作用及作用效應(yīng)組合

作用及作用效應(yīng)組合第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié)作用的分類

一、作用的定義作用：我國現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60一2004)中將作用于橋梁結(jié)構(gòu)的荷載和引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因統(tǒng)稱為作用。作用是施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，前者稱直接作用，亦稱荷載，后者稱間接作用第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五二、作用的分類：永久作用、可變作用和偶然作用第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1、永久作用(恒載)：是在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時(shí)間而變化或其變化值與平均值比較可忽略不計(jì)的作用。永久作用的量值是指其作用位置、大小和方向。⑴作用于橋梁上部結(jié)構(gòu)永久作用：主要是結(jié)構(gòu)物自重、橋面鋪裝及附屬設(shè)備的重力(人行道板、欄桿、扶手、燈柱等)、長期作用于結(jié)構(gòu)上的人工預(yù)加力以及混凝土收縮和徐變作用、基礎(chǔ)變位作用。⑵作用于橋梁下部結(jié)構(gòu)的永久作用：主要是上部結(jié)構(gòu)傳給支座的永久作用、墩臺(tái)的自重。⑶作用于墩臺(tái)上的永久作用：土重及土側(cè)壓力、水浮力(水中墩臺(tái))。第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2、可變作用(活載)：是在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值比較不可忽略不計(jì)的作用，主要包括汽車荷載及其影響力、自然和人為產(chǎn)生的各種變化力。3、偶然作用：是在結(jié)構(gòu)使用期間，出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大旦持續(xù)時(shí)間很短的作用。偶然作用主要是地震作用、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用。第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)作用的選定和作用效應(yīng)組合一、作用的代表值作用具有變異性，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不可能直接引用作用隨機(jī)變量或隨機(jī)過程的各類統(tǒng)計(jì)參數(shù)通過復(fù)雜的計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，作用代表值就是為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而給定的量值。設(shè)計(jì)的要求不同，采用的作用代表值也可不同，這樣可以更確切、合理地反映作用對結(jié)構(gòu)在不同設(shè)計(jì)要求下的特點(diǎn)。第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五⑴作用的代表值一般可分為標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值和淮永久值。⑵作用的標(biāo)準(zhǔn)值是作用的基本代表值。⑶頻遇值和準(zhǔn)永久值一般可以在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上計(jì)人不同的系數(shù)后得到。⑷永久作用被近似地認(rèn)為在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)(公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年)是不變的．它的代表值只有一個(gè)，即標(biāo)準(zhǔn)值。第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五⑸可變作用應(yīng)根據(jù)不同的極限狀態(tài)分別采用不同的代表值，即可取標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值和準(zhǔn)永久值作為其代表值。①在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)及按彈性階段計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)應(yīng)采用的標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值。②在正常使用極限狀態(tài)按短期效應(yīng)（頻遇)組合設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用頻遇值作為代表值，其值為標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1的頻遇值系數(shù)ψ1，③按長期效應(yīng)(準(zhǔn)永久)組合設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用準(zhǔn)永久值作為代表值，其值為標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于ψ1

的準(zhǔn)永久值系數(shù)ψ2。第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

⑹偶然作用的代表值為其標(biāo)準(zhǔn)值。二、作用的設(shè)計(jì)值

作用的設(shè)計(jì)值為作用的標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的作用分項(xiàng)系數(shù)第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五三、作用效應(yīng)組合

前面簡述了橋梁結(jié)構(gòu)中各種可能出現(xiàn)的作用，顯然這些作用并非全部同時(shí)作用于橋梁結(jié)構(gòu)上，因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)分清哪些作用是恒久存在的、經(jīng)常出現(xiàn)的，哪些作用是偶然出現(xiàn)或者只在特殊情況下才發(fā)生的。根據(jù)各種作用重要性的不同和同時(shí)作用的可能性，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60一2004)規(guī)定了以下幾種作用效應(yīng)組合，以供設(shè)計(jì)時(shí)選擇：第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1、公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用以下兩種作用效應(yīng)組合。①基本組合：永久作用的設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式如下所示：第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五②偶然組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相組合。(2)公路橋涵結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用以下兩種作用效應(yīng)組合。①作用短期效應(yīng)組合。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為，第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

②作用長期效應(yīng)組合。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為：第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)作用的規(guī)定與計(jì)算一、永久作用永久作用(也稱恒載)是在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時(shí)間而變化或其變化值與平均值比較可忽略不計(jì)的作用。永久作用的量值是指其作用位置、大小和方向。作用于橋梁上部結(jié)構(gòu)的永久作用，主要是結(jié)構(gòu)物自重、橋面鋪裝及附屬設(shè)備的重力(人行道板、欄桿、扶手、燈柱等)、長期作用于結(jié)構(gòu)上的人工預(yù)加力以及混凝土收縮和徐變作用、基礎(chǔ)變位作用。作用于橋梁下部結(jié)構(gòu)的永久作用，主要是上部結(jié)構(gòu)傳給支座的永久作用、墩臺(tái)的自重、作用于墩臺(tái)上的土重及土側(cè)壓力、水浮力(水中墩臺(tái))。

第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1．結(jié)構(gòu)重力結(jié)構(gòu)物自重、橋面鋪裝及附屬設(shè)備的重力的標(biāo)準(zhǔn)值可按結(jié)構(gòu)物的實(shí)際體積乘以其材料的重度計(jì)算。材料的重度可按表3—7采用。第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2．預(yù)加力對于頂應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，頸加力在結(jié)構(gòu)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)和使用階段構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算時(shí)、應(yīng)作為永久作用討論其主效應(yīng)和次效應(yīng)．并計(jì)入相應(yīng)階段的預(yù)應(yīng)力損失，但不計(jì)由于預(yù)應(yīng)力偏心距增大引起的附加效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)應(yīng)力不作為作用，而將預(yù)應(yīng)力鋼筋作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分，但在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)中，仍需考慮預(yù)加力引起的次效應(yīng)。第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五3．土的重力和土側(cè)壓力

作用于墩臺(tái)上的土的重力標(biāo)準(zhǔn)值為作用于墩臺(tái)基礎(chǔ)頂面土的體積乘以土的重度力可參照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60一2004)有關(guān)規(guī)定計(jì)算。(1)靜土壓力在計(jì)算傾覆和滑動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，墩、臺(tái)、擋土墻前側(cè)地面以下不受沖刷部分土的側(cè)壓力可按靜土壓力計(jì)算。其標(biāo)準(zhǔn)值可按下列公式計(jì)算：第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五(2)主動(dòng)土壓力①作用在橋臺(tái)、擋土墻前后的主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)土層特性無變化時(shí)按下式計(jì)算：第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五②作用在橋臺(tái)、擋土墻前后的主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)土層特性有變化或受水位影響時(shí)宜分層計(jì)算土的側(cè)壓力。③壓實(shí)填土重力的豎向和水平壓力強(qiáng)度豎向壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五(3)承受土側(cè)壓力的柱式墩臺(tái)，作用在每根柱上的土壓力計(jì)算寬度的計(jì)算(圖3—2)。

第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五4．水的浮力水的浮力可按下列規(guī)定采用：(1)基礎(chǔ)地面位于透水性地基上的橋梁墩臺(tái)，當(dāng)驗(yàn)算穩(wěn)定時(shí)，當(dāng)驗(yàn)算地基應(yīng)力時(shí)，可僅考慮低水位的浮力，或不考慮水的浮力。(2)基礎(chǔ)嵌入不適水性地基的橋梁墩臺(tái)不考慮水的浮力。(3)作用在樁基承臺(tái)底面的浮力，應(yīng)考慮全部底面積。對樁嵌入不透水地基并灌注混凝土封閉者，不應(yīng)考慮樁的浮力，在計(jì)算承臺(tái)底面浮力時(shí)應(yīng)扣除樁的截面面積。(4)當(dāng)不能確定地基是否透水時(shí)，應(yīng)以透水或不透水兩種情況與其他作用組合，取其最不利者。

第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五另外，混凝土收縮和徐變作用在外部超靜定的混凝土結(jié)構(gòu)及復(fù)合橋梁等結(jié)構(gòu)中是必然產(chǎn)生的，而且是長期作用的，可參照《橋規(guī)》有關(guān)規(guī)定計(jì)算。對于超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)考慮由于基礎(chǔ)壓密等引起的長期變形影響時(shí)，應(yīng)根據(jù)最終位移量計(jì)算構(gòu)件的效應(yīng)。第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五二、可變作用可變作用(也稱活載)是在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時(shí)間而變化，或其變化值與平均值比較不可忽略不計(jì)的作用，主要包括汽車荷載及其影響力、自然和人為產(chǎn)生的各種變化力。1．汽車荷載及其影響力(1)汽車荷載汽車荷載分為公路—I級(jí)和公路—II級(jí)兩個(gè)等級(jí)，由車道荷載和車輛荷載組成。第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車道荷載，橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)和擋土墻土壓力等的計(jì)算采用車輛荷載，車道荷載與車輛荷載的作用不得疊加。車道荷載的計(jì)算圖示如圖車輛荷載的計(jì)算圖式如圖第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五公路橋涵的汽車荷載等級(jí)和車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五(2)汽車沖擊力汽車以較高的速度駛過橋梁時(shí)，橋梁產(chǎn)生的應(yīng)力與變形比大小相等的靜載引起的要大一些．這是因?yàn)槠嚭奢d不是慢慢地增加，而是以較快的速度突然加載于橋上，因而使橋梁發(fā)生振動(dòng)。同時(shí)，由于橋面不平整、車輪不圓以及發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)等原因，也會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)。這種由于荷載的動(dòng)力作用使橋梁發(fā)生振動(dòng)而造成內(nèi)力加大的現(xiàn)象稱為沖擊作用。也就是說，橋梁不僅承受車輛荷載的重力作用、還受到一種沖擊力。鑒于目前對沖擊作用還不能從理論上作出符合實(shí)際的精確計(jì)算，只能采用粗略的近似方法，即以沖擊系數(shù)μ來計(jì)及荷載的沖擊作用。第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五《橋規(guī)》中規(guī)定：鋼橋、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋、圬工拱橋等上部構(gòu)造和鋼支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及鋼筋混凝土柱式墩臺(tái)，應(yīng)計(jì)算汽車的沖擊作用；填料厚度(包括路面厚度)等于或大于0.5m的拱橋、涵洞以及重力式墩臺(tái)不計(jì)沖擊力。汽車荷載的沖擊力標(biāo)準(zhǔn)值為汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)μ，按下表采用第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五⑶汽車離心力位于曲線上的橋梁，當(dāng)曲線半徑等于或小于250m時(shí)，應(yīng)計(jì)算汽車荷載引起的離心力。汽車荷載離心力標(biāo)準(zhǔn)值為車輛荷載(不計(jì)沖擊力)標(biāo)準(zhǔn)值乘以離心力系數(shù)c，離心力系數(shù)控下式計(jì)算：第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五⑷汽車引起的土壓力

汽車荷載引起的土壓力采用車輛荷載加載，并可按下列規(guī)定計(jì)算：①車輛荷載在橋合成擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側(cè)壓力，可按下式換算成等代均布土層厚度(m)計(jì)算：第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五(5)汽車制動(dòng)力第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第五十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第六十頁，共六十五頁，編輯于20