桥梁工程课件01-4公路桥梁的设计荷载.ppt

第四章第四章 桥梁的设计荷载桥梁的设计荷载4-1 4-1 规范中有关设计荷载的规定规范中有关设计荷载的规定 2015年12月1日起施行公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）对公路桥涵设计通用规范(JTG D602004)进行修订而成。2004年10月1日起施行 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)对公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 024 85)修订而成。承载能力极限状态承载能力极限状态 对应于桥涵结构或其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。正常使用极限状态正常使用极限状态 对应于桥涵结构或其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。桥涵结构应按承载能力极限状态承载能力极限状态和正常使用极限状态正常使用极限状态进行设计公路桥涵三种设计状况设计状况 持久状况持久状况 桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况。桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。短暂状况短暂状况 桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。桥涵进行承载能力极限状态设计，必要时进行正常使用极限状态设计。偶然状况偶然状况 在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。桥涵仅作承载能力极限状态设计。表表1 1 公路桥涵结构的设计安全等级公路桥涵结构的设计安全等级设计安全等级桥涵结构一级特大桥、重要大桥二级大桥、中桥、重要小桥三级小桥、涵洞公路桥涵结构的设计基准期为公路桥涵结构的设计基准期为100年。年。在桥梁计算中有三部分内容必不可少：在桥梁计算中有三部分内容必不可少：确定计算模式；确定计算模式；确定荷载大小及作用方式；确定荷载大小及作用方式；内力计算。内力计算。作用作用 施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构产生外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，亦称荷载，后者称间接作用。永久作用永久作用在结构使用期间，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可忽略不计的作用。可变作用可变作用在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。偶然作用偶然作用在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。桥通用规范桥通用规范术语：术语：编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和温度梯度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞击作用21汽车撞击作用表2 作用分类一、一、一、一、永久作用永久作用永久作用永久作用1.1 1.1 重重力力：结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力均属结构重力，用体积乘以容重求得。1.2 1.2 预预加加应应力力：结构正常使用极限状态时，作为永久荷载计算其效应，并考虑相应阶段的预应力损失，但不计由于偏心距增大引起的附加内力；结构承载能力极限状态时，预应力不作为荷载，将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。1.3 1.3 土的重力及土侧压力土的重力及土侧压力公路桥涵设计通用规范给出了主动土压力、静土压力的计算公式。1.4 1.4 混凝土收缩及徐变的影响力混凝土收缩及徐变的影响力 混凝土的收缩、徐变影响力在外部超静定的混凝土结构及复合梁桥等结构中是必然产生且长期作用的。收缩可作为相应的温度的降低来考虑。徐变影响：可采用混凝土应力与徐变变形间直线关系的假定。1.5 1.5 基础变位影响基础变位影响 主要指地基经压密变形而引起变位。一旦出现，也是长期作用在结构上。对于超静定结构应按最终变位根据弹性理论求解构件截面的附加内力。1.6 1.6 水的浮力水的浮力 对水中结构部分是长期作用的。二、二、可变作用可变作用可变作用可变作用汽车荷载等级汽车荷载等级公路公路级级公路公路级级表表3 3 各级公路设计速度各级公路设计速度公路公路等级等级高速高速公路公路一级一级公路公路二级二级公路公路三级三级公路公路四级四级公路公路设计设计速度速度(km/h)(km/h)12120 010010080801001008080606080806060404030302020表表4 4 各级公路桥涵的汽车荷载等级各级公路桥涵的汽车荷载等级(表表1-4-1)公路等级公路等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三级公路三级公路四级公路四级公路汽车荷载汽车荷载等级等级公路公路-级级公路公路-级级公路公路-级级公路公路-级级2.1 2.1 汽车荷载汽车荷载公路公路-级级汽车荷载汽车荷载车道荷载车道荷载车辆荷载车辆荷载集中荷载集中荷载均布荷载均布荷载桥梁结构的整体计算桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等计算 车道荷载计算图式车道荷载计算图式公路公路 级级均布荷载均布荷载集中荷载集中荷载q k=10.5kN/mL5m时，Pk=270kN;5L50m时，Pk=2(L+130)直线内插得到L50m时，Pk=360kN;公路公路 级级 0.75倍公路级荷载 车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值最大影响线峰值处。计算剪力效应时，Pk应乘1.2的系数。车道荷载横向分布系数按设计车道数(图1-4-3)布置车辆荷载来计算。表表1-4-3 桥涵设计车道数桥涵设计车道数桥面宽度W(m)桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆双向行驶时W7.017.0 W 10.56.0 W 14.0210.5 W 14.0314.0 W 17.514.0 W 21.0417.5 W 21.0521.0 W 24.521.0 W 28.0624.5 W 28.0728.0 W 31.528.0 W 35.08 多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减，折减后的效应不应小于2车道荷载效应。表1-4-4 横向折减系数横向布置车道数2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.50计计算跨径算跨径L0（m）150L0400400L0600600L0800800L01000L01000纵纵向折减系数向折减系数0.970.960.950.940.93表1-4-5纵向折减系数 2.2 2.2 汽车冲击力汽车冲击力 高速行驶的汽车，当车轮下突然遇到起伏不平的道路或砖、石块等小的障碍物时（或车轮轴有偏心时），迫使车轮急剧改变原来的直线轨迹，车轮与车箱之间的压力弹簧瞬时改变长度。所有这些，都使车轮与路面（桥面）之间的作用力急剧增加，这个增加量就叫做汽车冲击力。增加量与原量值的比值，叫做冲击系数，用表示。另一方面，当跳起的车轮自由下落时，对路面（桥面）亦产生一个冲击力。引用一个荷载增大系数即：冲击系数引用一个荷载增大系数即：冲击系数来表示汽车冲击的作用。来表示汽车冲击的作用。桥通用规范 4.3.2 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冲击系数uf1.5Hzu=0.051.5Hzf14Hzu=0.1767lnf-0.0157f14Hzu=0.45f结构基频 汽车荷载的局部加载及汽车荷载的局部加载及在在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。填料厚度（包括路面厚度）大于或等于填料厚度（包括路面厚度）大于或等于0.5m0.5m的拱桥、涵洞以及重的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。力式墩台不计冲击力。2.3 2.3 汽车荷载离心力汽车荷载离心力 车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数。C离心力系数V设计速度（km/h），按桥梁所在路线设计速度采用；R 曲线半径，以米计。R 250m时应考虑离心力；着力点在桥面以上1.2m,可移动至桥面,但不计由此引起的力矩；计算多车道桥梁离心力，车辆荷载标准值乘以车道折减系数。2.4 2.4 汽车荷载引起的土压力汽车荷载引起的土压力 n换算成等代的均布土层厚度计算式中：土容量（kN/m3）B桥台计算宽度（取横桥向全宽）（m）l0桥台后填土的破坏棱体长度（m）G为布置在面积内的车轮重力（KN）2.5 2.5 人群荷载人群荷载 强度：桥梁计算跨径50m：3kN/m2；计算跨径150m：2.5kN/m2；计算跨径在50-150m之间直线内插得到。跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。行人密集区的公路桥梁，取上述规定值得1.15倍，专用人行桥梁取3.5 kN/m2。人群荷载横向布置在人行道的净宽度内，纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。人行道板（局部构件）以4.0kN/m2的均布荷载作用在一块板上进行计算。栏杆立柱顶的水平（出桥面）推力：0.75kN/m 扶手上的竖向力力（）：1kN/m。2.6 2.6 风载风载 横桥向：横向风压迎风面积 横桥向风压按规范给出的公式及系数确定，作用点位于迎风面积的形心。纵桥向：纵向风压纵向迎风面积桥上汽车的纵、横向风力，一般不考虑。2.7 2.7 汽车制动力汽车制动力 是汽车在桥上刹车时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力。制动力的着力点:桥面上1.2m处：计算墩台时可移至支座中心（铰或滚轴中心）或滑动、橡胶、摆动支座的底板面上；计算刚架桥，拱桥和木桥时，可移至桥面 以上均不计由移动而产生的力矩。一个设计车道=0.1W，(公路级)165kN,(公路级)90kN；同向行驶双车道=2*一个设计车道标准值同向行驶三车道=2.34*一个设计车道标准值同向行驶四车道=2.68*一个设计车道标准值 2.82.8 流水压力流水压力 式中：A桥墩阻水面积，（m2）；k桥墩形状系数；水的容重（kN/m3）；V设计流速（m/s）。2.9 2.9 冰压力冰压力 位于有冰棱河流或水库中的桥梁墩台，应根据当地冰棱的具体情况及墩台的结构形式，考虑有关冰压力。2.10 2.10 温度影响力温度影响力 包括：均匀温度作用引起的胀缩在超静定结构中的影响力；梯度温度作用下截面产生的附加内力。依当地具体情况、结构材质、施工条件等因素计算温度作用引起的结构效应。2.11 2.11 支座摩阻力支座摩阻力 上部结构因温度变化引起的伸长或缩短以及受其他纵向力的作用，活动支座将产生一个反向的力，即支座摩阻力。F=W 支座摩擦系数；通用规范表；W作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应。3.3.3.3.偶然作用偶然作用偶然作用偶然作用3.1 3.1 地震作用地震作用 3.3.3.3.偶然作用偶然作用偶然作用偶然作用3.2 3.2 船舶或漂流物撞击作用船舶或漂流物撞击作用 位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，设计时应考虑船只或漂流物的撞击力。撞击力可按实测资料确定，无实测资料时，可查“通桥规”计算。3.3 3.3 汽车撞击作用汽车撞击作用汽车撞击力：纵向取：1000KN；横向取：500KN；作用点：桥面以上1.2M处。4-2 4-2 荷载组合荷载组合4-2 4-2 荷载组合荷载组合一、按承载能力极限状态设计时作用效应的组合一、按承载能力极限状态设计时作用效应的组合基本组合基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应组合。按承载能力极限状态设计时，采用两种作用效应组合：按承载能力极限状态设计时，采用两种作用效应组合：偶然组合偶然组合：永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应组合。二、按正常使用极限状态设计时作用效应组合二、按正常使用极限状态设计时作用效应组合作用短期效应组合作用短期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应组合。按正常使用极限状态设计时，采用两种作用效应组合：按正常使用极限状态设计时，采用两种作用效应组合：作用长期效应组合作用长期效应组合：永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应组合。n 城市桥梁荷载效应组合城市桥梁荷载效应组合