《任务桥梁设计作用.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《任务桥梁设计作用.ppt(48页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、,任务三 桥梁的设计作用,一 作用分类 二 永久作用 三 可变作用 四 偶然作用 五 作用组合,返回,返回,目录,一 作用分类,1、作用的定义,2、作用的分类,3、作用的取值,4、作用的代表值取用,返回,返回,目录,长期以来,我们一般习惯地称所有引起结构反应的原因为“荷载”,这种叫法实际并不科学和确切。引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为截然不同的两类,一类是施加于结构上的外力,如车辆、人群、结构自重等,它们是直接施于结构上的,可用“荷载”这一术语来概括。另一类不是以外力形式施加于结构,它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处环境等有关,如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等,它们
2、是间接作用于结构的,如果也称“荷载”,容易引起人们的误解。因此,目前国际上普遍地将所有引起结构反应的原因统称为“作用”, 而“荷载”仅限于表达施加于结构上的直接作用。,1、作用的定义,返回,返回,目录,2、作用的分类,返回,返回,目录,公路桥涵设计时,对不同的作用应采用不同的代表值。 1. 永久作用应采用标准值作为代表值。 2. 可变作用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,应采用频遇值为可变作用的代表值;按长期效应(准永久)组合设计时,应采用
3、准永久值为可变作用的代表值。 3 偶然作用取其标准值为代表值。,3、作用的取值,返回,返回,目录,1) 永久作用的标准值,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单位体积的自重(重力密度)计算确定。 2) 可变作用的标准值应按本规范有关章节中的规定采用。 可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数。 3) 偶然作用应根据试验资料,结合工程经验确定其标准值。 4) 作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。,4、作用的代表值取用,返回,返回,目录,二 永久作用(恒载),1、永久作用(恒载)的定义,2、永久作用的类
4、型,3、永久作用的计算,返回,返回,目录,一、永久作用(恒载)的定义,永久作用(恒载)作用位置和大小、方向固定不变的荷载。,返回,返回,目录,(二)桥梁下部结构的恒载:由支座传递下来的结构重力、墩台本身的重力、土压力及水浮力等。,(一)桥梁上部结构的恒载:结构重力 、附属设备等外加力。,二、永久作用的类型,返回,返回,目录,1)结构重力,2)土压力,3)水浮力,4)预加力,5)混凝土收缩徐变影响力,三、永久作用的计算,返回,返回,目录,结构重力=结构体积 材料容重,1.结构重力,注意: 在进行桥梁结构分析时,通常需要预先估计恒载,当估算的恒载与最终的设计恒载之间的差距不超过5%时,不必修正设计
5、;否则,需重新进行结构分析。,返回,返回,目录,2.土压力,按其产生的条件,分为静土压力、主动土压力和被动土压力。 桥梁下部结构设计时主要用到静土压力、主动土压力。土的侧压力计算涉及到结构形式、填料性质、墩台位移和地基变形,还与水文和外加荷载等因素有关。目前按库仑理论推导的公式计算土侧压力。,返回,返回,目录,3.水浮力,水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙传递给建筑物基础底面的水压力,其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。 位于岩石地基上的基础一般被认为是不透水的,可不计水浮力;对于碎石类土、砂类土、粘砂土等透水性地基上的墩台,要计考虑水浮力。,返回,返回,目录,对预应力混凝土桥梁结构
6、,预加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,应作为永久作用计算其主效应和次效应,计算时应考虑相应阶段的预应力损失,但不计由于偏心距增大所引起的附加效应;在结构承载能力极限状态设计时预加应力不作为作用,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,仍需考虑预加力的次效应。,4.预加力,返回,返回,目录,5.混凝土收缩徐变影响力,在外部超静定结构的混凝土桥梁中,混凝土收缩徐变影响力是长期存在并起作用的。基础变位一旦发生,对结构的影响也是长期的。混凝土收缩徐变的计算可按结构降温考虑,混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力预徐变变形呈直线关系的假定并确定适当的徐变系数来进
7、行,基础变位的影响可按工程实际情况加以分析。,返回,返回,目录,三 可变作用,1、可变作用(活载)的定义,2、可变作用(活载)的类型,返回,返回,目录,一、可变作用(活载)的定义,可变作用是指在设计使用年限内其作用位置、大小和方向随时间变化,且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。,返回,返回,目录,1、基本可变荷载 包括:列车活载、汽车,由汽车活载引起的冲击力、曲线上的离心力,由活载引起的土侧压力,汽车制动力、风荷载、公路桥中的人群荷载等。,目录,返回,按公路桥涵设计通用规范(JTGD602004),汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集
8、中荷载组成。 桥梁结构的整体计算采用车道荷载; 桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。 车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。,目录,返回,新规范 车道荷载的计算图式,目录,返回,汽车荷载多车道折减,多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。当桥涵设计车道数2时,汽车荷载产生的效应 应该按表6.0.6-2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。,(3)冲击力,车辆以一定速度过桥时,由于动力影响,桥梁实际产生的活载应力和变形大于按活载静重计算所得的结果,这种动力效应常称为冲击作用。 根据以往的试验研究成果,构成桥梁动力影响的因素主要有: 列车
9、以一定速度过桥时引起桥跨振动; 轮对过钢轨接头时有冲击作用; 蒸汽机车动轮上的平衡重在随动轮高速旋转中由于离心力引起的锤击作用; 桥上轨道竖向和横向不平顺引起桥梁扭转振动; 桥头线路(路面)不平整,车轮不圆等 。,桥梁设计时中以活载静重乘上动力系数来反映这种影响。 铁路桥动力系数 1+ 公路桥冲击系数 动力系数(或冲击系数)公式中考虑了不同类型桥跨、跨度和加载长度的影响。,新的 通用规范JTG D60规定,汽车荷载冲击力应按下列规定计算: 1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支 座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台,应计算汽车的冲击作用。 2 填料厚度(包
10、括路面厚度)等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 3 支座的冲击力,按相应的桥梁取用。 4 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 5 冲击系数可按下式计算: 当 f1.5 Hz时, =0.05 当1.5Hzf14Hz时,=0.1767lnf0.0157 当 f14Hz时, =0.45 式中, f 为结构基频(Hz)。 6 汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用0.3。 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容,它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别,也不管结构尺寸与跨径是否有差别,只
11、要桥梁结构的基频相同,在同样条件的汽车荷载下,就能得到基本相同的冲击系数。,(4)离心力,车辆在曲线上运行产生离心力。公路桥上离心力较小,当曲线半径等于或小于250m时,才考虑离心力的作用。 离心力等于车辆荷载(不计动力效应)乘以离心力率 离心力作用点: 铁路轨顶以上2m,公路桥面以上1.2m,(5)人行荷载,L50M时,取3kN/m2 L150M时,取2.5kN/m2 50ML 150M时,内插得到。 人行密集地区的公路桥梁,取上述规定的1.15倍。 专用人行桥,取3.5kN/m2 人行道板局部设计时,取3.5kN/m2计算,二、其他可变荷载,包括:制动力或牵引力、风力、温度力、流水压力、水
12、压力和施工荷载等。 对铁路桥梁,人行道荷载归为其他可变荷载,目录,返回,四、偶然作用,偶然荷载指在结构使用期间出现的概率很小,一 旦出 现,其值很大且作用时间很短的作用。 主要有船只或漂流物(排筏等)撞击力和地震荷载。,目录,返回,五、作用效应组合,1.作用效应组合的定义,2.作用效应组合的原则,3.作用效应组合的分类,返回,返回,目录,1.作用效应组合的定义,作用效应组合是指在确定出各种桥梁作用后,需要根据作用特性、桥梁结构特性、施工方法以及桥位处的环境等因素来决定各种作用的取舍以及它们同时作用的可能性。,返回,返回,目录,1)只有在结构上可能同时出现的作用,才进行其效应的组合。当结构或结构
13、构件需作不同受力方向的验算时,则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。,2.作用效应组合的原则,2)当可变作用的出现对结构或构件产生有利影响时,该作用不应参与组合。,3)施工阶段作用效应的组合,应按计算需要及结构所处条件而定,结构上的施工人员和施工机具均应作为临时荷载加以考虑。,4)多个偶然作用不同时参与组合。,5)钢筋混凝土和预应力混凝土结构在进行结构构件的承载能力极限状态设计时,可不考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应参与组合;基础变位作用是否参与组合视具体情况确定;拱桥仍应考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应和基础变位作用的组合。,返回,返回,目录,3.作用效应组合的分类,1)公路桥涵结构
14、按承载能力极限状态设计时,2)公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时,4)公路桥涵结构效应组合表达式,3)公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值,5)注意事项,返回,返回,目录,1)公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时,(1)基本组合,(2)偶然组合,返回,返回,目录,永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合,其效应组合表达式为:,(1)基本组合,返回,返回,目录,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相组合。 偶然作用的效应分项系数取1.0;与偶然作用同时出现的可变作用,可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。 地震作用标准值及其表达式按公路工程抗震设计
15、规范JTJ004规定采用。,(2)偶然组合,返回,返回,目录,2)公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时,(1)作用短期效应组合,(2)作用长期效应组合,返回,返回,目录,永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合,其效应组合表达式为:,(1)作用短期效应组合,返回,返回,目录,永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合,其效应组合表达式为:,(2)作用长期效应组合,返回,返回,目录,结构重要性系数,按规范表1.0.9规定的结构设计安全等级采用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9; 汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的分项系数,取1.4。当某个可变作用在效应组
16、合中其值超过汽车荷载效应时,则该作用取代汽车荷载,其分项系数应采用汽车荷载的分项系数;对专为承受某作用而设置的结构或装置,设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值; 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)、风荷载外的其他第j个可变作用效应(含本规范第4.3.5条规定的人行道板等局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应)的分项系数,取1.4,但风荷载的分项系数取1.1;,3)公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值,返回,返回,目录,1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+ 0.7*(1.4*人群
17、荷载+1.1*风荷载) 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 +0.6*(1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力) 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.5*(1.4*人群荷载 +1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力),4)公路桥涵结构效应组合表达式,返回,返回,目录,各种荷载中,有些是不会同时发生的,如,离心力,风力与列车横向摇摆力或流水压力与冰压力或支座摩阻力与汽车制动力等就不能同时参与组合。 各类荷载及其组合发生的机率也是不同的,恒载和活载是经常发生的,其它可变荷载发生的机率较小,偶然荷载发生的机率就更小。对于发生机率小的荷载,如仅在桥梁建造过程中出现的施工荷载,就不必给予过多的安全储备,因此为使桥梁设计安全、经济对不同的荷载组合,结构的安全储备也应不同。 实际中处理的方法是:按不同的荷载组合,调整荷载安全系数或材料容许应力值。对组合I,安全系数或容许应力的调整有限:对组合II和组合III ,调整量可放宽。,5)注意事项,返回,返回,目录,Class is over,
链接地址:https://www.31doc.com/p-2880540.html