桥梁的设计荷载-新.ppt

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1、1,桥梁的设计荷载,桥梁系：陆萍,2,桥梁总体规划原则,安全、适用、经济、美观、有利于环保技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、美观、有利于环保安全是设计的目的，适用是设计的功能需求，必须首先满足；在满足安全的前提下，应根据具体情况考虑经济和美观的要求，公路工程设计应符合环保要求，保持可持续发展。,3,作用在工程结构上的荷载类型主要有：,1.恒载：,概念：指持久存在着的外加力。,荷载：一般指作用在结构上的外加力。,计算：一般根据构件的具体尺寸和材料的重度计算得到。,4,注意：动载对房屋的作用效应比它们作为静载的绝对值要大。,5,当风施加于房屋的作用力在比房屋周期短的时间内消失，则称为动载,周

2、期和风载：,可分为动载、静载。,反之，若风的作用在比房屋周期长的时间内消失，就是静载。,高层建筑房屋周期长，低层房屋周期短。,6,影响风载的因素：,因地区而异（沿海、内陆）；同一地区因时间而异；因房屋高度而异。,7,作用的定义：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：直接作用：直接施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，可用“荷载”这一术语来概括。间接作用：不是以外力形式施加于结构，是间接作用于结构的，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

3、变、温度变化等。,8,作用（action）,施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，亦称荷载，后者称间接作用。,9,现行桥梁规范将荷载分为3类：永久作用可变作用偶然作用,10,永久作用,在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用包括：结构自重（一期恒载）、桥面铺装及附属设备的重量（二期恒载）、作用在结构上的土重及土侧压力、基础变位影响力、水浮力、长期作用在结构上的人工预加力、混凝土收缩徐变影响力,11,可变作用,在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。基本可变作用其他可变作用89版规

4、范规定以车队荷载来计算结构内力；2004版规范换之以车道荷载，且规定：当计算整体结构时用车道荷载当计算局部结构或验算时采用车辆荷载,12,各级汽车车队的纵向排列(轴重力单位:kN，尺寸单位:m),公路桥梁汽车荷载（设计荷载）：以汽车车队表示，每一车队包括一辆重车和辆数不限的主车。分为四个等级。,13,公路桥梁平板挂车和履带车荷载（验算荷载）：为挂车-80，100，120和履-50,平板挂车和履带车荷载的纵向排列和横向布置(重力单位:kN,履带车纵向可考虑多辆行驶，但两车净距不得小于50m。,平板挂车全桥以通过一辆计算。,设计公路桥梁时，所用车辆荷载等级应根据公路的使用任务、性质和将来的发展情况

5、，根据规范规定确定,14,汽车荷载等级（97标准）新标准汽车超20级、挂车120 公路级汽车20级、挂车100 公路级 汽车15级、挂车80汽车10级、履带50,15,车队荷载标准模式的主要不足之处1 容易使人误认为标准荷载模式所采用的车辆重力即是实际桥梁上可以通行的车辆，造成公路交通管理上的不便；2 原标准的级差不合理，两级标准之间的荷载 水平的级差时大时小；3 计算不便；4 标准荷载在结构上产 生的效应不连续；5 与国际先进标准不接轨。,16,汽 车 荷 载 等 级,二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路级汽车荷载。,四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计采用的公路级车道荷载

6、的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。,17,原规范汽车荷载的计算图式对人工和计算机加载计算都很不方便，且计算效应随桥梁跨径的变化是不连续的。但车道荷载不能解决局部加载，跨径较小的涵洞、桥台、和挡土墙等计算问题，如仍采用车道荷载，将产生与原规范计算相差较大的结果。本规范的车道荷载是个虚拟荷载，它是对由汽车车队的测定和效应分析得到的。,18,剪力效应乘以1.2，主要用于验算下部结构或上部结构腹板的。,19,20,横向折减的含义是：在桥梁多车道上行驶的汽车荷载使桥梁构件的某一截面产生最大效应时，其同时处于最不利位置的可能性大小，随车道数的增加而减小。,21,22,桥梁

7、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。,23,人群荷载1 标准值 97标准：3.5千牛/平方米 新标准：3.0千牛/平方米纵向折减 L=50米：3.0千牛/平方米 L=150米：2.5千牛/平方米 L=50-150米：线性内插,24,偶然作用,在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。主要有地震荷载、船只撞击力,25,4.地震、震级、烈度、地震荷载,地震,地震是以地面发生不同强烈程度的振动为特征的一种物理现象。,震源,震中,震中距,26,27,28,震级,表示地震的强度，用释放出来的能量大小衡量。,国际上

8、通用的是Richter震级。,标准地震仪测得的最大水平位移幅值。m,印度发生强烈地震 7.9级地震狂袭南亚次大陆,一次里氏5级地震所释放的能量为：,相当于2万.炸药，每增加一级，释放的能量增加31.5倍,29,30,31,32,地震烈度,地震在某一个具体地区引起的振动强度。与震级是两个不同的概念。震中区烈度最大。根据震时人、地、物主要宏观标志划分为12度。,1976年的唐山大地震有的人利用动物异常现象，做了震前预防。例如滦南县胡各庄公社东胡大队马春林等几个小青年，在7月27日晚上，听到奶羊惨叫，他们分析，可能要闹地震。于是几个人都没有睡觉，聚在一起聊天，大震发生，全部脱险。,33,34,震中烈

9、度与震级的关系,一次里氏5级地震所释放的能量为,（尔格）,相当于在花岗岩中爆炸2万炸药，每增加一级，释放的能量增加31.5倍。,尔格=达因*厘米；（属于厘米克秒等单位制.）焦耳=牛顿*米；（属于米千克秒 1牛顿=100000达因；所以 1焦耳=107尔格,35,地震荷载：,地震对房屋的作用力。地震引起的地面运动会使房屋在竖向或水平方向产生加速度反应，其加速度反应值与房屋本身质量的乘积，就形成地震对房屋的作用力。,36,地震对房屋的破坏主要由水平方向的最大加速度反应引起,北京地区一幢89层用砖填充框架结构，它的总水平地震荷载约为其自重的0.050.08倍。,37,荷载组合,作用效应组合结构上几种

10、作用分别产生的效应的随机组合。,38,1.0.7 公路桥涵结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计：1 承载能力极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态；2 正常使用极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。在进行上述两类极限状态设计时，同时应满足构造和工艺方面的要求。,39,当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限状态。对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志和限值。1）承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于

11、继续承载的变形或变位的状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑动、倾覆等）；（2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载；（3）结构转变成机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定(如柱的压屈失稳等）；,40,2）正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：（1）影响正常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏；（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其它特定状态。,41,42,43,