作用及作用效应组合

作用及作用效应组合第一页，共六十五页，2022年，8月28日

第一节作用的分类

一、作用的定义作用：我国现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60一2004)中将作用于桥梁结构的荷载和引起结构外加变形或约束变形的原因统称为作用。作用是施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，前者称直接作用，亦称荷载，后者称间接作用第二页，共六十五页，2022年，8月28日二、作用的分类：永久作用、可变作用和偶然作用第三页，共六十五页，2022年，8月28日第四页，共六十五页，2022年，8月28日1、永久作用(恒载)：是在结构使用期间，其量值不随时间而变化或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。永久作用的量值是指其作用位置、大小和方向。⑴作用于桥梁上部结构永久作用：主要是结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力(人行道板、栏杆、扶手、灯柱等)、长期作用于结构上的人工预加力以及混凝土收缩和徐变作用、基础变位作用。⑵作用于桥梁下部结构的永久作用：主要是上部结构传给支座的永久作用、墩台的自重。⑶作用于墩台上的永久作用：土重及土侧压力、水浮力(水中墩台)。第五页，共六十五页，2022年，8月28日2、可变作用(活载)：是在结构使用期间，其量值随时间而变化，或其变化值与平均值比较不可忽略不计的作用，主要包括汽车荷载及其影响力、自然和人为产生的各种变化力。3、偶然作用：是在结构使用期间，出现的概率很小，一旦出现，其值很大旦持续时间很短的作用。偶然作用主要是地震作用、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用。第六页，共六十五页，2022年，8月28日第二节作用的选定和作用效应组合一、作用的代表值作用具有变异性，但在结构设计时，不可能直接引用作用随机变量或随机过程的各类统计参数通过复杂的计算进行设计，作用代表值就是为结构设计而给定的量值。设计的要求不同，采用的作用代表值也可不同，这样可以更确切、合理地反映作用对结构在不同设计要求下的特点。第七页，共六十五页，2022年，8月28日⑴作用的代表值一般可分为标准值、频遇值和淮永久值。⑵作用的标准值是作用的基本代表值。⑶频遇值和准永久值一般可以在标准值的基础上计人不同的系数后得到。⑷永久作用被近似地认为在设计基准期内(公路桥涵结构的设计基准期为100年)是不变的．它的代表值只有一个，即标准值。第八页，共六十五页，2022年，8月28日⑸可变作用应根据不同的极限状态分别采用不同的代表值，即可取标准值、频遇值和准永久值作为其代表值。①在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的标准值作为代表值。②在正常使用极限状态按短期效应（频遇)组合设计时，应采用频遇值作为代表值，其值为标准值乘以小于1的频遇值系数ψ1，③按长期效应(准永久)组合设计时，应采用准永久值作为代表值，其值为标准值乘以小于ψ1

的准永久值系数ψ2。第九页，共六十五页，2022年，8月28日

⑹偶然作用的代表值为其标准值。二、作用的设计值

作用的设计值为作用的标准值乘以相应的作用分项系数第十页，共六十五页，2022年，8月28日三、作用效应组合

前面简述了桥梁结构中各种可能出现的作用，显然这些作用并非全部同时作用于桥梁结构上，因此，在设计中应分清哪些作用是恒久存在的、经常出现的，哪些作用是偶然出现或者只在特殊情况下才发生的。根据各种作用重要性的不同和同时作用的可能性，《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60一2004)规定了以下几种作用效应组合，以供设计时选择：第十一页，共六十五页，2022年，8月28日1、公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合。①基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式如下所示：第十二页，共六十五页，2022年，8月28日②偶然组合：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。(2)公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种作用效应组合。①作用短期效应组合。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，第十三页，共六十五页，2022年，8月28日

②作用长期效应组合。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：第十四页，共六十五页，2022年，8月28日第十五页，共六十五页，2022年，8月28日第十六页，共六十五页，2022年，8月28日第十七页，共六十五页，2022年，8月28日第三节作用的规定与计算一、永久作用永久作用(也称恒载)是在结构使用期间，其量值不随时间而变化或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。永久作用的量值是指其作用位置、大小和方向。作用于桥梁上部结构的永久作用，主要是结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力(人行道板、栏杆、扶手、灯柱等)、长期作用于结构上的人工预加力以及混凝土收缩和徐变作用、基础变位作用。作用于桥梁下部结构的永久作用，主要是上部结构传给支座的永久作用、墩台的自重、作用于墩台上的土重及土侧压力、水浮力(水中墩台)。

第十八页，共六十五页，2022年，8月28日1．结构重力结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力的标准值可按结构物的实际体积乘以其材料的重度计算。材料的重度可按表3—7采用。第十九页，共六十五页，2022年，8月28日第二十页，共六十五页，2022年，8月28日2．预加力对于顶应力混凝土桥梁结构，颈加力在结构进行正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时、应作为永久作用讨论其主效应和次效应．并计入相应阶段的预应力损失，但不计由于预应力偏心距增大引起的附加效应。在结构进行承载能力极限状态设计时，预应力不作为作用，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，仍需考虑预加力引起的次效应。第二十一页，共六十五页，2022年，8月28日3．土的重力和土侧压力

作用于墩台上的土的重力标准值为作用于墩台基础顶面土的体积乘以土的重度力可参照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60一2004)有关规定计算。(1)静土压力在计算倾覆和滑动稳定时，墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压力可按静土压力计算。其标准值可按下列公式计算：第二十二页，共六十五页，2022年，8月28日第二十三页，共六十五页，2022年，8月28日(2)主动土压力①作用在桥台、挡土墙前后的主动土压力标准值，当土层特性无变化时按下式计算：第二十四页，共六十五页，2022年，8月28日第二十五页，共六十五页，2022年，8月28日第二十六页，共六十五页，2022年，8月28日②作用在桥台、挡土墙前后的主动土压力标准值，当土层特性有变化或受水位影响时宜分层计算土的侧压力。③压实填土重力的竖向和水平压力强度竖向压力强度标准值：第二十七页，共六十五页，2022年，8月28日(3)承受土侧压力的柱式墩台，作用在每根柱上的土压力计算宽度的计算(图3—2)。

第二十八页，共六十五页，2022年，8月28日第二十九页，共六十五页，2022年，8月28日4．水的浮力水的浮力可按下列规定采用：(1)基础地面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，当验算地基应力时，可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。(2)基础嵌入不适水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。(3)作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。(4)当不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用组合，取其最不利者。

第三十页，共六十五页，2022年，8月28日另外，混凝土收缩和徐变作用在外部超静定的混凝土结构及复合桥梁等结构中是必然产生的，而且是长期作用的，可参照《桥规》有关规定计算。对于超静定结构，当考虑由于基础压密等引起的长期变形影响时，应根据最终位移量计算构件的效应。第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日二、可变作用可变作用(也称活载)是在结构使用期间，其量值随时间而变化，或其变化值与平均值比较不可忽略不计的作用，主要包括汽车荷载及其影响力、自然和人为产生的各种变化力。1．汽车荷载及其影响力(1)汽车荷载汽车荷载分为公路—I级和公路—II级两个等级，由车道荷载和车辆荷载组成。第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日

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。车道荷载的计算图示如图车辆荷载的计算图式如图第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日公路桥涵的汽车荷载等级和车道荷载标准值第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日(2)汽车冲击力汽车以较高的速度驶过桥梁时，桥梁产生的应力与变形比大小相等的静载引起的要大一些．这是因为汽车荷载不是慢慢地增加，而是以较快的速度突然加载于桥上，因而使桥梁发生振动。同时，由于桥面不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因，也会使桥梁结构发生振动。这种由于荷载的动力作用使桥梁发生振动而造成内力加大的现象称为冲击作用。也就是说，桥梁不仅承受车辆荷载的重力作用、还受到一种冲击力。鉴于目前对冲击作用还不能从理论上作出符合实际的精确计算，只能采用粗略的近似方法，即以冲击系数μ来计及荷载的冲击作用。第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日《桥规》中规定：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；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。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μ，按下表采用第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日第四十页，共六十五页，2022年，8月28日⑶汽车离心力位于曲线上的桥梁，当曲线半径等于或小于250m时，应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷载离心力标准值为车辆荷载(不计冲击力)标准值乘以离心力系数c，离心力系数控下式计算：第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日⑷汽车引起的土压力

汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载，并可按下列规定计算：①车辆荷载在桥合成挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力，可按下式换算成等代均布土层厚度(m)计算：第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日(5)汽车制动力第四十五页，共六十五页，2022年，8月28日第四十六页，共六十五页，2022年，8月28日第四十七页，共六十五页，2022年，8月28日第四十八页，共六十五页，2022年，8月28日第四十九页，共六十五页，2022年，8月28日第五十页，共六十五页，2022年，8月28日第五十一页，共六十五页，2022年，8月28日第五十二页，共六十五页，2022年，8月28日第五十三页，共六十五页，2022年，8月28日第五十四页，共六十五页，2022年，8月28日第五十五页，共六十五页，2022年，8月28日第五十六页，共六十五页，2022年，8月28日第五十七页，共六十五页，2022年，8月28日第五十八页，共六十五页，2022年，8月28日第五十九页，共六十五页，2022年，8月28日第六十页，共六十五页，202