久作用三 可

7、变作用四 偶然作用五 作用组合一 作用分类1、作用的定义2、作用的分类3、作用的取值4、作用的代表值取用返回返回目录 长期以来，我们一般习惯地称所有引起结构反应的原因为“荷载”，这种叫法实际并不科学和确切。引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为截然不同的两类，一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施于结构上的，可用“荷载”这一术语来概括。另一类不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构的，如果也称“荷载”，容易引起人们的误解。因此，目前国际上普遍地将所有引起结构反应

8、的原因统称为“作用”, 而“荷载”仅限于表达施加于结构上的直接作用。 1、作用的定义返回返回目录编号作用分类作用名称1永久作用（恒载）结构重力（包括结构附加重力）2预加应力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用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风荷载14汽车制动力15流水压力16冰压力17温度影响力 18支座摩阻力（公路桥）19列车横向摇摆力（铁路桥）20冻胀力（铁路桥）21 偶然作用 船只或飘流物撞击力22地震力23施工荷载（铁路桥2、作用的分类返回返回目录 公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。 1. 永

9、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。3、作用的取值返回返回目录 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本规范有关章节中的规定采用。 可变作用频遇值为可变作用标

10、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。4、作用的代表值取用返回返回目录 二 永久作用（恒载）1、永久作用（恒载）的定义2、永久作用的类型3、永久作用的计算返回返回目录一、永久作用（恒载）的定义永久作用（恒载）作用位置和大小、方向固定不变的荷载。返回返回目录（二）桥梁下部结构的恒载：由支座传递下来的结构重力、墩台本身的重力、土压力及水浮力等。（一）桥梁上部结构的恒载：结构重力 、附属设备等外加力。二、永久作用的类型返回返回目录1)结构重力2)土压

11、力3)水浮力4)预加力5)混凝土收缩徐变影响力三、永久作用的计算返回返回目录结构重力=结构体积 材料容重1.结构重力注意： 在进行桥梁结构分析时，通常需要预先估计恒载，当估算的恒载与最终的设计恒载之间的差距不超过5%时，不必修正设计；否则，需重新进行结构分析。返回返回目录2.土压力 按其产生的条件，分为静土压力、主动土压力和被动土压力。 桥梁下部结构设计时主要用到静土压力、主动土压力。土的侧压力计算涉及到结构形式、填料性质、墩台位移和地基变形，还与水文和外加荷载等因素有关。目前按库仑理论推导的公式计算土侧压力。返回返回目录3.水浮力 水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙传递给建筑物基础底

12、面的水压力，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。 位于岩石地基上的基础一般被认为是不透水的，可不计水浮力；对于碎石类土、砂类土、粘砂土等透水性地基上的墩台，要计考虑水浮力。返回返回目录 对预应力混凝土桥梁结构，预加力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久作用计算其主效应和次效应，计算时应考虑相应阶段的预应力损失，但不计由于偏心距增大所引起的附加效应；在结构承载能力极限状态设计时预加应力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力的次效应。4.预加力返回返回目录5.混凝土收缩徐变影响力 在外部超静定结构的混凝土桥梁中，混凝土收

13、缩徐变影响力是长期存在并起作用的。基础变位一旦发生，对结构的影响也是长期的。混凝土收缩徐变的计算可按结构降温考虑，混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力预徐变变形呈直线关系的假定并确定适当的徐变系数来进行，基础变位的影响可按工程实际情况加以分析。返回返回目录三 可变作用1、可变作用（活载）的定义2、可变作用（活载）的类型返回返回目录一、可变作用（活载）的定义 可变作用是指在设计使用年限内其作用位置、大小和方向随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。返回返回目录 1、基本可变荷载 包括：列车活载、汽车，由汽车活载引起的冲击力、曲线上的离心力，由活载引起的土侧压力，汽车制动力、风荷载、公路

14、桥中的人群荷载等。目录返回按公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。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、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。目录返回新规范 车道荷载的计算图式 KqP K目录返回汽车荷载多车道折减 多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。当桥涵设计车道数2时，汽车荷载产生的效应 应该按表6.0.6-2规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。（3）冲击力车辆以一定速度过桥时，由于动力

15、影响，桥梁实际产生的活载应力和变形大于按活载静重计算所得的结果，这种动力效应常称为冲击作用。 根据以往的试验研究成果，构成桥梁动力影响的因素主要有：列车以一定速度过桥时引起桥跨振动；轮对过钢轨接头时有冲击作用；蒸汽机车动轮上的平衡重在随动轮高速旋转中由于离心力引起的锤击作用；桥上轨道竖向和横向不平顺引起桥梁扭转振动；桥头线路（路面）不平整，车轮不圆等 。 桥梁设计时中以活载静重乘上动力系数来反映这种影响。 铁路桥动力系数 1+ 公路桥冲击系数 动力系数（或冲击系数）公式中考虑了不同类型桥跨、跨度和加载长度的影响。 新的 通用规范JTG D60规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算： 1 钢桥、钢

16、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 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 5 冲击系数可按下式计算： 当 f1.5 Hz时， =0.05 当1.5Hzf14Hz时，=0.1767lnf0.0157 当 f14Hz时， =0.45 式中， f 为结构基频（Hz）。 6 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0.3。 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类

17、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，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。（4）离心力 车辆在曲线上运行产生离心力。公路桥上离心力较小，当曲线半径等于或小于250m时，才考虑离心力的作用。 离心力等于车辆荷载（不计动力效应）乘以离心力率离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m（5）人行荷载L50M时，取3kN/m2L150M时，取2.5kN/m250ML 150M时，内插得到。人行密集地区的公路桥梁，取上述规定的1.15倍。专用人行桥，取3

18、.5kN/m2人行道板局部设计时，取3.5kN/m2计算二、其他可变荷载 包括：制动力或牵引力、风力、温度力、流水压力、水压力和施工荷载等。 对铁路桥梁，人行道荷载归为其他可变荷载目录返回四、偶然作用偶然荷载指在结构使用期间出现的概率很小，一 旦出 现，其值很大且作用时间很短的作用。主要有船只或漂流物（排筏等）撞击力和地震荷载。目录返回五、作用效应组合1.作用效应组合的定义2.作用效应组合的原则3.作用效应组合的分类返回返回目录1.作用效应组合的定义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

19、。 返回返回目录 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。2.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

20、应和基础变位作用的组合。返回返回目录3.作用效应组合的分类1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时4）公路桥涵结构效应组合表达式3）公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值5）注意事项返回返回目录1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时（1）基本组合（2）偶然组合返回返回目录 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）基本组合返回返回目录 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

21、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。（2）偶然组合返回返回目录2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时 （1）作用短期效应组合（2）作用长期效应组合返回返回目录 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为： （1）作用短期效应组合返回返回目录 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为： （2）作用长期效应组合返回返回目录 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