1、第三章 橋梁上的作用,本章主要內(nèi)容： 作用的種類和組合 如何考慮結構的作用 概率極限狀態(tài)設計法,專業(yè)術語,1）作用 action 施加在結構上的一組集中力或分布力，或引起結構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。,專業(yè)術語,2）永久作用 permanent action 在結構使用期間，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。 3）可變作用 variable action 在結構使用期間，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）偶然作用 accidental action 在結構使用期間出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大

2、且持續(xù)時間很短的作用。,作用的分類與代表值,表1-3-1,5）作用代表值 representative value of an action 結構或結構構件設計時，針對不同設計目的所采用的各種作用規(guī)定值，它包括作用標準值、準永久值和頻遇值等。 6）作用標準值 characteristic value of an action 結構或結構構件設計時，采用的各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)作用在設計基準期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。,7）設計基準期 design reference period 在進行結構可靠性分析時，考慮持久設計狀況下各項基本變量與時間關系所采用的基準時間參數(shù)。 8）作用

3、頻遇值 frequent value of an action 結構或構件按正常使用極限狀態(tài)短期效應組合設計時，采用的一種可變作用代表值，其值可根據(jù)在足夠長觀測期限內(nèi)作用任意時點概率分布的0.95分位值確定。,9）作用準永久值 quasi-permanent value of an action 結構或構件按正常使用極限狀態(tài)短期效應組合設計時，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)作用任意時點概率分布的0.95（或略高于0.5）分位值確定。,10）作用效應 effect of action 結構對所受作用的反應，如彎矩、扭矩、位移等。 11）作用效應設計值 design val

4、ue of an action effect 作用標準值效應與作用分項系數(shù)的乘積。,12) 分項系數(shù) partial safety factor 為保證所設計的結構具有規(guī)定的可靠度而在設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)兩類。 13）作用效應組合 combination of action effects 結構上根據(jù)不同的設計狀況采取的幾種作用分別產(chǎn)生的效應的疊加。,14）結構重要性系數(shù) coefficient for importance of structure 對不同安全等級的結構，為使其具有規(guī)定的可靠度而采用的系數(shù)。 15）作用效應組合系數(shù) coefficient fo

5、r combination of action effects 在作用效應組合中，由于幾個獨立可變作用效應最不利值同時出現(xiàn)的概率較小而對作用采用的折減系數(shù)。,16）作用效應基本組合 fundamental combination of action effects 承載能力極限狀態(tài)設計時，永久作用設計值效應與可變作用設計值效應的組合。 17）作用效應偶然組合 accidental combination of action effects 承載能力極限狀態(tài)設計時，永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應的組合。,18）作用短期效應組合 combination for

6、short-term action effects 正常使用極限狀態(tài)設計時，永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應的組合。 19）作用長期效應組合 combination for long-term action effects 正常使用極限狀態(tài)設計時，永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應的組合。,第一節(jié) 永久作用,在結構使用期間，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。 包括結構重力、預加應力、土的重力、土側壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力和基礎變位等作用等七種。,第二節(jié) 可變作用,在結構使用期間，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。 包括汽

7、車荷載，汽車荷載的沖擊力、離心力、制動力及其引起的土側壓力，人群荷載，風荷載，流水壓力，冰壓力，溫度作用和支座摩阻力等十一種。,第二節(jié) 可變作用,一、汽車荷載 汽車荷載分為公路I級和公路II級。 汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載用于橋梁結構的整體計算（例如主梁、主拱和主桁架等的計算）；車輛荷載用于局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻壓力等計算。,1）車道荷載的計算圖式示于圖1-3-1 。 圖1-3-1 車道荷載,車道荷載由均布荷載標準值 和集中荷載標 準值 組成，按下列不同用途采用： （1）用于計算主梁彎矩的公路I級車道荷載：均布 荷載 ，集中荷載當橋梁計算跨徑 時 ；當計算跨徑時 ， ；計

8、算跨 徑在兩者之間時， 值按直線內(nèi)插求得。用于主梁剪力和反力計算時上述 應乘以1.2的系數(shù) （2） 公路II級車道荷載的 和 按公路I級的0.75倍采用,（3）用于計算汽車荷載的離心力和制動力時 制動力：取車道荷載標準值在加載長度上計算的總重量的10%,但對于公路I級不小于165KN,公路II級不小于90KN. 多車道時應按要求折減. 離心力：當彎橋曲線半徑等于或小于250米時,應計離心力,其標準值等于車輛荷載(不計沖擊力)標準值乘以離心力系數(shù)C. C=V*V/127R; V設計速度(KM/H); R-曲線半徑(M) 每條設計車道上沿縱向均勻布置車道荷載，均布荷載標準值可任意截取，當計算主梁彎

9、矩、剪力和反力效應時， 滿布于使結構產(chǎn)生最不利效應的同號影響線上，集中荷載標準值則只作用于相應影響線中一個影響線峰值處。,2）車輛荷載以一輛標準車表示，其縱、平面尺寸示于圖1-3-2，主要技術指標規(guī)定于表1-3-2 。,車輛荷載在每個設計車道上布置一輛單車。公路I級和公路II級采用相同的車輛荷載標準值。,圖1-3-2 車輛荷載的縱、平面尺寸,車輛荷載的主要技術指標,表1-3-2,3）車道荷載的特點,（1）車道荷載的形式簡明。在內(nèi)力影響線上加載只要已知影響線面積與最大坐標值就可以，加載手續(xù)簡單，電算和手算工作量均減少； （2）通過車道荷載中的均布荷載加集中荷載的模式可以解決大、中、小不同跨徑的活

10、載設計標準，例如均布荷載的集度在某跨徑區(qū)段可采用跳躍變化以滿足不同跨徑的要求； （3）車道荷載中的集中荷載可采用雙值，以滿足彎矩和剪力計算的不同要求；,4）車輛荷載的作用,除了以上談及的用于局部加載等的作用外，車輛荷載 用于荷載橫向分布的計算。 橋梁設計時，每一設計車道上的車道荷載均模擬為 一車輛荷載，其橫向位置按圖1-3-3布置，用以計算車道荷 載的橫向分布。 圖1-3-3 車輛荷載橫向布置,汽車荷載計算效應的折減,1）橋涵設計車道數(shù)應符合表1-3-3的規(guī)定。多車道橋梁上的汽車荷載應考慮多車道折減。當橋涵設計車道數(shù)大于2時，由汽車荷載產(chǎn)生的效應應按表1-3-4規(guī)定的多車道折減系數(shù)進行折減，但

11、折減后的效應不得小于兩設計車道的荷載效應。,橋涵設計車道數(shù),表1-3-3,橫向折減系數(shù),表1-3-4,2）施加于長跨橋梁上的車道荷載，其計算效應考慮縱向折減。當橋梁計算跨徑L150m時應按表1-3-5規(guī)定的縱向折減系數(shù)進行折減。當為多跨連續(xù)結構時，整個結構均應按最大的計算跨徑考慮汽車荷載效應的縱向折減。 橫向折減系數(shù),表1-3-5,二、汽車沖擊力 汽車荷載沖擊力應按下列規(guī)定計算： 1）鋼橋、鋼筋混凝土及預應力混凝土橋、圬工拱橋 等上部構造和鋼支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及 鋼筋混凝土柱式墩臺，應計算汽車的沖擊作用。 2）填料厚度（包括路面厚度）等于大于0.5m 的拱涵 以及重力式墩臺不計沖

12、擊力。 3）支座的沖擊力，按相應的橋梁取用。 4）汽車荷載的沖擊力標準值為汽車荷載標準值乘以 沖擊系數(shù) 。,第二節(jié) 可變作用,5）沖擊系數(shù) 可按下式計算：,式中 結構基頻（ ）。 汽車局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用1.3。,（1）簡支梁橋結構的基頻可按下列公式計算： 式中 結構的計算跨徑 ； 結構材料的彈性模量 ； 結構跨中截面的截面慣性矩 ； 結構跨中處的單位長度量 ； 結構跨中處延米結構重力 ； 重力加速度 。,（2）連續(xù)梁橋結構的基頻可按下列公式計算：,計算連續(xù)梁的沖擊力引起的正彎矩效應和剪力效應時，采用 ；計算連續(xù)梁的沖擊力引起的負彎矩效應時采用 。,3）拱橋結構的基頻可

13、按下列公式計算：,式中 為頻率系數(shù)，可按下列公式計算： a.當主拱為等截面或其他拱橋（如桁架拱、剛架拱等）時： 式中 拱橋矢跨比。,b.當主拱為變截面拱橋時： 式中， 為系數(shù)，按下式確定： 其中， 為拱厚度變化系數(shù)。 、 的數(shù)值由表1-3-6查得。,表1-3-6,、,值,系數(shù),三、人群荷載 人群荷載標準值按下列規(guī)定采用： 1）當橋梁計算跨徑L50m時，人群荷載標準值為 3.0 ；當橋梁計算跨徑L150m時，人群荷載標準 值為2.5 ；當橋梁計算跨徑在50m和150m之間時， 可由線性內(nèi)插得到人群荷載標準值。對跨徑不等的連續(xù) 結構，以最大計算跨徑為準。 城市郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標

14、準 值取上述規(guī)定值的1.15倍。 專用人行橋梁，人群荷載標準值為3.5 。,第二節(jié) 可變作用,2）人群荷載在橫向應布置在人行道的凈寬度內(nèi)，在 縱向施加于使主梁產(chǎn)生最不利荷載效應的區(qū)段內(nèi)。 3）人行道板（局部構件）可以一塊板為單元，按標 準值為4.0 的均布荷載。 4）計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂上的水平 推力標準值取0.75kN/m；作用在欄桿扶手上的豎向力標 準值取1.0kN/m。,四、其它 溫度作用,1）在進行結構承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀 態(tài)設計時，應根據(jù)當?shù)鼐唧w情況、結構物使用的材料和 施工條件等因素考慮由溫度作用而引起的結構效應。各 種結構構的線膨脹系數(shù)規(guī)定于表1-3-7

15、 。 線膨脹系數(shù),表1-3-7,2）計算橋梁結構因均勻溫差作用引起外加變形或約束變形時，應從 結構受到約束時的平均溫度開始，考慮最高溫度和最低溫度的作用 效應。如缺乏實際調(diào)查資料，公路混凝土結構和鋼結構的最高和最 低有效溫度標準值可按表1-3-8取用。 公路橋梁結構的有效溫度標準值（） 注：氣候分區(qū)按下列規(guī)定：嚴寒地區(qū)，最冷月平均溫度低于-10；寒冷地區(qū)， 最冷月平均溫度低于010；溫熱地區(qū)，最冷月平均溫度高于0。氣候分區(qū)中溫 熱地區(qū)包括溫和地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)。,表1-3-8,3）計算橋梁結構由于梯度溫度引起的效應時，可采用圖1-3-4所 示的豎向梯溫度曲線，其橋面板表面的最高規(guī)

16、定于表1-3-9 。對混 凝土結構，當梁高H小于400mm時，圖中A=H-100（mm）；梁高H不小 于400mm時，A=300mm. 混凝土上部結構和帶混凝土橋面板的鋼結構的豎向日照反溫差 為正溫差乘以-0.5。 豎向日照溫差計算的溫度基數(shù),圖1-3-4豎向梯度溫度,表1-3-9,第三節(jié) 偶然荷載,三、偶然作用 1）地震力 2）船只或漂流物撞擊力,第四節(jié) 作用效應組合,公路橋梁概率極限狀態(tài)設計的標準與規(guī)范 1）公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準GB/T50283-1999 中華人民共和國國家標準； 2）公路工程設計標準 JTG B01-2003 中華人民共和國行業(yè)標準； 3）公路橋涵設計通用規(guī)范

17、 JTG D60 中華人民共和國行業(yè)標準； 4）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范JTGD62 中華人民共和國行業(yè)標準。,公路橋梁概率極限狀態(tài)設計的標準與規(guī)范,國家標準公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準BG/T50283-1999 是我國用來指導公路工程各類設計規(guī)范編制的統(tǒng)一性文件。它規(guī)定了設計依據(jù)的目標可靠指標，還在結構可靠性分析方法、極限狀態(tài)設計原則和表達式、結構作用和抗力、結構分析與試驗、質(zhì)量控制等方面做出了原則性的規(guī)定。,設計與計算的基本原則,1、公路橋涵應根據(jù)所在公路的使用任務、性質(zhì) 和將來發(fā)展的需要，按照安全、適用、經(jīng)濟、美觀和有利于環(huán)保的原則進行設計，并考慮因地制宜、就地取材，

18、便于施工和養(yǎng)護等因素，使公路橋涵的設計符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的要求。,設計與計算的基本原則,2、公路橋梁結構采用以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，以可靠指標度量結構構件的可靠度，按分項系數(shù)的設計表達式進行設計。 公路橋涵結構的設計基準期限為100年。,3、公路橋涵結構應按承載能力極限狀態(tài)和正常 使用極限狀態(tài)進行設計： 1）承載能力極限狀態(tài)：對應于橋涵結構或其構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)； 2）正常使用極限狀態(tài)：對應于橋涵結構或其構件 達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。 在進行上述兩類極限狀態(tài)設計時，同時應滿足構造 和工藝方面的要求。,4、公

19、路橋涵應根據(jù)不同種類的作用（或荷載）及其對橋涵的影響、橋涵所處的環(huán)境條件，考慮以下三種設計狀況，并對其進行相應的極限狀態(tài)設計：,1）持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等持續(xù)時間很長的狀況。該狀況橋涵應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計； 2）短暫狀況：橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。該狀況下的橋涵一般僅作承載能力極限狀態(tài)設計，必要時才作正常使用極限狀態(tài)設計； 3）偶然狀況：在橋涵使用過程中偶然出現(xiàn)的如罕遇地震的狀況。該狀況下的橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設計。,5、 極限狀態(tài)設計表達式 1) 公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用以下兩種作用效應組合： （1）基本組合：永久作

20、用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式及應滿足：,式中： 承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合設計值； 結構重要性系數(shù)，按表1-3-10規(guī)定的結構設計安全等級采 用。對應于設計安全等級一級、二級和三級分別取不小 于1.1、1.0和0.9；,公路橋涵結構的安全等級 表1-3-10,第i個永久作用效應的分項系數(shù)，按表1-3-11的規(guī)定采用；,永久作用效應的分項系數(shù) 表1-3-11,注：本表編號1中，當鋼橋采用鋼橋面板時，永久作用效應分項系數(shù)取1.1；當采用混凝土橋面板時，取1.2。,第i個永久作用效應的標準值； 汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的分項系數(shù)，取 =1.4。

21、當某個可變作用在效應組合中超過汽車荷載效應時，則該作用取代汽車荷載，其分項系數(shù)應采用汽車荷載的分項系數(shù)；對專為承受某作用而設置的結構或裝置，設計時該作用的分項系數(shù)取與汽車荷載同值； 汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的標準值； 在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）、風荷載外的其他第j個可變作用效應的分項系數(shù)，取 =1.4，但風荷載的分項系數(shù)取 =1；,在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心 力）外的其他第j個可變作用效應的標準值； 在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心 力）外的其他可變作用效應的組合系數(shù)。當永久作用與汽車 荷載和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時，人群荷載 （或其