桥梁的设计作用荷载.ppt

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1、第四节第四节 偶然作用偶然作用 偶然作用偶然作用 :地震作用;船只或漂流物（排筏等）撞击作用;汽车撞击作用;施工荷载力.一一 地震作用地震作用*地震区桥梁的设计计算，必须考虑地震力地震区桥梁的设计计算，必须考虑地震力(earthquake(earthquake force)force)。*地震力的计算涉及地震理论、结构动力学、工程地质地震力的计算涉及地震理论、结构动力学、工程地质等多方面的知识。等多方面的知识。*详细计算方法和结构抗震设计可参见详细计算方法和结构抗震设计可参见公路工程抗震公路工程抗震设计规范设计规范(JTJ004)(JTJ004)和和铁路工程抗震设计规范铁路工程抗震设计规范(G

2、BJ111)(GBJ111)。地震波传播地震波传播震区地面运动震区地面运动桥梁基础受到强迫运动桥梁基础受到强迫运动桥梁振动。桥梁振动。地震力：指强烈的地面运动引起的结构自身的惯性力地震力：指强烈的地面运动引起的结构自身的惯性力(地面水平运地面水平运动加速度与结构质量的乘积动加速度与结构质量的乘积)。它不仅与地面运动的强烈程度有关，也与结构的动力特性它不仅与地面运动的强烈程度有关，也与结构的动力特性(频率频率和振型和振型)有关，还与桥址处的地质情况有关。有关，还与桥址处的地质情况有关。v地震作用分地震作用分竖直方向竖直方向和和水平方向水平方向，经验表明地，经验表明地震的水平运动是导致结构破坏的主

3、要因素。结震的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。v衡量地震规模的大小一般采用：衡量地震规模的大小一般采用：震级（震级（magnitude）和和烈度（烈度（intensity）震级震级M,表示地震的强弱，一次地震只有一个震级。表示地震的强弱，一次地震只有一个震级。地震烈度地震烈度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。根据水平地震系数反映地震本身的剧烈程度

4、。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的比值的比值)加以划分的。加以划分的。设计烈度设计烈度：由设计者根据建桥地区的基本烈度、桥梁的重要性、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。根据根据20012001年版年版中国地震动参数区划图中国地震动参数区划图(GB18306)(GB18306)，采用，采用地震动峰值加速度系数取代地震基本烈度的概念，两者之间的地震动峰值加速度系数取代地震基本烈度的概念，两者之间的关系见表关系见表3.63.6。抗震设防的基本要

5、求表述为：抗震设防的基本要求表述为：位于地震动峰值加速度为位于地震动峰值加速度为0.1g0.1g、0.15g0.15g、0.2g0.2g和和0.3g0.3g地区地区的桥涵工程，应进行抗震设计；的桥涵工程，应进行抗震设计；位于地震动峰值加速度大于或等于位于地震动峰值加速度大于或等于0.4g0.4g地区的桥涵工程，地区的桥涵工程，应进行专门的抗震研究和设计。应进行专门的抗震研究和设计。地震力的计算方法分静力法静力法和动态法动态法1、静力法、静力法 静力法是用一个水平方向作用的等效静止荷载表示地震对结构的作用。其计算公式如下：iHiiiiiiWkCXgWCXmCP2max02max02 静力法主要使

6、用于刚度较大结构。规范规定：挡土墙、桥台用静力法计算地震力。2、反应谱理论、反应谱理论 动态法主要有反应谱理论反应谱理论和时程分析法时程分析法 反应谱理论是一种简化的动态分析法，又称动静法。桥梁抗震规范主要采用这种方法计算地震力。对于高墩或特大跨度的桥梁，应同时采用时程分析法，取最不利结果。（1 1）单质点地震力）单质点地震力 max*maxXXmXmPg WkXXXgXmgPhgggmaxmax*max 水平地震系数水平地震系数(地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度g的比值的比值)hk动力放大系数，表示单质点弹性体系在地震作用下的绝对水平加速度

7、与地面最大水动力放大系数，表示单质点弹性体系在地震作用下的绝对水平加速度与地面最大水平加速度的比值，平加速度的比值，即以地面最大水平加速度为单位的加速度反应谱即以地面最大水平加速度为单位的加速度反应谱)（2）多质点系统地震力）多质点系统地震力 多质点系统由于地震引起的复杂振动可以看作自振振型的迭加。jijjHiijxkWP*njjjjHiziixkWCCP1*二二 船只或漂流物的撞冲作用船只或漂流物的撞冲作用 在通行船舶或有漂流物的河流中，河中墩台需要考虑船舶或漂流物的撞击力(collision impact)。船舶或漂流物与桥梁结构的碰撞过程十分复杂，其与碰撞时的环境因素(风浪、气候、水流等

8、)、船舶特性(类型、尺寸、速度、装载情况、船体强度和刚度等)、桥梁结构特性(尺寸、形状、材料、质量和抗力等)等有关。目前，撞击力通常按静力法计算，假定船筏作用于目前，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墩的有效动能转化为撞击力F F所做的功。所做的功。铁路规范计算公式为：铁路规范计算公式为：V V船舶或漂流物撞击墩台的速度船舶或漂流物撞击墩台的速度(m(ms)s)；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；W W船舶或漂流物重船舶或漂流物重(kN(kN)；C1C1、C2 C2 船舶或漂流物的弹性变形系数和墩

9、台船舶或漂流物的弹性变形系数和墩台(砌体材料砌体材料)的弹性变形的弹性变形系数系数(m(mkNkN)，缺乏资料时一般假定缺乏资料时一般假定C1+C2=0.0005C1+C2=0.0005公路桥梁规范按照公路桥梁规范按照“静力法静力法”，并依据，并依据20042004年版年版内河内河通航标准通航标准(GB50139)(GB50139)：给出了一至七级内河航道上、不同吨位的船舶可能产给出了一至七级内河航道上、不同吨位的船舶可能产生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值。生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值。对近海通行海轮区域的船舶对近海通行海轮区域的船舶(吨级从吨级从3000300050000t)50000t

10、)产产生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值，则是根据国内外生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值，则是根据国内外研究成果，并经综合分析比较确定的。研究成果，并经综合分析比较确定的。当桥墩配置了防撞设施时，可不计撞击作用。当桥墩配置了防撞设施时，可不计撞击作用。三三 汽车撞击作用汽车撞击作用 公路桥梁的某些结构构件公路桥梁的某些结构构件(如防撞护栏，跨线桥的桥墩等如防撞护栏，跨线桥的桥墩等)必要必要时可考虑汽车的撞击作用。时可考虑汽车的撞击作用。汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取1000kN1000kN，在车辆行驶垂直，在车辆行驶垂直方向取方向取500kN500kN，两个方向

11、的撞击力不同时考虑，两个方向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上撞击力作用于行车道以上1 12m2m处。处。对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对汽车撞击标准值予以折减，但折减后的撞击力不应低于上述规定值汽车撞击标准值予以折减，但折减后的撞击力不应低于上述规定值的的1/61/6。四四 施工荷载施工荷载 在桥梁设计中，需考虑到结构在建造、运输、架设安装等施工在桥梁设计中，需考虑到结构在建造、运输、架设安装等施工阶段可能遇到的各种临时荷载，如阶段可能遇到的各种临时荷载，如施工人员、架桥机、挂篮、起吊施工人员、架桥机、挂篮、

12、起吊机具和其他材料或设备的重力。机具和其他材料或设备的重力。这些施工荷载这些施工荷载(siteload(siteload)的数值及的数值及其对结构的影响可视具体情况分析。其对结构的影响可视具体情况分析。第五节第五节 作用效应组合作用效应组合 作用效应组合(combination of action effects)为了保证桥梁结构的安全和适用,需要根据作用的特性、桥梁结构的特性、施工方法以及桥位处的环境等因素，针对结构的不同状况、不同安全等级、不同设计或验算内容，确定各种作用效应的取舍以及各种作用效应对结构的共同效果(叠加值)，即作用效应组合.组合总原则：作用效应组合应只涉及结构上可能同时出现

13、的作用效应组合应只涉及结构上可能同时出现的作用效应，并以桥梁在施工或运营时可能处于最作用效应，并以桥梁在施工或运营时可能处于最不利受力状态为原则。不利受力状态为原则。对对铁路桥铁路桥和和公路桥公路桥，由于目前所采用的设计方，由于目前所采用的设计方法不同，故法不同，故作用效应组合的表达形式也不同作用效应组合的表达形式也不同 铁路桥设计仍采用容许应力法。基本的组合方式有三种：铁路桥设计仍采用容许应力法。基本的组合方式有三种：主力：主力：表表3.23.2中的恒载与活载的组合；中的恒载与活载的组合；主力主力+附加力：附加力：表表3.23.2中的恒载、活载及附加力的组合；中的恒载、活载及附加力的组合；主

14、力主力+特殊荷载：表特殊荷载：表3.23.2中的恒载、活载及特殊荷载的组合。中的恒载、活载及特殊荷载的组合。注意：注意：组合中的恒载等并不是表中所列的所有恒载项，而是其中需要组合中的恒载等并不是表中所列的所有恒载项，而是其中需要参加组合的一项或几项；对活载、附加力、特殊荷载，也是如此。参加组合的一项或几项；对活载、附加力、特殊荷载，也是如此。仅考虑主力与一个方向仅考虑主力与一个方向(横桥向或顺桥向横桥向或顺桥向)的附加力组合。的附加力组合。铁路桥的荷载组合是各项荷载效应的直接叠加。铁路桥的荷载组合是各项荷载效应的直接叠加。上述上述、也适用于公路桥。也适用于公路桥。在表31及表32所列的各种作用

15、中，有些作用是不会同时发生的!,就不可同时参与组合.例如:离心力、风力与列车横向摇摆力;流水压力与冰压力;支座摩阻力与汽车制动力等就不可同时参与组合。另外，基于最不利原则，当某项可变作用对结构产生有利影响时，该项作用不参与组合。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设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。多个偶然作用不同时参与组合。公路桥公路桥两种极限状态两种极限状态:按按承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极限状态正常使用极限状态进行进行作用效

16、应组合，取其最不利效应组合进行设计。作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。三种设计状况：三种设计状况：1 1 持久状况持久状况 指桥涵使用过程中长期承受结构重力、汽车荷载指桥涵使用过程中长期承受结构重力、汽车荷载等作用的状况。等作用的状况。在该状况下，要求对设想的结构所有功能进在该状况下，要求对设想的结构所有功能进行设计，即应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设行设计，即应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。计。2 2 短暂状况短暂状况 指桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。指桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。在在该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，必要时才进该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，必要时才进行正常使用极限状态设计。行正常使用极限状态设计。3 3 偶然状况偶然状况 指桥涵使用过程中可能偶然遭受的地震等状况指桥涵使用过程中可能偶然遭受的地震等状况。在该状况下，。在该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，不需要仅要求进行承载能力极限状态设计，不需要进行正常使用极限状态设计。进行正常使用极限状态设计。在按持久状况承载能力极限状态设计时，按照结构可能