1、橋梁工程第三章橋梁上的作用3-1 永久作用 3-2 可變作用3-3 偶然作用3-4 作用效應(yīng)組合- 引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因可以按其作用的性質(zhì)分為截然不同的兩類，一類是直接施加于結(jié)構(gòu)上的外力，可用“荷載”這一術(shù)語來概括。另一類是以間接的形式作用于結(jié)構(gòu)上，它們產(chǎn)生的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的特性、結(jié)構(gòu)所處環(huán)境等有關(guān)， 目前國際上普遍地將所有引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)的原因統(tǒng)稱為“作用”, 而“荷載”僅限于表達施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用。 作用的定義04橋規(guī)對于“作用”的定義：施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。前者稱直接作用亦稱荷載，后者稱間接作用。編號作用分類作用名稱1永久作用結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)

2、構(gòu)附加重力）2預(yù)加應(yīng)力3土的重力4土側(cè)壓力5混凝土收縮及徐變作用6水的浮力7基礎(chǔ)變位作用8可變作用汽車荷載9汽車沖擊力10汽車離心力11汽車引起的土側(cè)壓力12人群荷載13汽車制動力14風荷載15流水壓力16冰壓力17溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞擊作用21汽車撞擊作用第一節(jié) 永久作用（恒載)永久作用的定義 在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時間而變化，或其變化值與平均值比較可忽略不計的作用。永久作用的類型 結(jié)構(gòu)重力（包含附加重力） 、預(yù)加應(yīng)力、土的重力、土側(cè)壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力和基礎(chǔ)變位。結(jié)構(gòu)重力=結(jié)構(gòu)體積材料容重土壓力分靜土壓力、

3、主動土壓力和被動土壓力。橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要用到前兩者。水浮力是指地表水或地下水通過地基土壤的孔隙而傳遞給建筑物基礎(chǔ)底面的（由下而上）水壓力。其值等于建筑物所排開的同等體積的水重。巖石地基上的基礎(chǔ)一般不考慮水浮力。預(yù)加應(yīng)力在結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計和使用階段構(gòu)件應(yīng)力計算時，當視為永久作用；在結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，預(yù)加力不作為永久作用?；炷潦湛s徐變和基礎(chǔ)變位影響力 在外部超靜定結(jié)構(gòu)的混凝土橋梁中，混凝土收縮徐變影響力是長期存在并起作用的?；A(chǔ)變位一旦發(fā)生，對結(jié)構(gòu)的影響也是長期的。第二節(jié) 可變作用一、可變作用的定義 在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值比較不可忽略的作用。

4、汽車荷載汽車沖擊力汽車離心力汽車引起的土側(cè)壓力人群荷載汽車制動力二、可變作用的類型風荷載流水壓力冰壓力溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用支座摩阻力舊公路橋規(guī)對車輛荷載的規(guī)定 把經(jīng)常地、大量出現(xiàn)的汽車排列成車隊，作為計算荷載；把偶然、個別出現(xiàn)的平板車或履帶車作為驗算荷載，公路驗算荷載只對跨徑較小的橋梁或局部構(gòu)件起控制作用。驗算荷載計算時不考慮沖擊力。1. 汽車荷載汽車荷載類型a) 公路級b)公路級公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路汽車荷載等級公路級公路級公路級公路級公路級各級公路橋涵的汽車荷載等級（新規(guī)范）荷載標準值 汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。

5、a) 公路級車道荷載均布荷載標準值：集中荷載（ ) 計算跨徑小于等于5m時，180kN 計算跨徑大于等于50m時，360kN 計算跨徑在5至50m之間時，直線內(nèi)插。 多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，按照最大跨徑為基準取值。 剪力效應(yīng)應(yīng)再乘以的系數(shù)。 qk = b)公路級車道荷載 車道荷載標準值按公路級汽車荷載的車道荷載標準值的倍采用.車輛荷載為一輛總重550kN的標準車，公路級和公路級汽車荷載采用相同的車輛荷載標準值。 加載方式加載就是按最不利原則布置標準荷載，通過結(jié)構(gòu)分析計算橋梁活載效應(yīng)（內(nèi)力、應(yīng)力和位移、變形等）的最不利值（結(jié)構(gòu)影響線）。車道荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算，車輛荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、

6、橋臺和擋土壓力的計算。在各計算項目中車輛荷載和車道荷載的作用效應(yīng)不得疊加。車道荷載的勻布荷載標準值應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上；集中荷載標準值只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。橫向分布計算中，需偏心加載時按設(shè)計車道數(shù)和規(guī)定的布置方式（圖1-3-3）進行計算。當橋涵設(shè)計車道數(shù)大于2時，由于每車道上的汽車活載同時出現(xiàn)最不利加載的幾率較小，故應(yīng)考慮多車道折減，但折減后的效應(yīng)不應(yīng)小于兩設(shè)計車道的荷載效應(yīng)。橫向折減系數(shù)表橫向布置車隊數(shù)2345678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.550.520.50當橋梁計算跨徑大于150m時，應(yīng)考慮計算荷載效應(yīng)的縱向折減。當為多跨

7、連續(xù)結(jié)構(gòu)時，整個結(jié)構(gòu)按最大跨徑考慮計算荷載的縱向折減。計算跨徑L（m）縱向折減系數(shù)計算跨徑L（m）縱向折減系數(shù)150L400400L600600L8000.970.960.95800L1000L10000.940.93縱向折減系數(shù)表2.汽車沖擊力1）沖擊力的產(chǎn)生 汽車以較高速度駛過橋梁時，由于橋面不平整、發(fā)動機振動等原因，會引起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，從而造成內(nèi)力增大，這種動力效應(yīng)稱為沖擊作用。在計算中引入一個豎向動力效應(yīng)的增大系數(shù)沖擊系數(shù)，汽車荷載的沖擊力為汽車標準荷載乘以沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)計算采用以結(jié)構(gòu)基頻為指標的方法。結(jié)構(gòu)基頻反映了結(jié)構(gòu)的尺寸、類型、建造材料等動力特征內(nèi)容，直接體現(xiàn)了沖擊效應(yīng)和橋梁

8、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。 汽車引起的沖擊系數(shù)在之間變化，可按下式計算： =0.45 2）沖擊系數(shù)的計算結(jié)構(gòu)基頻就是結(jié)構(gòu)本身最小的那個固有頻率。一個連續(xù)體結(jié)構(gòu)原則上有無窮多固有頻率，但我們計算固有頻率時，通常將結(jié)構(gòu)離散成有限階數(shù)的進行求解，而求出的最低的那個固有頻率就是結(jié)構(gòu)基頻。結(jié)構(gòu)基頻是一個非常重要的數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)基頻關(guān)系到是不是易于遭受某種頻率外載荷的共振破壞。注意：重力式墩臺，填料厚度等于或大于的拱橋、涵洞不計沖擊力。汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上時，3.人群荷載當橋梁的計算跨徑小于或等于50m時，取 2；當橋梁的計算跨徑等于或大于150m時，取 2；當橋梁的計算跨徑在50m-150m之間時

9、，線性內(nèi)插計算。對跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu)，以最大計算跨為準。城市郊區(qū)行人密集區(qū)一般取上述值得倍。專用人行橋梁，人群荷載標準值為2。4. 離心力 汽車離心力指車輛在彎道行使時伴隨產(chǎn)生的慣性力，它以水平力的形式作用于結(jié)構(gòu)上，是彎橋橫向受力與抗扭設(shè)計計算要考慮的主要因素。1）離心力的產(chǎn)生 當彎道橋的曲線半徑等于或小于250m時，應(yīng)計算汽車荷載引起的離心力。離心力標準值為汽車荷載（不計沖擊力）標準值乘以離心力系數(shù)C，C值按下式計算：2）離心力的計算 式中：V設(shè)計行車速度(km/h)R曲線半徑（m)5.汽車引起的土側(cè)壓力 采用車輛荷載加載，土側(cè)壓力按下式換算成等代均布土層厚度h計算 6. 汽車制動力 汽車制

10、動力是指車輛在減速或制動時，為克服車輛慣性力而在路面與車輛之間產(chǎn)生的滑動摩擦力。 一個設(shè)計車道上制動力標準值規(guī)定為布置在加載長度上計算的總重的10%，但公路-I級不得小于165kN,公路-II級不得小于90kN。7. 風荷載當風以一定速度運動并受到橋梁的阻礙時，橋梁就承受風壓。分析橋梁結(jié)構(gòu)的強度、剛度、和穩(wěn)定性時，應(yīng)考慮風荷載的影響。對大跨度的斜拉橋和懸索橋以及高聳的橋塔和橋墩，風力的影響更大。風壓分為順風向和橫風向；順風向的風壓分為平均風壓和脈動風壓，橫風向還會有周期風壓。風荷載計算： 平均風壓 靜力計算方法 脈動風壓 隨機振動理論計算 周期風壓 動力計算04公路橋規(guī)規(guī)定風荷載是在基本風速的

11、基礎(chǔ)上，考慮脈動風壓的影響，再乘以風荷載阻力系數(shù)和地形條件系數(shù)取得，最終轉(zhuǎn)化為靜力作用。位于河流中的橋墩會受到流水壓力的作用。通常橋墩上游迎水一側(cè)會形成高壓區(qū)，下游一側(cè)會形成低壓區(qū)。前后的壓力差便構(gòu)成水流對橋墩的壓力。流水壓力與水流流速、橋墩的截面形狀、圬工粗糙率和形態(tài)等有關(guān)。當流速大于10m/s時，還要考慮水流的動力作用。8. 流水壓力V設(shè)計流速K橋墩形狀系數(shù)A橋墩阻水面積9 冰壓力位于冰凌河流或水庫的橋梁墩臺，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐木唧w情況及墩臺的結(jié)構(gòu)形式考慮冰荷載的作用；規(guī)范給出公式（豎向前棱的橋墩）：Fi冰壓力標準值 ； m樁或墩迎冰面形狀系數(shù)Ci冰溫系數(shù)； b樁或墩迎冰面投影寬度t計算冰厚，可

12、取實際調(diào)查的最大冰厚Rik冰的抗壓強度標準值。10. 溫度作用 溫度作用指因溫度的變化而引起的結(jié)構(gòu)變形和次內(nèi)力。 溫度的變化可分為（年平均）氣溫變化（均勻溫度）和溫差（梯度溫度）兩種情況，均勻溫度變化將導(dǎo)致橋梁縱向長度的變化，這種變化收到約束時就會引起溫度次內(nèi)力。梯度溫度主要因太陽輻射，它使結(jié)構(gòu)沿高度方向形成非線性的溫度變化，導(dǎo)致構(gòu)件截面產(chǎn)生自應(yīng)力，當這種變化受到約束時同樣會引起次內(nèi)力。計算結(jié)構(gòu)的均勻溫度效應(yīng)，應(yīng)自結(jié)構(gòu)物合龍時溫度算起。11. 支座摩阻力 支座摩阻力是上部結(jié)構(gòu)由溫度等引起的變位而產(chǎn)生的，其作用方向與上部結(jié)構(gòu)的變位方向相反作用點在支座處，計算公式為： W作用于活動支座處由上部結(jié)構(gòu)

13、重力產(chǎn)生的效應(yīng)；支座的摩擦系數(shù)，按支座種類取值。F =W第四節(jié) 偶然作用偶然作用在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。偶然作用包括地震作用、船舶或漂流物撞擊力和汽車撞擊作用。偶然作用破壞力大，相應(yīng)橋梁應(yīng)進行抗震和防撞設(shè)計。一、地震力 地震作用是指強烈的地面運動所引起的結(jié)構(gòu)慣性力（加速度與質(zhì)量的乘積）。它是隨機變化的動力荷載，其值大小決定于地震強烈程度和結(jié)構(gòu)的動力特性（頻率和阻尼）以及結(jié)構(gòu)或桿件的質(zhì)量。 由于地震波在土中傳播，使震區(qū)發(fā)生地面運動橋梁基礎(chǔ)首先受到外加的強迫運動，并導(dǎo)致整個橋梁的振動。地震作用分為豎直方向和水平方向，但經(jīng)驗表明，地震的水平運動是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)

14、破壞的主要因素，結(jié)構(gòu)抗震驗算時，一般主要考慮水平地震作用 。地震設(shè)防要求以地震時地面最大水平加速度的統(tǒng)計值即地震動峰值加速度確定。 0.1g 抗震設(shè)計 0.4g 專門的抗震研究和設(shè)計 0.05g 簡易設(shè)防二、船只或飄流物的撞擊力船只或漂流物撞擊力在有可能的條件下，應(yīng)采用實測資料或模擬撞擊試驗進行計算，并依此進行防撞設(shè)計。04橋規(guī)根據(jù)航道等級、船舶噸位定出的撞擊作用標準值，在缺乏實際調(diào)查資料時可參考采用。三、汽車撞擊作用汽車撞擊力標準值在行駛方向取1000kN，與之垂直方向取為500kN，兩個方向不同時考慮。作用于行車道上處，直接分布在撞擊涉及的構(gòu)件上。對于設(shè)有防撞設(shè)施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可視防撞設(shè)施的

15、防撞能力，對汽車撞擊力標準值予以折減，但折減后的汽車撞擊力標準值不應(yīng)低于上述規(guī)定值的1/6。第四節(jié) 作用效應(yīng)組合公路橋涵結(jié)構(gòu)采用以可靠度理論為基礎(chǔ)的極限概率設(shè)計方法，該設(shè)計體系規(guī)定了橋涵結(jié)構(gòu)的兩種極限狀態(tài)： 承載能力的極限狀態(tài)（體現(xiàn)橋涵結(jié)構(gòu)的安全性） 正常使用的極限狀態(tài)（體現(xiàn)適用性和耐久性）所謂極限狀態(tài)，是指整體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的某一特定狀態(tài)，超過這一狀態(tài)界限結(jié)構(gòu)或構(gòu)件 就不再能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求 。根據(jù)橋梁在施工和使用過程中面臨的不同情況，橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計分為持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。持久狀況系指橋涵建成后承受自重、汽車荷載等持續(xù)時間很長的狀況；短暫狀況系指橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀

16、況；偶然狀況系指橋涵使用過程中可能出現(xiàn)的狀況在橋梁設(shè)計中應(yīng)關(guān)注橋涵結(jié)構(gòu)的兩種極限狀態(tài)（承載能力和正常使用），同時也也應(yīng)考慮其在施工和使用過程中的三種設(shè)計狀況（持久、短暫和偶然）。持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計正常使用極限狀態(tài)設(shè)計短暫狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計正常使用極限狀態(tài)設(shè)計（必要時）偶然狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計分為三個安全等級，不同的橋涵應(yīng)根據(jù)所具有的功能、作用及其重要性將具有不同的重要性系數(shù) 橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計安全等級橋涵結(jié)構(gòu)特大橋、重要大橋大橋、中橋、重要小橋小橋、涵洞設(shè)計安全等級一級二級三級結(jié)構(gòu)重要系數(shù)01.11.00.9可變作用不同時組合表作用名稱及編號 不同時參與組合的作

17、用及編號13 汽車制動力 15 流水壓力、16 冰壓力、18 支座摩阻力15 流水壓力13 汽車制動力、 16 冰壓力16 冰壓力 13 汽車制動力、 15 流水壓力18 支座摩阻力 13 汽車制動力應(yīng)當根據(jù)作用重要性的不同和同時作用的可能性進行適當組合；可變作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有利影響時，該作用不應(yīng)參與組合，實際不可能同時出現(xiàn)或同時參與組合概率很小的作用，按下表的規(guī)定不考慮其作用效應(yīng)組合。荷載的取值基本術(shù)語1.作用代表值：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，針對不同于設(shè)計目的所采用的各種作用規(guī)定值，包括作用標準值、準永久值和頻遇值。2.作用標準值：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，采用的各種作用的基本代表值，其值可根據(jù)作用

18、在設(shè)計基準期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。3.設(shè)計基準期：進行結(jié)構(gòu)可靠性分析時，考慮持久設(shè)計狀況下各項基本變量與時間關(guān)系所采用的基準時間參數(shù)。4.作用頻遇期：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計時，采用的一種可變作用代表值，其值可根據(jù)在足夠長觀測期內(nèi)作用任意點概率分布的分位值確定。5.作用準永久值：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在按正常使用極限狀態(tài)短長期效應(yīng)組合設(shè)計時，采用的另一種可變作用代表值，其值可根據(jù)在足夠長觀測期內(nèi)作用任意點概率分布的（或略高于）分位值確定。6.作用效應(yīng)：結(jié)構(gòu)對所作用的反應(yīng)，如彎矩、位移等。7.作用效應(yīng)設(shè)計值：作用標準效應(yīng)與作用分項系數(shù)的乘積。8.分項系數(shù)：為保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度而在設(shè)計表達式中采用的系數(shù)，分作用分項系數(shù)和抗力分項系數(shù)。9.作用效應(yīng)組合：結(jié)構(gòu)上幾種作用分別產(chǎn)生的效應(yīng)的隨機疊加。10.結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：對不同安全等級的結(jié)構(gòu)，為使其具有規(guī)定的可靠度而采用的系數(shù)。11.作用效應(yīng)組合系數(shù)：在作用效應(yīng)組合中，由于幾個獨立可變作用效應(yīng)最不利值同時出現(xiàn)的概率較小而對作用采用的折減系數(shù)。公路橋涵設(shè)計時，對不同的作用應(yīng)采用不同的代表值。