桥梁结构承载力

结构承载力定义：结构在某限制条件下承受外荷载的最大能力.影响因素：

（1）材料（2）结构型式（3）施工质量（4）加载方式（5）限制条件。。。。。。。。127桥梁结构承载力条件线性承载力条件非线性承载力条件极限承载力极限承载力超载能力残余承载力小结2条件线性承载力(

)定义：在恒载及不断增大的工作荷载作用下，按照弹性理论分析，当结构的某构件或部位的应力、挠度或裂缝等达其规定限值时，所对应的工作荷载值。由于应力、挠度、裂缝等的限值并不匹配，以先达到者所对应的工作荷载为核结构的条件线性承载力。功能：描述结构在某种状态下所能承受的荷载量3

简支梁承受满布均布载计算

4一般方程式中：——外载（工作荷载）所对应的某个内力、应力、位移或裂缝等——对应的限值。5

条件非线性承载力()

定义：在恒载及不断增大的工作荷载作用下，按照非线性理论分析，当结构的某构件或部位的应力、挠度或裂缝等达到其规定限值时，所对应的工作荷载值。亦以先达到者为结构的条件非线性承载力。功能：描述结构在某种状态下所能承受的荷载量6计算考虑剪切变形影响（放弃同一高度处横截面应变相等的假定）的简支梁挠度

为以挠度控制的考虑横截面应力非线性分布的条件非线性承载力。同理亦可计算放弃虎支定律或放弃小变假定的条件非线性承载力。

条件非线性承载力(LFn)的一般方程与上节无异，但计算有区别。7

条件极限承载力()

定义:在恒载及不断增大的工作荷载作用下，采用适当方法进行分析，以结构中某构件或部位首先破坏或达到相应极限状态时所对应的工作荷载为结构的条件极限承载力功能：描述结构在某种状态下所能承受的荷载量8梁的条件极限承载力结构在正常使用极限状态下要求变形控制、裂缝控制，而在承载能力极限状态下要求强度控制进行验算，以保证结构的适用性、耐久性和安全性。在承载能力极限状态下的结构抗力效应要大于荷载组合效应这三个方面的控制分别对应着最不利截面的

（1）变形控制弯矩(2）裂缝控制弯矩（3)强度控制弯矩

这三个弯矩即为所对应控制方式下梁的条件极限承载能力值。9变形控制弯矩

梁的跨中弯矩与最大竖向挠度的关系取极限平衡状态有10裂缝控制弯矩受弯构件的最大裂缝宽度（mm）

取极限平衡状态有由有式中：——考虑钢筋表面形状、荷载作用及结构形式的系数；

——受拉钢筋直径；

——钢筋弹性模量；

——钢筋应力；

——裂缝宽度计算含筋率，当取0.006，当时

取0.02；11强度控制弯矩对于第一类T型截面有

式中：对于第二类T型截面有式中：——受拉钢筋强度；

——混凝土抗压强度；

——受拉钢筋材料安全系数；

——T梁配筋率；

——第二类T梁受压截面重心至受压表面的距离。

强度控制弯矩

12桥的条件极限承载力

设多梁式桥中某片梁的抗弯刚度为配筋率为则利用合适的桥梁横向分布计算理论可直接分析各梁诸截面的横向分布系数（表示沿桥纵向截面位置）。

杠杆法刚接板梁法G-M法。。。13

变形控制按变形控制时，桥上所能承受的标准车队汽车或挂车荷载应满足以下条件

或 式中：——车道折减系数，对于挂车取

——j号梁i截面的车辆荷载横向分布系数；

——标准车队中i截面汽车轴重；

——桥上一列车队的车辆数；

——梁弯矩影响线i截面纵坐标；

——以j号梁计算桥所能承受的均布载集度；

——梁弯矩影响线面积，对于简支梁

——j号梁跨中截面荷载横向分布系数；

——j号梁所对应的标准汽车车队轴重或挂车轴重系数

——桥上可通行的车辆最大轴重；

——桥上可通行的分布载最大集度。14裂缝控制

对于裂缝控制，分为短期荷载控制（车辆）和长期荷载控制（恒载），规范中对此两种荷载规定了不同的荷载作用系数。

（1）对于车辆荷载，只要将变形控制改为由裂缝控制即可。（2）对于长期荷载，等截面梁桥的恒载应满足

令

若，则该桥满足要求，否则应考虑减轻自重。式中：——j号梁荷载横向分布影响线纵坐标；---——k号梁的恒载集度

15强度控制按强度控制，桥上所能承受的标准车队汽车或挂车荷载应满足

或

式中：——冲击系数，当为挂车荷载时，；且式

中的应为.16

极限承载力()

桥梁结构的极限承载力：---桥梁承受外荷载的最大能力。用途（1）用于其极限设计，（2）了解其结构破坏形式，（3）准确地知道结构在给定荷载下的安全贮备或超载能力，（4）为安全施工和营运管理提供依据和保障。分析方法全过程分析---通过逐级增加工作荷载集度来考察结构的变形和受力特征，一直计算至结构破坏。17极限承载力求解技术

逐步搜索法*用途

只要求出极值荷载，而对曲线下降段不感兴趣的情况*基本思路

加一荷载增量，如计算发散，退回上级荷载状态并改用荷载步长，若计算收敛，则再加一级荷载为。若加后计算发散，则再改用荷载步长为。如此搜索，若原步长预计为5%的破坏荷载，则已接近1%的极限荷载，对桥梁结构来说，已可满足精度要求。当然还可向前再搜索一步到。

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位移控制法*用途

不控制荷载增量而控制位移增量，且考虑曲线的下降段部分*基本思路对于一般结构，将刚度矩阵重新排列，使得要控制的位移排到最后一项，同时将原刚度矩阵分块，其有限元方程变为

式中：——参考荷载向量；

——控制荷载的步长系数；

——求解迭代过程中的不平衡力向量。改写方程为

求解方程时可控制指定的值，求出相应的位移及荷载增量比例因子。由于与位移有关，求解时需要迭代，使得值趋于零，以满足精度要求。19

单元模式

梁单元，用于极限承载力分析的梁单元模式主要有三种带有塑性较的一般梁单元不分层的等参梁单元，常常沿梁轴向和横截面上取一定数量的高斯点来反映梁元上不同点的应力、应变情况，单元刚度阵通过这些点的高斯积分来形成。

这两种单元模式只适用于规则同材质的截面形式，其应用受限制。(3)

分层梁单元，它可以克服前面的缺点，但输入数据和计算过程都较复杂，应根据实际情况选用。20破坏形状篇的模拟（1）除当某类个高斯俩点处出明现裂缝居时，其桃应力释鲜放的计爸算比较麻烦。可敲通过将梁袋单元取短运，并假定桌单元内应折力、应变嫂沿轴向不缓变，即丹沿梁轴劫向仅取瓦一个高蓝斯点的他方法来村解决这轻一问题，这跌样，梁单涂元刚度阵议可写成显恩式。（2）砌一旦青出现裂贡缝，榆梁元便膝可退出禽工作。窜由此带泡来的求痰解规模的阶增加，族可以通坑过试探絮法来解映决。即磨先对结干构进行鲜一次预分析拐，找出可页能出现塑恋性区或开狮裂的部位爹，对构件栗加密后再钻作极限摇承载力谁分析21对各级荷载增量循环给定变位初值组成结构总切线刚度矩阵及荷载阵边界条件处理解非线性方程输出变位对单元循环求单元杆端力求截面几何中心的应变、曲率求折减刚度截面内所有子块混凝土的应变是否超限结束是否

用折减刚度法计算极限承载力的流程图折减刚度债法22塑性铰法实际桥梁兄结构，往头往要形成疑足够的塑细性铰并使断其成为机库动结构后尽，才破坏求，以此为早出发点来父计算极限冒承载力方睛法称为塑场性铰法塑性铰嚼法是用梯塑性铰袭来修正犯杆件进辈入塑性亮区后的仅结构刚循度的近似方法。塑性话铰法同蛙样可以境考虑截筒面分层消刚度的烟折减，牛但为了绍简化计掩算，常过将单元作脆为线弹撑性，把塑性冬变形集中助在单元两嫁端塑性铰穗处。塑性铰古法的基弟本思路尾是：步幸长晒内，猎计算结麻构每一姜构件两扎端的弯雀矩增量结和政，攻判别每愉一构件呜两端弯项矩与极呀限弯矩装的关系忘，从而剥去调整辜每一构链件单元碗刚度矩岗阵，形诱成新的冠总刚矩滑阵；当杆两端未形俱成塑性铰时，仍用弹性单炭元刚阵；当单元疲的端弯特矩超过极挖限弯矩而殿出现塑性咬较时，对垦后期荷载握，用义端为铰，抵端为再固接的单寻元刚度矩瓦阵，反之端亦然；23当单元的和贺端弯姿矩都超过幻玉极限弯矩镰而出现塑香性铰时，萍对后期荷平载用两端睛都为铰的伪单元刚度盼矩如果在吐加载过夫程中塑都性铰中斜的弯矩冤发生卸休载，则盐塑性铰银可能消夕失，这燥一点在静计算中纸必须注让意现以平忍面框架等为例介午绍这种拴方法的形基本原钢理和求翁解方程设结构上盟作用外荷搅载荷载增量趁系数随着内的增大，药结构中各底个截面的睁内力也不稿断增大，驰当某些截饱面的内力看满足形成责塑性铰的夕条件时，寄这些截面阁左、右两饭边的单元毅转角不再培协调，弯旺矩不再改紧变，也就刃是说结构绿体系发生抱了改变。圾新的荷载购增量必须兴在新的结芒构体系下启产生反应柔。随着结汪构中塑性束铰数不断油增加，结炒构总刚度内不断削弱脂，直至结魔构破坏。24计算各种截面的屈服条件对荷载增量循环求解非线性方程组成切线刚度矩阵和荷载阵出现塑性铰？结构成机动体系？停修改主从关系单元两端编号支座处理是否否是

用塑性铰性计算极限承载力流程图25超载能力懂(位)定义：在某种限伏制条件下雷，结构所典能承受的糟最大工作荷载与镰其设计德工作荷旱载的差奥值功能：描述结构虚能承受设小计工作荷溪载以外的置荷载量，宗是结构拒潜力的爸具体体裂现计算：式中：既—脉—某限混定条件撕下结构蜜的承载栏能力，——设互计工作递荷载。判断结构冈是否具有煮超载能力壁，可定义若咬，则该桥春具有超载璃能力，否锈则该桥没卸有超载能蕉力。26残余承魔载力(巡寿)定义：以损伤趁后的结构滋（如截面控被消弱，季某构件损萄伤或破坏等）所晨计算的承赢载力。功能：描述被翁损坏后的饶结构所能义承受的荷伙载量，对过旧桥评估、维槽修加固匪非常重录要。计算：模糊分级俯法英国的幻玉桥梁检竿测优先候权标准美国的节桥梁缺胞陷分级中国的李公路桥砍梁综合喇评定方泪法折减系阵数计算振法荷载试匙验法仿真分度析法27桥梁结构姓承载能力宿随时间的财变化处在自啊然环境任下的桥锦梁结构凯，受各存种因素滔的影响柔，其结构性能削是随时间绵不断变化的，若裁以其承牙载能力乒为纵轴敌，以时粒间（年红）为横践轴，下葛图给出贱桥梁结纹构承载颂力随时截间的变雾化趋势28由于结愤构损伤胆千变万想化，检呜测手段算的不完绒善，一晃些损伤利和缺陷不还不能购完全认膜知，要远准确计相算还有林很多工角作要做欺。目前剃流行的粪做法大喝致有三存类（1）模糊分辞级法此类方旁法是将这桥梁残绍余承载陡力的定量计算转换为定性评急定，给予那栗些综合能液力较差桥双梁更多关杨注。下面乌介绍几种院典型方法足。英国的磁桥梁检淡测优先等权标准，采用下宋式来确定议桥梁检测剑的先后次兔序式中：——桥龄评早价等级低（1～5）——桥型评炼价等级救（1～5）——桥梁薄艇弱部位李评价等组级（1～5）——年均日逢交通量割（AADT）评价等芬级（1～5）——桥梁所处祥地理位置值评价等级些（1～5）——桥梁所舰处道路连重要性废评价等层级（0～5）对TA值高者优搂先检测29美国则将伙桥梁缺陷劈燕分为10级（0～9），见下门表美国公路巷桥梁结构脏缺陷分级9．优猜越状态8．甚好六状态——未发现品问题7．良好蛛状态——一些小问高题6．满意笛状态——宣结构杆件目显示某些勤次要缺陷5．尚肾好状态雾——所刃有主要阴结构构夜件完好雀但可能茄有次要浅截面损攻失（如法坏化、具剥落或角冲刷）4．不做良状态津——截侮面损失恋（坏化稼、剥落拆或冲刷溉）扩大3．严重覆状态——珍截面的损期失（坏化爽、剥落或烦冲刷）已抵经严重影巷响到结构帅的主要部挤件，可能臂有局部破叼坏，钢构屡件中可能柄有疲劳裂举缝，混凝鼓土构件可亏能有剪切下裂缝2．临界跃状态——佳主要结构盏构件坏化妨扩大，存煎在着钢构薄件中的疲仓劳裂缝，议混凝土构胀件的剪切裕裂缝。冲誉刷已淘空设下部结构纵的支承，险除非密切锐监测，否衫则可能必昌须封闭桥惭梁，直到拆采取了纠辫正措施。1．急迫约的破坏状焰态——在陷关键结构捷部件上的铺重大坏化朱或截面损刊失，或者谎明显的垂董直或水平眉位移，影榆响结构的现稳定。桥杏梁须封闭领交通，但凳经修整可饱恢复轻型朱交通服务0．破坏帮状态——毯不能使用富，无法修锋复30用于结历构评估陈中的评辉估定级9．较目浆前所希望号的数据优刃越8．与验目前所值希望的模数据相献同7．较目勺前的最低绕标准为好6．与翻目前的轨最低标敏准相同5．比闷保持现辟状的最搜低容忍衡限度的保状态略逗好4．与互保持现裹状的最捡低容忍顿限度相旨符3．基本鼠上不能容糠忍，要求横优先采取雾纠正措施2．基乡丰本上不慰能容忍每，要求扒优先更粪换1．定反格规则奸中，不镰用本值0．桥睁梁关闭31中国的公或路桥梁综帆合评定方脾法[8]，则采用止下式对桥凑梁技术状极态评分式中：——各部件坊评定标执度（0～5），分然为四类盐五种——各部件员权重越大者病表示桥授梁技术回状况越询好此外交通割部公路科怖研所的“黎公路桥梁瞧管理系统散”，陆亚屿兴等的“抵上海市公驾路路面——桥梁管粒理系统喜”，长留安大学系的“辽眼宁省干货线公路菠桥梁状烛况评价分系统”博等，均具先后采袖用类似蓄思路，洋考虑更装多更全燥因素进串行桥梁捉评价，乖各自提芦出了相找应的评槐价方式像。后者汉还给出携了桥梁挂性能随芳时间的际变化规仁律。此类方爹法并不权能计算言真正意尽义上的恒桥梁残区余承载幻玉力，而意仅是桥唉梁目前滋状况的可一个判虑断。32（2）折减暴系数计滥算法[2]（3）荷载庄试验法[9]对结构神分级施况加外荷脾载，以骄结构关因键部位吉的应力圈、应变木或变形孩等的大塘小判断池结构的剥承载力撑。此外，袖应用动村力方法饺进行桥狠梁残余心承载力欺预测方港法研究椒亦取得灯一定进寺展[2][角10]。33示细例条件非线流性承载力条件线性惯承载力条件极送限承载秋力极限承消载力超载能最