第三章 桥梁的作用及其效应组合
合集下载
第三章 桥梁设计作用
公路、铁路桥梁作用分类对比
公 路 桥 梁
永久作用 可变作用 偶然作用 恒载 活载+附加力 特殊荷载
结构内力的反应 结构对所受作用的反应 结构变位的反应
可变 作用 结构使用期
铁 路 桥 梁
公路桥梁各作用随时间变化的性质（示意）
-1-
西南交通大学电气工程学院本科教学工作报告 Undergraduate Teaching Report of School of Electrical Engineering Southwest Jiaotong University
船舶或漂流物的撞击作用 汽车撞击作用
施工荷载 列车脱轨荷载 长钢轨断轨力
列车横向摇摆力 长钢轨纵向水平力
频率（概率密度） 足够长观测 期内的数据 拟合曲线
推算的设计基准期内 最大值概率密度 (部分可变和偶然作用)
列车牵引力 冻胀力
作用频遇值 作用准永久值
“频繁出现” 95%概率分位 “经常出现” 50%概率分位
设计车道数 横向折减系数 2 1.00 3 0.78 4 0.67 5 0.60 6 0.55 7 0.52 8 0.50
车辆荷载的横向布置示例
-4-
西南交通大学电气工程学院本科教学工作报告 Undergraduate Teaching Report of School of Electrical Engineering Southwest Jiaotong University
EI c mc
举例
f1 13.616 2l 2 EI c 连续梁桥竖弯基频 mc （对正弯矩及剪力）
冲击力标准值为车辆活载标准值×冲击系数，车辆活载总效应为标准值×（1+）
铁路桥梁明桥面：4kN/m2。 铁路桥梁道砟桥面：距离梁中心2.45m以内的人行道，取10 kN/m2； 距离梁中心2.45m以外的人行道，取4 kN/m2。 公路桥梁人群荷载集度：3kN/m2（L0 ≤50m）， 2.5kN/m2 （L0≥150m），其间线性内插；城市郊区行人密集地区取上述值的 1.15倍。 专用人行桥：3.5kN/m2。 人行道板：以4kN/m2 （公）或1.5 kN（铁）的荷载进行检算。
第3讲第一篇第三章作用(二)可变作用
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
制动力计算规定：
• 1、一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值为车道 荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算。 • 但公路—I级汽车荷载的制动力标准值不得小于 165kN； • 公路—Ⅱ级汽车荷载的制动力标准值不得小于 90kN；。 • 同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计 车道制动力标准值的两倍； • 同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍； • 同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。 • 2、汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力） 计算，并应按表3-13的规定，以使桥梁墩台产生最不利纵 向力的加载长度进行纵向折减。
主讲人 ： 王丽荣
（八）流水压力
• 1、计算：标准值 • 2、桥墩形状系数：
桥 墩 形 状 方形桥墩 矩形桥墩（长边与水流平行） 圆形桥墩
Fw KA
V5 1.3 0.8 桥 墩 形 状 尖端形桥墩 圆端形桥墩 K 0.7 0.6
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（3）计算：粗略近似 • A、支座的冲击力，按相应的桥梁取用。 • B、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。 • C、理论上应与结构自振频率有关，冲击系数μ可按下 式计算： • 当f＜1.5HZ时， μ=0.05 • 当1.5HZ≤f≤14HZ时， μ=0.1767lnf—0.0157 • 当f＞14 HZ时 μ=0.45 • 式中： f——结构基频（HZ）。结构基频宜采用有限 元方法计算
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
第三章_桥梁的设计作用_荷载_第二部分
目前,撞击力通常按静力法计算, 目前,撞击力通常按静力法计算,假定船筏作用于 墩的有效动能转化为撞击力F所做的功. 墩的有效动能转化为撞击力F所做的功. 铁路规范计算公式为: 铁路规范计算公式为:
船舶或漂流物撞击墩台的速度(m V—船舶或漂流物撞击墩台的速度(m/s); 船舶或漂流物撞击墩台的速度(m/s); α—船舶或漂流物驶近方向与墩台撞击点处切线所形成的夹角; 船舶或漂流物驶近方向与墩台撞击点处切线所形成的夹角; 船舶或漂流物驶近方向与墩台撞击点处切线所形成的夹角 船舶或漂流物重(kN) W——船舶或漂流物重(kN); 船舶或漂流物重(kN); 船舶或漂流物的弹性变形系数和墩台( C1,C2 —船舶或漂流物的弹性变形系数和墩台(砌体材料)的弹性变形 船舶或漂流物的弹性变形系数和墩台 砌体材料) 系数(m kN), 缺乏资料时一般假定C +C2 (m/ 系数(m/kN), 缺乏资料时一般假定C1+C2=0.0005
震级M,表示地震的强弱,一次地震只有一个震级. 震级 表示地震的强弱,一次地震只有一个震级. 表示地震的强弱 地震烈度I,表示地震引起的地面运动的强烈程度和对工程设施的 地震烈度 表示地震引起的地面运动的强烈程度和对工程设施的 破坏程度,一次地震有若干个烈度. 破坏程度,一次地震有若干个烈度. 地震基本烈度:反映地震本身的剧烈程度. 地震基本烈度:反映地震本身的剧烈程度.根据水平地震系数 Kh(地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度 的比值 地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度g的比值 地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度 的比值) 加以划分的. 加以划分的. 设计烈度:由设计者根据建桥地区的基本烈度,桥梁的重要性, 设计烈度:由设计者根据建桥地区的基本烈度,桥梁的重要性, 遭破坏后进行修复的难易程度选用的. 遭破坏后进行修复的难易程度选用的.
桥梁所受的作用
作用分类 永久作用
可变作用 偶然作用
作用名称 结构重力（包括结构附加重力）
预加力 土的重力 土侧压力 混凝土收缩及徐变作用 水的浮力 基础变位作用 汽车荷载 汽车冲击力 汽车离心力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 汽车制动力
风荷载 流水压力
冰压力 温度（均匀温度和梯度温度）作用
支座摩阻力 地震作用 船只或漂浮物撞击力 汽车撞击作用
习题1答案
（1）承载能力极限状态基本组合 （2）正常使用极限状态的短期效应组合勇功于的开路始，才能找到成 （3）正常使用极限状态的长期效应组合
习题2答案
（1）承载能力极限状态基本组合 （2）正常使用极限状态的短期效应组合勇功于的开路始，才能找到成 （3）正常使用极限状态的长期效应组合
桥梁结构的结构重功的要路性系数
桥梁结构 特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥 小桥、涵洞
设计安全等级
一级
二级
三级
结构重要性系数
1.1
1.0
0.9
承载能力极限状态——基本组合
永久作用与可变作用相结合
值
γ0—— 结构重要性系数
勇于开始，才能找到成
功的路
γ ——分项系数
SGik——永久作用效应的标准值
勇于开始，才能找到成 功的路
船舶的撞击力
内河航道等级
一 二 三 四 五 六 七
内河船舶撞击作用
船舶吨级（t ）
横桥向撞击作用（kN ）
顺桥向撞击作用（kN）
3000 2000 1000
1400
1100
勇于开始，才能找到成
11功00的路
900
800
650
500
550
450
桥梁工程第3章 桥梁的设计作用
4
3. 2
永久作用
永久作用, 即恒载( Dead load) , 是指在结构使用期间, 其量值 不随时间而变化, 或其变化值与 平均值相比可忽略不 计的作用。 永久作用包括结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力、作用于结 构上的土重及土侧压力、基础变位的影响力、水浮力、长期作用在 结构上的人工预加力以及混凝土收缩、徐变的影响力。
随时间变化的; 偶然作用的作用时间短暂, 且发生的几率很小。 作用具有变异性, 结构设计时不可能直接应用作用的随机变 量值或随机过程产生的作用值, 必须有一个为结构设计而给定的 量值, 这个值就称为作用代表值( Representative value of an action) 。
在开展桥梁结构或结构构件设计时, 应针对不同的设计目的采用
永久作用标准值, 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的重力密度计算确定。 有关常用材料的重 力密度可参照桥梁设计规范取值。
5
对预应力混凝土桥梁, 在进行正常使用极限状态和使用阶段 构件应力计算时, 预加力应作为永久作用; 在进行承载能力极限状 态设计时, 预加力不作为永久作用, 而是把预应力钢筋作为结构抗
出频遇值的概率不大于 1 - 0. 95 = 0. 05 。
《 公路桥涵设计通用规范》规定: 公路桥涵的设计基准期 ( Design reference period) 为 100 年。 在进行结构或构件设计时, 需针对不同设计要求采用不同的作用代表 值。 永久作用和偶然作用采取标准值作为代表值, 可变作用则应根据 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作 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, 应采用频遇值作为可变作用的代表值, 而按长期效应( 准永久) 组 合设计时, 应采用准永久值作为可变作用的代表值。明确了作 用 及 其 代表 值 后, 就 可 按 结 构力 学 方 法 进行 结 构分析。
3. 2
永久作用
永久作用, 即恒载( Dead load) , 是指在结构使用期间, 其量值 不随时间而变化, 或其变化值与 平均值相比可忽略不 计的作用。 永久作用包括结构物自重、桥面铺装及附属设备的重力、作用于结 构上的土重及土侧压力、基础变位的影响力、水浮力、长期作用在 结构上的人工预加力以及混凝土收缩、徐变的影响力。
随时间变化的; 偶然作用的作用时间短暂, 且发生的几率很小。 作用具有变异性, 结构设计时不可能直接应用作用的随机变 量值或随机过程产生的作用值, 必须有一个为结构设计而给定的 量值, 这个值就称为作用代表值( Representative value of an action) 。
在开展桥梁结构或结构构件设计时, 应针对不同的设计目的采用
永久作用标准值, 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的重力密度计算确定。 有关常用材料的重 力密度可参照桥梁设计规范取值。
5
对预应力混凝土桥梁, 在进行正常使用极限状态和使用阶段 构件应力计算时, 预加力应作为永久作用; 在进行承载能力极限状 态设计时, 预加力不作为永久作用, 而是把预应力钢筋作为结构抗
出频遇值的概率不大于 1 - 0. 95 = 0. 05 。
《 公路桥涵设计通用规范》规定: 公路桥涵的设计基准期 ( Design reference period) 为 100 年。 在进行结构或构件设计时, 需针对不同设计要求采用不同的作用代表 值。 永久作用和偶然作用采取标准值作为代表值, 可变作用则应根据 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作 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, 应采用频遇值作为可变作用的代表值, 而按长期效应( 准永久) 组 合设计时, 应采用准永久值作为可变作用的代表值。明确了作 用 及 其 代表 值 后, 就 可 按 结 构力 学 方 法 进行 结 构分析。
1.3桥梁的设计荷载
2. 加载方式 ①在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于 使结构产生最不利荷载效应的区段内。 ②人行道板可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均 布荷载计算。 ③计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推 力标准值取0.75KN/m; 作用在栏杆扶手上的竖向力标 准值取1.0kN/m。
—精品课程
第1篇 总论
土木与建筑工程学院 道桥教研室
第3章 桥梁的设计作用
➢ 重点掌握：
1.桥梁作用分类； 2.作用计算； 3.作用效应组合。
作用——施加于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，也称荷 载,后者称间接作用。
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。
l0 ——桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m计； ∑G ——布置在B×l0面积内的车辆车轮重力，以kN计。
注：当涉及多车道加载时，车轮总重力应按表1.7进行折减。
6、汽车制动力
原因： 车辆减速或制动时为克服车辆的惯性力而在路面 与车辆之间发生的滑动摩擦力。作用于桥跨结构 的方向与行车方向一致。
，比例越高。
2、预加力
预加应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，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应阶 段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力 不作为荷载，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。
3、混凝土收缩徐变影响力
3） 折减系数
a、当横向布置车队数大于2时，应计入横向折减 ，但折减后不得小于用两行车队计算的结果。
横向折减系数
b、当桥梁计算跨径大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵 向折减。
1.4桥梁所受的作用
n m 0M d 0 S S S Q1 Q1k c Qj Qjk Gi Cik j 2 i 1 1.0 1.2M Gk 1.4M Q1k 0.8 1.4M Q 2 k
1.0 1.2 399.806 302.715 1.4 982.237 0.8 1.4 21.014 2241 .693kN m
城－Ａ级车道荷载
=140KN
M Q
=22.5KN/m =37.5KN/m
城－B级车道荷载
图1-4-6 城—A级车道荷载
=130KN
M Q
=19.0KN/m =25.0KN/m
图1-4-7 城—B级车道荷载
（2）汽车荷载冲击力
冲击作用：汽车以较高速度过桥时，由于桥面不平整等原因，引起 桥梁结构振动，内力增大。冲击力=汽车荷载标准值×冲击系数。 （填料厚度≥0.5m的拱桥和重力式墩台不计冲击力）。
正常使用极限状态 —— 作用短期效应组合
永久作用标准值与可变作用频遇值相组合
S sd SGik 1 j SQjk
i 1 j 1
m
n
ψ1—— 频遇值系数
汽车荷载（不计冲击力）
人群荷载 风荷载
ψ1=0.7
ψ 1 =1.0 ψ 1 =0.75
温度梯度作用
其他作用
ψ 1 =0.8
ψ 1 =1.0
地震动峰值加速度≥0.10g地区的桥涵，抗震设计。
地震动峰值加速度≤0.05g地区的桥涵，简易设防。
船舶的撞击力
内河船舶撞击作用
内河航道等级 船舶吨级（t） 横桥向撞击作用（kN） 顺桥向撞击作用（kN） 一 二 三 四 五 六 七 3000 2000 1000 500 300 100 50 1400 1100 800 550 400 250 150 1100 900 650 450 350 200 125
1.0 1.2 399.806 302.715 1.4 982.237 0.8 1.4 21.014 2241 .693kN m
城－Ａ级车道荷载
=140KN
M Q
=22.5KN/m =37.5KN/m
城－B级车道荷载
图1-4-6 城—A级车道荷载
=130KN
M Q
=19.0KN/m =25.0KN/m
图1-4-7 城—B级车道荷载
（2）汽车荷载冲击力
冲击作用：汽车以较高速度过桥时，由于桥面不平整等原因，引起 桥梁结构振动，内力增大。冲击力=汽车荷载标准值×冲击系数。 （填料厚度≥0.5m的拱桥和重力式墩台不计冲击力）。
正常使用极限状态 —— 作用短期效应组合
永久作用标准值与可变作用频遇值相组合
S sd SGik 1 j SQjk
i 1 j 1
m
n
ψ1—— 频遇值系数
汽车荷载（不计冲击力）
人群荷载 风荷载
ψ1=0.7
ψ 1 =1.0 ψ 1 =0.75
温度梯度作用
其他作用
ψ 1 =0.8
ψ 1 =1.0
地震动峰值加速度≥0.10g地区的桥涵，抗震设计。
地震动峰值加速度≤0.05g地区的桥涵，简易设防。
船舶的撞击力
内河船舶撞击作用
内河航道等级 船舶吨级（t） 横桥向撞击作用（kN） 顺桥向撞击作用（kN） 一 二 三 四 五 六 七 3000 2000 1000 500 300 100 50 1400 1100 800 550 400 250 150 1100 900 650 450 350 200 125
3 公路桥梁结构的作用
——对应于结构或构件达到正常使用和耐久性的各项规定限制
的极限状态。 包括结构及构件外观变形过大、开裂、局部破坏、
振动过大等。
4
简单说来，就是要求
抗力R
Z=R-S>0
R1
的概率大于一个给 定的值，以保障结 R2 构运营安全。
Z1 Z2
R——结构抗力 S——作用效应
S1
S2
结构所处状态
荷载效应S
5
一、概述（3） ➢作用分类——按作用方式分类
17
三、 可变作用
●可变作用：在设计基准期内随时间变化的作用，也称之为活载 及其附加荷载。
编号 作用名称
1
汽车荷载
2
汽车冲击力
3
汽车离心力
4
汽车引起的土侧压力
5
人群荷载
6
汽车制动力
7
风荷载
8
流水压力/冰压力
9
温度（均匀温度和梯度温度）作用
10
支座摩阻力
18
三、 可变作用
●1、汽车荷载：最主要的可变作用、随着汽车工业的发
直接作用： 施加在结构上的荷载，如自重，汽车荷载等 间接作用：引起结构外加变形和约束变形的原因。
➢作用分类——按性质分类
永久作用、可变作用 、偶然作用
➢讨论：为什么以前的规范将外界施加在结构上的影响称为 “荷载（Lord）”，新规范称之为“作用（Action）”，那个更 为恰当准确？二者有何区别？为什么？
离心力 R≤250m时,要考虑。
＊离心力=C×（车辆荷载）（不计冲击力）
离心力系数
C V2 127 R
＊作用位置：
离心力
1.2m
或 桥面
（简化计算）