桥梁与隧道工程学习教案.pptx
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1、桥梁与隧道桥梁与隧道(sudo)工程工程第一页,共55页。1.3桥梁的设计作用桥梁的设计作用(zuyng)及及作用作用(zuyng)组合组合作用代表值:指结构或结构设计时,针对不同(b tn)设计目标所采用的各种作用规定值。它是根据作用统计得到的概率分布模型,按照概率的方法确定的。包括:(1)作用标准值:指结构或结构设计时,采用的各种作用的基本代表值,根据概率分布的某一分位确定(2)作用频遇值:指结构或构件按照正常使用极限状态短期效应组合设计时,采用的一种可变作用代表值,按概率分布的0.95分位值确定(3)作用准永久值:指结构或构件按照正常使用极限状态短期效应组合设计时,采用的另一种可变作用代
2、表值,按概率分布的0.50分位值确定第1页/共54页第二页,共55页。1.3桥梁桥梁(qioling)的的设计作用及作设计作用及作用组合用组合作用在桥梁上的作用可分为三大类:永久作用(恒载):在设计使用期内,其值不随时间变化,或其变化与平均值相 比 可 以 忽 略(hl)不计的作用。可变作用:在设计使用期内,其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略(hl)的作用。按其对桥涵结构的影响程度,又分为基本可变作用(活载)和其它可变作用。偶然作用:在设计使用期内,不一定出现,但一旦出现其值很大且持续时间较短的作用,它包括船只或漂浮物撞击力、地震力。桥梁设计时需考虑作用组合。作用分类荷 载 名 称永
3、久作用结构重力,预加应力,土的重力及土的侧压力,混凝土收缩徐变影响力,基础变位影响力,水的浮力可变作用基本可变作用汽车荷载,汽车冲击力,离心力,汽车引起的土侧压力,人群荷载其他可变作用风荷载,汽车制动力,流水压力,冰压力,温度作用,支座摩阻力偶然作用地震力,船只或漂流物撞击力 返回(fnhu)第2页/共54页第三页,共55页。1.3.11.3.1永久永久(yngji)(yngji)作用作用结构物的重力及桥面铺装、附属设备等外加重力均属结构重力,可按照结构物的实际体积或设计时所假定的体积及其材料的容重计算。对于预应力混凝土桥梁结构,预加应力在结构正常使用极限状态设计时,应作为永久作用计算其效应;
4、在结构承载能力极限状态设计时,预加应力不作为作用。作用于墩台上的土压力(yl)、土侧压力(yl)可参照桥涵通用设计规范(JTG D60-2004)和公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)中规定计算。水的浮力对桥梁墩台的影响,当墩台位于透水性地基上时,验算墩台的稳定性,应采用设计水位的浮力,验算地基应力,仅考虑低水位时的浮力,或不考虑水的浮力;当墩台位于不透水性地基上时,可不考虑水的浮力。返回(fnhu)第3页/共54页第四页,共55页。1.3.11.3.1永久永久(yngji)(yngji)作用作用混凝土收缩、徐变:混凝土收缩、徐变:(1 1)外部超静定的混凝土结构、钢和混凝土
5、的组合结构应考虑;)外部超静定的混凝土结构、钢和混凝土的组合结构应考虑;(2 2)混混凝凝土土的的收收缩缩和和徐徐变变系系数数按按公公路路钢钢筋筋混混凝凝土土及及预预应应力力混混凝凝土桥涵设计规范(土桥涵设计规范(JTG D62-2004JTG D62-2004)计算)计算(j sun)(j sun);(3 3)混混凝凝土土徐徐变变的的计计算算(j(j sun)sun),可可假假定定徐徐变变与与混混凝凝土土呈呈线线性性关关系;系;(4 4)计计算算(j(j sun)sun)圬圬工工拱拱圈圈的的收收缩缩作作用用效效应应时时,如如考考虑虑徐徐变变影影响响,作用效应可乘以作用效应可乘以0.450.4
6、5折减系数。折减系数。第4页/共54页第五页,共55页。1.3.2 1.3.2 可变作用可变作用(zuyng)(zuyng)1.1.1.1.汽车荷载汽车荷载汽车荷载汽车荷载(1)(1)(1)(1)汽车荷载分级(公路汽车荷载分级(公路汽车荷载分级(公路汽车荷载分级(公路-级和公路级和公路级和公路级和公路-级)级)级)级)(2)(2)(2)(2)汽汽汽汽车车车车荷荷荷荷载载载载:车车车车道道道道荷荷荷荷载载载载和和和和车车车车辆辆辆辆(chling)(chling)(chling)(chling)荷荷荷荷载载载载组成组成组成组成继续(jx)第5页/共54页第六页,共55页。1.3.2 1.3.2
7、可变作用可变作用(zuyng)(zuyng)(2)(2)(2)(2)汽车荷载汽车荷载汽车荷载汽车荷载 由车道荷载和车辆由车道荷载和车辆由车道荷载和车辆由车道荷载和车辆(chling)(chling)(chling)(chling)荷载组成荷载组成荷载组成荷载组成车道荷载:均布荷载和集中荷载组成车道荷载:均布荷载和集中荷载组成车道荷载:均布荷载和集中荷载组成车道荷载:均布荷载和集中荷载组成桥桥桥桥梁梁梁梁整整整整体体体体计计计计算算算算采采采采用用用用车车车车道道道道荷荷荷荷载载载载,局局局局部部部部计计计计算算算算采采采采用用用用车车车车辆辆辆辆(chling)(chling)(chling)
8、(chling)荷载荷载荷载荷载车道荷载与车辆车道荷载与车辆车道荷载与车辆车道荷载与车辆(chling)(chling)(chling)(chling)荷载不得叠加荷载不得叠加荷载不得叠加荷载不得叠加继续(jx)第6页/共54页第七页,共55页。(3 3)车道荷载的计算)车道荷载的计算(j sun)(j sun)图式图式KqPK第7页/共54页第八页,共55页。第8页/共54页第九页,共55页。(4)公路级和公路级汽车荷载采用(ciyng)相同的车辆荷载标准值第9页/共54页第十页,共55页。第10页/共54页第十一页,共55页。(5)多车道)多车道(chdo)桥桥梁的汽车荷载折减梁的汽车荷载
9、折减 当桥涵设计车道数2时,汽车荷载产生的效应应该按规定的多车道横向折减系数进行折减,但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。(6)大跨径桥梁的汽车荷载纵向(zn xin)折减 当桥梁计算跨径大于150m时,应按规定折减。当为多跨连续结构时,应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向(zn xin)折减。继续(jx)第11页/共54页第十二页,共55页。2.2.汽车汽车(qch)(qch)荷载的影响力荷载的影响力(1)(1)汽车荷载冲击力汽车荷载冲击力冲击作用:车辆以一定速度在桥上行驶,由于桥面不平冲击作用:车辆以一定速度在桥上行驶,由于桥面不平整、车轮不圆以及整、车轮不圆以及(yj)(y
10、j)发动机抖动等原因,会使桥发动机抖动等原因,会使桥梁结构引起振动,致使桥梁产生的应力和变形比相应梁结构引起振动,致使桥梁产生的应力和变形比相应的静载引起的要大,这种由于荷载的动力作用使桥梁的静载引起的要大,这种由于荷载的动力作用使桥梁发生振动而造成内力加大的现象称为冲击作用。发生振动而造成内力加大的现象称为冲击作用。汽车荷载的冲击力标准值:汽车荷载标准值乘以冲击系汽车荷载的冲击力标准值:汽车荷载标准值乘以冲击系数数冲击系数冲击系数 当当f1.5Hzf1.5Hz时,时,=0.05=0.05 当当1.5Hzf14Hz1.5Hzf14Hz时,时,=0.176lnf-0.0157=0.176lnf-
11、0.0157 当当f14Hzf14Hz时,时,=0.45=0.45汽车荷载的局部加载及在汽车荷载的局部加载及在T T梁、箱梁选壁板上的冲击系梁、箱梁选壁板上的冲击系数取数取1.31.3第12页/共54页第十三页,共55页。(2)(2)离心力离心力桥规中规定:当弯道桥的曲线半径等于或小于桥规中规定:当弯道桥的曲线半径等于或小于250m250m时,应计算离心时,应计算离心(lxn)(lxn)力力离心离心(lxn)(lxn)力为车辆荷载力为车辆荷载(不计冲击力不计冲击力)乘以离心乘以离心(lxn)(lxn)力系数力系数C C离心离心(lxn)(lxn)系数系数C C计算多车道桥梁的汽车离心计算多车道
12、桥梁的汽车离心(lxn)(lxn)力,为车辆荷载标力,为车辆荷载标准值乘以横向折减系数准值乘以横向折减系数当计算曲线长度大于等于当计算曲线长度大于等于150m150m时,应考虑纵向折减时,应考虑纵向折减离心离心(lxn)(lxn)力着力点在桥面上力着力点在桥面上1.2m1.2m处处第13页/共54页第十四页,共55页。(3)(3)车辆荷载车辆荷载(hzi)(hzi)引起的土侧压力引起的土侧压力车辆荷载车辆荷载(hzi)(hzi)在桥台或挡土墙引起的土侧压力换在桥台或挡土墙引起的土侧压力换算呈等代均布土层厚度算呈等代均布土层厚度挡土墙的计算长度挡土墙的计算长度车辆荷载车辆荷载(hzi)(hzi)
13、竖向土压力竖向土压力第14页/共54页第十五页,共55页。车辆荷载车辆荷载(hzi)(hzi)分布分布l车辆或履带按其着地面积的边缘下作30角分布l当几个车轮或两条压力扩散线相重叠(chngdi)时,则扩散面积以最外边的扩散线为准第15页/共54页第十六页,共55页。车辆荷载横、纵向分布车辆荷载横、纵向分布(fnb)(fnb)宽度计算宽度计算第16页/共54页第十七页,共55页。3.3.3.3.人群人群人群人群(rnqn)(rnqn)(rnqn)(rnqn)荷载荷载荷载荷载 设有人行道的公路桥梁,当用汽车(qch)荷载计算时,应同时计入人行道上的人群荷载。桥梁计算跨径小于或等于50m时人群荷载
14、标准值为3.0 kN/m2 桥梁计算跨径等于或大于150m时人群荷载标准值为2.5 kN/m2 桥梁计算跨径在大于50m小于150m时可由线性内插得到人群荷载标准值 跨径不等的连续结构采用最大计算跨径的人群荷载标准值城镇郊区行人密集地区的公路桥梁人群荷载标准值为上述标准值的1.15 倍专用人行桥梁人群荷载标准值为3.5kN/m2继续(jx)第17页/共54页第十八页,共55页。3.3.3.3.人群人群人群人群(rnqn)(rnqn)(rnqn)(rnqn)荷载荷载荷载荷载 人人行行道道板板(局局部部构构件件(gujin)(gujin))可可以以一一块块板板为为单单元,按标准值元,按标准值4.0
15、kN/m24.0kN/m2的均布荷载计算。的均布荷载计算。计计算算人人行行道道栏栏杆杆时时,作作用用在在栏栏杆杆立立柱柱顶顶上上的的水水平平推推力力一一般般采采用用0.75kN/m0.75kN/m;作作用用在在栏栏杆杆扶扶手手上上的的竖竖向向力力一般采用一般采用1kN/m1kN/m。继续(jx)第18页/共54页第十九页,共55页。4.其它(qt)可变荷载 汽车制动力汽车制动力汽车制动力汽车制动力汽汽汽汽车车车车制制制制动动动动力力力力是是是是车车车车辆辆辆辆在在在在桥桥桥桥上上上上刹刹刹刹车车车车时时时时为为为为克克克克服服服服车车车车辆辆辆辆的的的的惯惯惯惯性性性性力力力力而而而而在在在在
16、路路路路面面面面与与与与车车车车辆辆辆辆之之之之间间间间发发发发生生生生的的的的滑滑滑滑动动动动摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力。车车车车辆辆辆辆与与与与路路路路面面面面间间间间的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数可可可可以以以以达达达达0.50.50.50.5以以以以上上上上,但但但但制制制制动动动动力力力力并并并并不不不不等等等等于于于于摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数乘乘乘乘全全全全部部部部车车车车辆辆辆辆荷荷荷荷载载载载(hzi)(hzi)(hzi)(hzi)。一一一一个个个个设设设设计计计计车车车车道道道道上上上上由由由由汽汽汽汽车车车车荷荷荷荷载载载载(hzi)(hzi)(hzi)(h
17、zi)产产产产生生生生的的的的制制制制动动动动力力力力标标标标准准准准值值值值为为为为车车车车道荷载道荷载道荷载道荷载(hzi)(hzi)(hzi)(hzi)标准值在加载长度上计算的总重力的标准值在加载长度上计算的总重力的标准值在加载长度上计算的总重力的标准值在加载长度上计算的总重力的10%10%10%10%计算计算计算计算公公公公路路路路级级级级汽汽汽汽车车车车荷荷荷荷载载载载(hzi)(hzi)(hzi)(hzi)制制制制动动动动力力力力标标标标准准准准值值值值不不不不得得得得小小小小于于于于165KN165KN165KN165KN,公公公公路路路路级汽车荷载级汽车荷载级汽车荷载级汽车荷载
18、(hzi)(hzi)(hzi)(hzi)制动力标准值不得小于制动力标准值不得小于制动力标准值不得小于制动力标准值不得小于90KN90KN90KN90KN制动力的着力点在桥面上制动力的着力点在桥面上制动力的着力点在桥面上制动力的着力点在桥面上1.2m1.2m1.2m1.2m处处处处继续(jx)第19页/共54页第二十页,共55页。支座支座(zhzu)摩阻力摩阻力支座上的摩阻力是上部构造因温度变化而产生的,摩阻力可按下式计算:F=V式中:V作用(zuyng)于活动支座的竖向反力;支座的摩阻系数。支座种类 滚动或摆动制座 弧形钢板滑动支座 平面钢板滑动支座油毡垫层(已老化)0.050.200.300
19、.60表 支座(zh zu)的摩阻系数风力风力 作用在桥上的风力是由迎风面的压力和背风面的吸力所组成;可分为垂直桥轴方向的横向风力和顺桥轴方向的纵向风力。横向风力为横向风压乘以迎风面积。纵向风力常按折减后的横向风压乘以迎风面积来计算。其余的其它可变荷载其余的其它可变荷载 温度影响力、流水压力与冰压力。返回第20页/共54页第二十一页,共55页。1.3.3偶然偶然(urn)作用作用1.1.地震作用地震作用地震作用地震作用 公公公公路路路路桥桥桥桥梁梁梁梁的的的的抗抗抗抗震震震震设设设设防防防防,一一一一般般般般应应应应以以以以设设设设计计计计地地地地震震震震烈烈烈烈度度度度8 8度度度度为为为为
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