橋梁工程 公路橋梁的設計荷載PPT課件

1、 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài) 對應于橋涵結構或其構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)。 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) 對應于橋涵結構或其構件達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。 橋涵結構應按承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)進行設計第1頁/共37頁公路橋涵三種設計狀況設計狀況 持久狀況持久狀況 橋涵建成后承受自重、汽車荷載等持續(xù)時間很長的狀況。橋涵應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。 短暫狀況短暫狀況 橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。橋涵進行承載能力極限狀態(tài)設計，必要時進行正常使用極限狀態(tài)設計。 偶然狀況偶然狀況

2、在橋涵使用過程中可能偶然出現(xiàn)的狀況。橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設計。第2頁/共37頁表表1 1 公路橋涵結構的設計安全等級公路橋涵結構的設計安全等級設計安全等級橋涵結構一級特大橋、重要大橋二級大橋、中橋、重要小橋三級小橋、涵洞公路橋涵結構的設計基準期為公路橋涵結構的設計基準期為100年。年。第3頁/共37頁在橋梁計算中有三部分內(nèi)容必不可少：在橋梁計算中有三部分內(nèi)容必不可少： 確定計算模式；確定計算模式； 確定荷載大小及作用方式；確定荷載大小及作用方式； 內(nèi)力計算。內(nèi)力計算。第4頁/共37頁 作用作用 施加在結構上的一組集中力或分布力，或引起結構產(chǎn)生外加變形或約束變形的原因。 前者稱直接作用，亦稱

3、荷載，后者稱間接作用。永久作用永久作用在結構使用期間，其量值不隨時間變化，或其變化值與平均值相比可忽略不計的作用?？勺冏饔每勺冏饔迷诮Y構使用期間，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的作用。偶然作用偶然作用在結構使用期間出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。橋通用規(guī)范橋通用規(guī)范術語：術語：第5頁/共37頁編號作用分類作用名稱1永久作用結構重力（包括結構附加重力）2預加力3土的重力4土側壓力5混凝土收縮及徐變作用6水的浮力7基礎變位作用8可變作用汽車荷載9汽車沖擊力10汽車離心力11汽車引起的土側壓力12人群荷載13汽車制動力14風荷載15流水壓力16冰壓力17溫度

4、（均勻溫度和溫度梯度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞擊作用21汽車撞擊作用表2 作用分類第6頁/共37頁1.1 1.1 重力重力：結構自重及橋面鋪裝、附屬設備等附加重力均屬結構重力，用體積乘以容重求得。 1.2 1.2 預加應力預加應力：結構正常使用極限狀態(tài)時，作為永久荷載計算其效應，并考慮相應階段的預應力損失，但不計由于偏心距增大引起的附加內(nèi)力；結構承載能力極限狀態(tài)時，預應力不作為荷載，將預應力鋼筋作為結構抗力的一部分。 1.3 1.3 土的重力及土側壓力土的重力及土側壓力公路橋涵設計通用規(guī)范給出了主動土壓力、靜土壓力的計算公式。 第7頁/共37頁 1.4 1.4

5、 混凝土收縮及徐變的影響力混凝土收縮及徐變的影響力 混凝土的收縮、徐變影響力在外部超靜定的混凝土結構及復合梁橋等結構中是必然產(chǎn)生且長期作用的。 收縮可作為相應的溫度的降低來考慮。 徐變影響：可采用混凝土應力與徐變變形間直線關系的假定。 1.5 1.5 基礎變位影響基礎變位影響 主要指地基經(jīng)壓密變形而引起變位。一旦出現(xiàn)，也是長期作用在結構上。對于超靜定結構應按最終變位根據(jù)彈性理論求解構件截面的附加內(nèi)力。 1.6 1.6 水的浮力水的浮力 對水中結構部分是長期作用的。第8頁/共37頁汽車荷載等級汽車荷載等級公路公路級級公路公路級級表表3 3 各級公路設計速度各級公路設計速度公路公路等級等級高速高速

6、公路公路一級一級公路公路二級二級公路公路三級三級公路公路四級四級公路公路設計設計速度速度(km/h)(km/h)12120 010010080801001008080606080806060404030302020 表表4 4 各級公路橋涵的汽車荷載等級各級公路橋涵的汽車荷載等級(表表1-4-1)公路等級公路等級高速公路高速公路一級公路一級公路二級公路二級公路三級公路三級公路四級公路四級公路汽車荷載汽車荷載等級等級公路公路- -級級公路公路- -級級公路公路- -級級公路公路- -級級2.1 2.1 汽車荷載汽車荷載公路公路-級級第9頁/共37頁汽車荷載汽車荷載車道荷載車道荷載車輛荷載車輛荷載

7、集中荷載集中荷載均布荷載均布荷載橋梁結構的整體計算橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等計算第10頁/共37頁 車道荷載計算圖式車道荷載計算圖式qkPk公路公路 級級均布荷載均布荷載集中荷載集中荷載q k=10.5kN/mL5m時，Pk=270kN;5L50m時，Pk=2(L+130)直線內(nèi)插得到L50m時，Pk=360kN;公路公路 級級 0.75倍公路級荷載 車道荷載的均布荷載標準值應滿布于使結構產(chǎn)生最不利效應的同號影響線同號影響線上；集中荷載標準值只作用于相應影響線中一個最大影響線峰值最大影響線峰值處。計算剪力效應時，Pk應乘1.2的系數(shù)。第11頁/共37頁第12頁/共37頁 車

8、道荷載橫向分布系數(shù)按設計車道數(shù)(圖1-4-3)布置車輛荷載來計算。 第13頁/共37頁表表1-4-3 橋涵設計車道數(shù)橋涵設計車道數(shù)橋面寬度W(m)橋涵設計車道數(shù)車輛單向行駛時車輛雙向行駛時W7.0 17.0 W 10.56.0 W 14.0210.5 W 14.0 314.0 W 17.514.0 W 21.0417.5 W 21.0 521.0 W 24.521.0 W 28.0624.5 W 28.0 728.0 W 31.528.0 W 35.08第14頁/共37頁 多車道橋梁上的汽車荷載應考慮多車道折減，折減后的效應不應小于2車道荷載效應。表1-4-4 橫向折減系數(shù)橫向布置車道數(shù)234

9、5678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.550.520.50 第15頁/共37頁計算跨徑計算跨徑L0（m）150L0400400L0600600L0800800L01000L01000縱向折減系數(shù)縱向折減系數(shù)0.970.960.950.940.93表1-4-5 縱向折減系數(shù)第16頁/共37頁第17頁/共37頁 2.2 2.2 汽車沖擊力汽車沖擊力 高速行駛的汽車，當車輪下突然遇到起伏不平的道路或磚、石塊等小的障礙物時（或車輪軸有偏心時），迫使車輪急劇改變原來的直線軌跡，車輪與車箱之間的壓力彈簧瞬時改變長度。所有這些，都使車輪與路面（橋面）之間的作用力急劇增加，這個增加量就叫做汽

10、車沖擊力。增加量與原量值的比值，叫做沖擊系數(shù)，用表示。另一方面，當跳起的車輪自由下落時，對路面（橋面）亦產(chǎn)生一個沖擊力。 引用一個荷載增大系數(shù)即：沖擊系數(shù)引用一個荷載增大系數(shù)即：沖擊系數(shù)來表示汽車沖擊的作用。來表示汽車沖擊的作用。第18頁/共37頁橋通用規(guī)范汽車荷載的沖擊力標準值為汽車荷載標準值乘以沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)uf1.5Hzu=0.051.5Hzf14Hzu=0.1767lnf-0.0157f14Hzu=0.45f結構基頻 汽車荷載的局部加載及汽車荷載的局部加載及在在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用1.3。 填料厚度（包括路面厚度）大于或等于填料厚度（包括路面

11、厚度）大于或等于0.5m0.5m的拱橋、涵洞以及重的拱橋、涵洞以及重力式墩臺不計沖擊力。力式墩臺不計沖擊力。 第19頁/共37頁2.3 2.3 汽車荷載離心力汽車荷載離心力 車輛荷載（不計沖擊力）標準值乘以離心力系數(shù)。C離心力系數(shù)V設計速度（km/h），按橋梁所在路線設計速度采用；R 曲線半徑，以米計。R 250m時應考慮離心力 ；著力點在橋面以上1.2m,可移動至橋面,但不計由此引起的力矩；計算多車道橋梁離心力，車輛荷載標準值乘以車道折減系數(shù)。RVC1272第20頁/共37頁 2.4 2.4 汽車荷載引起的土壓力汽車荷載引起的土壓力 換算成等代的均布土層厚度計算式中：土容量（kN/m3） B

12、橋臺計算寬度（取橫橋向全寬）（m） l0橋臺后填土的破壞棱體長度（m） G為布置在 面積內(nèi)的車輪重力（KN）0GhBl0Bl第21頁/共37頁 2.5 2.5 人群荷載人群荷載 強度：橋梁計算跨徑50m：3kN/m2 ；計算跨徑150m：2.5kN/m2 ；計算跨徑在50-150m之間直線內(nèi)插得到?？鐝讲坏鹊倪B續(xù)結構，以最大計算跨徑為準。 行人密集區(qū)的公路橋梁，取上述規(guī)定值得1.15倍，專用人行橋梁取3.5 kN/m2 。 人群荷載橫向布置在人行道的凈寬度內(nèi)，縱向施加于使結構產(chǎn)生最不利荷載效應的區(qū)段內(nèi)。 人行道板（局部構件）以4.0kN/m2的均布荷載作用在一塊板上進行計算。 欄桿立柱頂?shù)乃?/p>

13、（出橋面）推力：0.75kN/m 扶手上的豎向力力（）：1kN/m。第22頁/共37頁 2.6 2.6 風載風載 橫橋向：橫向風壓迎風面積 橫橋向風壓按規(guī)范給出的公式及系數(shù)確定，作用點位于迎風面積的形心。 縱橋向：縱向風壓縱向迎風面積橋上汽車的縱、橫向風力，一般不考慮。第23頁/共37頁 2.7 2.7 汽車制動力汽車制動力 是汽車在橋上剎車時為克服其慣性力而在車輪與路面之間發(fā)生的滑動摩擦力。 制動力的著力點:橋面上1.2m處： 計算墩臺時可移至支座中心（鉸或滾軸中心）或滑動、橡膠、擺動支座的底板面上； 計算剛架橋，拱橋和木橋時，可移至橋面 以上均不計由移動而產(chǎn)生的力矩。 一個設計車道=0.1

14、W，(公路級)165kN,(公路級)90kN；同向行駛雙車道=2*一個設計車道標準值同向行駛三車道=2.34*一個設計車道標準值同向行駛四車道=2.68*一個設計車道標準值第24頁/共37頁 2.82.8 流水壓力流水壓力 式中：A橋墩阻水面積，（m2）； k橋墩形狀系數(shù)； 水的容重（kN/ m3 ）； V設計流速（m/s）。 gVkAFW222.9 2.9 冰壓力冰壓力 位于有冰棱河流或水庫中的橋梁墩臺，應根據(jù)當?shù)乇獾木唧w情況及墩臺的結構形式，考慮有關冰壓力。第25頁/共37頁 2.10 2.10 溫度影響力溫度影響力 包括：均勻溫度作用引起的脹縮在超靜定結構中的影響力； 梯度溫度作用下截

15、面產(chǎn)生的附加內(nèi)力。 依當?shù)鼐唧w情況、結構材質(zhì)、施工條件等因素計算溫度作用引起的結構效應。第26頁/共37頁 2.11 2.11 支座摩阻力支座摩阻力 上部結構因溫度變化引起的伸長或縮短以及受其他縱向力的作用，活動支座將產(chǎn)生一個反向的力，即支座摩阻力。 F =W 支座摩擦系數(shù)；通用規(guī)范表； W作用于活動支座上由上部結構重力產(chǎn)生的效應。第27頁/共37頁 3.1 3.1 地震作用地震作用 第28頁/共37頁 3.2 3.2 船舶或漂流物撞擊作用船舶或漂流物撞擊作用 位于通航河流或有漂流物的河流中的橋梁墩臺，設計時應考慮船只或漂流物的撞擊力。撞擊力可按實測資料確定，無實測資料時，可查“通橋規(guī)”計算。

16、3.3 3.3 汽車撞擊作用汽車撞擊作用 汽車撞擊力：縱向?。?000KN； 橫向取：500KN； 作用點：橋面以上1.2M處。 第29頁/共37頁4-2 4-2 荷載組合荷載組合第30頁/共37頁4-2 4-2 荷載組合荷載組合第31頁/共37頁一、按承載能力極限狀態(tài)設計時作用效應的組合一、按承載能力極限狀態(tài)設計時作用效應的組合第32頁/共37頁基本組合基本組合：永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應組合。 按承載能力極限狀態(tài)設計時，采用兩種作用效應組合：按承載能力極限狀態(tài)設計時，采用兩種作用效應組合：偶然組合偶然組合：永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應組合。)(211100QjKnjQjcKQQmiGiKGiudSSSS)(21100QjdnjcdQmiGidudSSSS第33頁/共37頁二、按正常使用極限狀態(tài)設計時作