【教学课件】第五章其它作用.ppt

第五章第五章 其它作用其它作用内容提要内容提要 一、温度作用一、温度作用 二、变形作用二、变形作用 三、爆炸作用三、爆炸作用 四、浮力作用四、浮力作用 五、制动力五、制动力 六、离心力六、离心力 七、预加力七、预加力 一、温度作用一、温度作用 温度变化引起材料自由膨胀、收缩温度变化引起材料自由膨胀、收缩 材料的变形受到其它构件的约束材料的变形受到其它构件的约束 内力、变形及内力、变形及位移位移静定结构静定结构：温度的变化不引起内力、但引起变形和位移温度的变化不引起内力、但引起变形和位移超静定结构超静定结构：温度的变化引起内力、变形和位移温度的变化引起内力、变形和位移 t(0C)升高升高 l l=t l 温度应力计算温度应力计算设杆件上边缘温度升高设杆件上边缘温度升高t t1 10 0，下边缘升高，下边缘升高t t2 20 0，且，且t t1 10 0 t t2 20 0 ，并沿杆件截，并沿杆件截面厚度为线性。面厚度为线性。杆件的轴线温度杆件的轴线温度：t0=(h1t2+h2t1)/h杆件上、下边缘温度差杆件上、下边缘温度差：t=t2-t1温度变化时，引起轴向应变温度变化时，引起轴向应变 和曲率和曲率，不引起剪切变形，不引起剪切变形 =t 0=d/ds=(t2-t1)ds/h/ds=t/h 截面上引起的截面上引起的弯矩弯矩M=EI =EI t/hds t1dshh1h2d ds t2ds常用超静定结构温度内力常用超静定结构温度内力（1 1）两端固定梁）两端固定梁 t10 t20 (t10 t20)M M=EIEI t/ht/h(温度低一侧受拉温度低一侧受拉)（2 2）一端固定一端简支梁）一端固定一端简支梁 t10 t20 (t10 t20)M M=3=3EIEI t/2ht/2h (温度低一侧受拉温度低一侧受拉)（3 3）圆形水池壁内力计算）圆形水池壁内力计算 壁面温差（壁面温差（t t）-池内水温与池外土温之差池内水温与池外土温之差 中中面面温温差差（t t0 0）-水水池池施施工工期期间间混混凝凝土土浇浇筑筑毕毕时时的的温温度度与与使使用用期期间间的的季季节节最最高高或或最最低低温温度度之差之差 壁面温差（壁面温差（t t）圆形水池壁内力计算）圆形水池壁内力计算 两端固定圆形水池壁在壁面温差（两端固定圆形水池壁在壁面温差（t t ）作）作用下产生纯弯温度应力用下产生纯弯温度应力 环向弯矩环向弯矩M M=径向弯矩径向弯矩 M Mx x=D D(1+(1+)t/h t/h D D池壁弯曲抗弯刚度，池壁弯曲抗弯刚度，D D=E Ec ch h3 3/12(1-/12(1-2 2)hR 壁面温差壁面温差 t 中面温差（中面温差（t t0 0）作用下圆形水池壁内力计算）作用下圆形水池壁内力计算(思考？思考？)hpTpT虚拟荷载虚拟荷载 pT=Ec h t0/R hpTpT t00二、变形作用二、变形作用 变形变形指指外界因素外界因素的影响使结构被迫发生变形的影响使结构被迫发生变形 地基变形地基变形 结构支座位移结构支座位移 混凝土徐变、收缩混凝土徐变、收缩受内部或外部约束受内部或外部约束 结构内力重分布结构内力重分布 地层对地下结构产生反作用力地层对地下结构产生反作用力 地层弹性抗力地层弹性抗力 制造误差等制造误差等 变形作用效应变形作用效应 静定结构：静定结构：支支座座移移动动、材材料料收收缩缩、制制造造误误差差等等使使结结构构发发生生的的变变形形不不引引起起内内力力、但但引起变形和位移引起变形和位移 超静定结构：超静定结构：支支座座移移动动、材材料料收收缩缩、制制造造误误差差等等使使结结构构发发生生的的变变形形引引起起内内力力、变形和位移变形和位移 变形作用计算变形作用计算按力学基本原理求解按力学基本原理求解 Ml=6EI /l 2Mr=2EI /l Mr=6EI /l 2Ml=4EI /l Ml=3EI /l 2Ml=3EI /l三、爆炸作用三、爆炸作用 爆炸概念爆炸概念 足够快、足够强的能量释放所产生的人们能够听见的空气冲击压力足够快、足够强的能量释放所产生的人们能够听见的空气冲击压力 (包括：核爆炸、普通炸药爆炸、油罐、煤气等的爆炸包括：核爆炸、普通炸药爆炸、油罐、煤气等的爆炸)（非核）爆炸的特点（非核）爆炸的特点 空气冲击波的空气冲击波的作用时间很短作用时间很短、传播过程中、传播过程中强度迅速减小强度迅速减小 爆炸冲击波对地下结构物的作用爆炸冲击波对地下结构物的作用自学自学 爆炸荷载的计算爆炸荷载的计算（爆炸冲击波对地面结构物的作用）（爆炸冲击波对地面结构物的作用）爆心爆心高压波高压波顶盖顶盖前墙前墙 背墙背墙 爆炸发生时反应区内瞬时形成极高的压力与周围未扰动的空气处于爆炸发生时反应区内瞬时形成极高的压力与周围未扰动的空气处于极端的不平衡状态极端的不平衡状态 高压波从爆心向外运动，强烈挤压邻近空气并不断向外扩展的压缩高压波从爆心向外运动，强烈挤压邻近空气并不断向外扩展的压缩空气层空气层 冲击地面建筑物（冲击地面建筑物（前墙承受前墙承受压力压力；背墙、顶盖和侧墙承受；背墙、顶盖和侧墙承受吸力吸力）爆炸冲击波对结构产生的荷载爆炸冲击波对结构产生的荷载 冲击波超压冲击波超压：由气体压缩而产生的压力：由气体压缩而产生的压力 最大的反射超压最大的反射超压 P Pf f =k kf f P P 入射波波阵面入射波波阵面 最大超压最大超压 反射系数，取值反射系数，取值6 6 8 8 冲击波动压冲击波动压：空气质点本身的运动产生的压力（：空气质点本身的运动产生的压力（q q(t)(t)）前墙压力从前墙压力从 P Pf f （最大的反射超压）（最大的反射超压）表面阻力系数表面阻力系数 衰减衰减 P P(t)+c(t)+cd d q q(t)(t)入射波波阵面上最大超压入射波波阵面上最大超压 冲击波产生的动压冲击波产生的动压 整个前墙面上单位面积整个前墙面上单位面积平均压力平均压力 P P1 1(t)(t)=P P(t)+c(t)+cd d q q(t)(t)侧墙、顶盖、背墙在冲击波作用下单位面积侧墙、顶盖、背墙在冲击波作用下单位面积平均吸力平均吸力 P Pi i(t)(t)=P P(t)-c(t)-cd d q q(t)(t)四、浮力作用四、浮力作用 地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点地下的土中结构物和地基的浮力计算两种观点 浮力的计算取决于土的物理特性浮力的计算取决于土的物理特性 考虑地基的透水性考虑地基的透水性 产产生生浮浮力力的的必必要要条条件件：地地下下水水能能否否通通过过土土的的空空隙隙、连连通通或或溶溶入入到到结结构基地构基地 不论土的物理特性如何，对各种土都可考虑完全的浮力作用不论土的物理特性如何，对各种土都可考虑完全的浮力作用 浮力计算存在争议浮力计算存在争议 浮力的计算浮力的计算-采用第一种观点采用第一种观点 浮力浮力=物体排开水的体积物体排开水的体积 结构物基底单位面积上的水浮力：结构物基底单位面积上的水浮力：P Pbuobuo=w wh hw w redred 结构物底基总浮力：结构物底基总浮力：P P=P Pbuo buo F F底面底面 redred浮力折减系数，非岩石地基浮力折减系数，非岩石地基 redred=1.0=1.0 岩石地基岩石地基 redred=0.35=0.35 0.950.95五、制动力五、制动力1 1、汽车制动力、汽车制动力 汽车制动力汽车制动力 汽车刹车时在车轮与路面之间产生的滑动摩擦力汽车刹车时在车轮与路面之间产生的滑动摩擦力 汽车制动力计算汽车制动力计算 公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004JTG D60-2004 汽车荷载制动力汽车荷载制动力 按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算 一一个个设设计计车车道道上上由由汽汽车车荷荷载载产产生生的的制制动动力力标标准准值值按按规规范范规规定定的的车车道道荷荷载载标标准准值值在在加加载载长长度度上上计计算算的的总总重重力力的的10%10%计计算算，但但公公路路-I-I级级汽汽车车荷荷载载的的制制动动力力标标准准值值不不得得小小于于165KN165KN；公公路路-II-II级级汽汽车车荷荷载载的的制制动动力力标标准准值不得小于值不得小于90KN90KN。同同向向行行驶驶双双车车道道的的汽汽车车荷荷载载制制动动力力标标准准值值为为一一个个车车道道制制动动力力标标准准值值的的2 2倍；倍；同同向向行行驶驶三三车车道道的的汽汽车车荷荷载载制制动动力力标标准准值值为为一一个个车车道道制制动动力力标标准准值值的的2.342.34倍；倍；同同向向行行驶驶四四车车道道的的汽汽车车荷荷载载制制动动力力标标准准值值为为一一个个车车道道制制动动力力标标准准值值的的2.682.68倍倍 汽车制动力的作用位置汽车制动力的作用位置 一般制动力的着力点在桥面以上一般制动力的着力点在桥面以上1.2m1.2m处处 计算墩台时计算墩台时 不计由此产生的竖向力和弯矩不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至支座中心或支座底座面上制动力可移至支座中心或支座底座面上 计算刚构桥、拱桥时计算刚构桥、拱桥时 不计由此产生的竖向力和弯矩不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至桥面上制动力可移至桥面上2 2、吊车制动力、吊车制动力WG+Q Pmax Pmin横向水平制动力横向水平制动力横向水平制动力横向水平制动力L 吊车竖向荷载（标准值）吊车竖向荷载（标准值）当当吊吊车车起起重重量量达达额额定定起起重重量量（Q Q），且且小小车车行行使使到到大大车车桥桥一一端端的的极极限限位位置置时时，吊吊车车轮轮子子作作用用于于该该边边柱柱吊吊车车梁梁轨轨道道上上的的压压力力达达最最大大最最大大轮轮压压P Pmaxmax ；此时另一端轨道上的轮压达最小；此时另一端轨道上的轮压达最小 最小轮压最小轮压P Pminmin。（图）（图）2(2(P Pmaxmax+P Pmin min )=(G+Q)+W)=(G+Q)+W 吊车横向水平制动力吊车横向水平制动力-小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力 （图）（图）小车总制动力小车总制动力 T T0 0=N N(G+Q)/2(G+Q)/2 每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载：每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载：T Tx x=T T0 0/4=/4=N N/8/8 (G+Q)=(G+Q)=N N (G+Q)(G+Q)N N 制动系数制动系数，按，按GB50009-2001GB50009-2001取用取用 软钩吊车：软钩吊车：当吊车额定起重量当吊车额定起重量Q Q 10t10t时时,N N=0.12=0.12 当吊车额定起重量当吊车额定起重量Q=16Q=16 50t50t时时,N N=0.10=0.10 当吊车额定起重量当吊车额定起重量Q Q 7575t t时时,N N=0.08=0.08 硬钩吊车：硬钩吊车：N N=0.20=0.20六、离心力六、离心力 离心力离心力-弯道桥（弯道桥（曲率半径曲率半径250m250m时时考虑）考虑）m F离离H=F离离=-F惯惯=-ma=-m 2R=-m(v/R)2R=-mg(v2/gR)离心力离心力 H H=车辆重量车辆重量P P 离心系数离心系数C C离心系数离心系数C=v2/gR C=v2/127R 单位换算单位换算:v:m/s km/h;g:m/s2;R:m 作用位置作用位置：车辆重心处，一般为桥面以上：车辆重心处，一般为桥面以上1.2m1.2m处处七、预加力（预应力）七、预加力（预应力）预应力的概念预应力的概念压压拉拉f q拉拉压压f pNpNp拉拉0压压NpNp f=f q-f p 预加力施加方式预加力施加方式 外部预应力外部预应力 预加力来自结构外部预加力来自结构外部 内部预应力内部预应力 通过张拉和锚固混凝土结构中的高强度钢筋使构件受通过张拉和锚固混凝土结构中的高强度钢筋使构件受 通过张拉受拉区钢筋（先张法、后张法），利用钢筋回缩对混凝土结通过张拉受拉区钢筋（先张法、后张法），利用钢筋回缩对混凝土结构产生预压力。构产生预压力。预应力张拉方法、预应力张拉控制应力、预应力损失、预应力锚具、预应力张拉方法、预应力张拉控制应力、预应力损失、预应力锚具、预应力材料、预应力混凝土结构设计等内容预应力材料、预应力混凝土结构设计等内容混凝土结构设计原理课程中讲授混凝土结构设计原理课程中讲授