工程力学第三章 桥梁的设计作用

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1、桥梁工程桥梁工程第三章第三章 桥梁的设计作用桥梁的设计作用第一节 规范中有关设计作用的规定作用的定义：作用在结构上的一组集中力或分布力直接作用引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用作用的分类：永久作用：如结构自重、水的浮力等可变作用：如汽车荷载、人群荷载等偶然作用：如地震荷载、汽车撞击力等编 号作 用 分 类作 用 名 称1永久作用结构重力（包括结构附加重力） 2预加力 3土的重力 4土侧压力 5混凝土收缩和徐变作用 6水的浮力 7基础变位作用表3-1 作用分类 作用的分类：第一节 规范中有关设计作用的规定编 号作 用 分 类作 用 名 称 8可变作用汽车荷载 9汽车冲击力 10汽车离心力

2、11汽车引起的土侧压力 12人群荷载 13汽车制动力 14风荷载 15流水压力 16冰压力 17温度（均匀温度和梯度温度）作用 18支座摩阻力 19偶然作用地震作用 20船舶或漂浮物的撞击作用 21汽车撞击作用第一节 规范中有关设计作用的规定 作用的代表值结构或构件设计时，针对不同设 计目的所采用的各种作用规定值。标准值频遇值准永久值永久作用的代表值只有一个，即标准值。 可变作用的代表值根据不同的极限状态而定，可取 标准值、频遇值或准永久值。 偶然作用的代表值为标准值。作用代表值的选取：有关名词 作用效应设计值作用效应的设计值为标准值乘以相应的作用分项系 数。分项系数为保证所设计的结构具有规定

3、的可靠度 而在设计表达式中采用的系数。编号作用分类作用类别作用分项系数 符号对结构的承 载力不利时对结构的承 载力有利时 1永久作用混凝土和圬工结构重力（包括 结构附加重力）1.21.0钢结构重力(包括结构附加重力 )1.1或1.22预加力1.23土的重力4混凝土收缩和徐变作用1.05土侧压力1.46水的浮力1.07基础变位 作用混凝土和圬工结构0.5钢结构1.0作用分项系数编号作用分类作用类别作用分项系数 符号对结构承载力有利和不利 1可变作用汽车荷载1.4 汽车冲击力 汽车离心力 2汽车引起的土侧压力 3人群荷载 4汽车制动力 5风荷载1.1 6流水压力1.4 7冰压力 8温度(均匀温度和

4、梯度温度)作用偶然作用支座摩阻力1.0 地震作用 船舶或漂浮物的撞击作用作用分项系数作用的规定与计算一、永久作用 概念在结构使用期间，其量值不随时间变化，或其变 化值与平均值相比可忽略不计的作用。 结构自重、桥面铺装及附属设施等的重量。 内容结构重力计算方法：结构物的实际体积乘以其材料的重 度（标准值）。一、永久作用预加力（分两种情况）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 。在连续

5、梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引 起的次效应。一、永久作用土的重力和土侧压力（1）静土压力一、永久作用土的重力和土侧压力（2）主动土压力作用在桥台、挡土墙前后的主动土压力标准值：一、永久作用土的重力和土侧压力 （2）主动土压力一、永久作用 土的重力和土侧压力（2）主动土压力压实填土竖向压力强度标准值：压实填土水平压力强度标准值：一、永久作用 土的重力和土侧压力（3）承受土侧压力的墩台，作用在每根柱上的土 压力计算宽度：一、永久作用 土的重力和土侧压力 （3）承受土侧压力的墩台，作用在每根柱上的土 压力计算宽度：时时时时基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时 ，应考虑设计水位的浮力；

6、当验算地基应力时，可仅考 虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。 基础嵌入不透水性地基的的桥梁墩台不考虑水浮力。 作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩 嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮 力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。 一、永久作用 水的浮力当不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水两种情 况与其他作用组合，取其最不利者。 一、永久作用 混凝土收缩及徐变作用 超静定的混凝土结构、钢和混凝土的组合结构等 应考虑混凝土收缩及徐变的作用。 混凝土的收缩应变和徐变系数可按公路钢筋混 凝土及预应力混凝土桥涵设计规范的规定计算。 做混凝土徐变的计算，可假定徐变与混凝土应

7、力 呈线性关系。 计算圬工拱圈的收缩作用效应时，如考虑徐变影 响，作用效应可乘以0.45的折减系数。一、永久作用 基础变位作用对于超静定结构，当计算由于地基压密等引起的 长期变形影响时，应根据最终位移量计算构件的 效应。二、可变作用概念：在结构使用期间，其量值随时间而变化且其 变化值与平均值相比不可忽略不计的荷载作用。 （1）等级级：公路-级级和公路-级级 公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路级公路级表3-3 各级公路桥涵的汽车荷载等级（3）荷载等级的选用：(一)汽车荷载（2）组组成：车车道荷载载、车辆车辆 荷载载 桥梁结构的整体计算采用车道荷载； 桥梁结构的局部加

8、载、涵洞、桥台和挡土墙土 压力等的计算采用车辆荷载； 车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。（4）车车道荷载标载标 准值值：级车道荷载： 计算剪力效应时，Pk的标准值要乘以1.2的系数。 级车道荷载标准值为级车道荷载相应数据乘 以0.75的系数。（5）车辆车辆 荷载标载标 准值值：车辆荷载主要技术指标（6）车辆车辆 荷载载的横向布置：汽车车荷载载的加载规载规 定： 车道荷载的纵向加载为均布荷载标准值满布于使 结构产生最不利效应的同号影响线上。 集中荷载标准值只用于相应影响线中一个最大影 响线峰值处。 横向分布系数按设计车道车辆荷载计算。 （7）桥涵设计车道数的规定（8）汽车车荷载载的折减： 横向折

9、减：当桥涵设计车道数大于2时，由汽车荷 载产生的效应应进行横向折减，但折减后的效应不 得小于两设计车道的荷载效应。 横向布置 设计车道数横向折减 系数横向布置 设计车道数横向折减 系数 3 4 50.78 0.67 0.606 7 80.55 0.52 0.50表3-10 横向折减系数（8）汽车车荷载载的折减： 纵向折减：当桥梁计算跨径大于150m时，应按表 规定的纵向折减系数进行纵向折减。 计算跨径L （m）纵向折减 系数计算跨径L （m）纵向折减 系数 150L400 400L600 600L8000.97 0.96 0.95800L1000 L10000.94 0.93表3-11 纵向折

10、减系数二、可变作用(二)汽车车荷载载冲击击力：冲击作用：由于荷载的动力作用使桥梁发生振动而 造成内力和变形增大的现象称为冲击作用。 （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、板式橡胶支座及钢筋混 凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。（2）当填料厚度（包括路面厚度）50cm拱桥、 涵洞以及重力式墩台，不计冲击作用。（3）支座的冲击力按相应的桥梁取用。(二)汽车车荷载载冲击击力：（4）计算方法：汽车荷载标准值冲击系数表3-12 钢筋混凝土、圬工桥涵的冲击系数结构基频冲击系数结构基频冲击系数0.050.45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。当填

11、料厚度（包括路面厚度）50cm拱桥、涵洞以及重力式墩台， 不计冲击作用。二、可变作用二、可变作用(三)汽车车荷载载离心力：V 设计速度 （km/h） R曲线半径(m) （2）离心力的着力点在桥面以上1.2m处（公路桥）或 轨顶面2m处（铁路桥）；多车道时应考虑横向折减。离心力系数：汽车荷载离心力= 车辆荷载（不计冲击力）离心力系数（1）弯桥的曲线半径等于或小于250m时，应计算 汽车荷载引起的离心力。二、可变作用(四)汽车车引起的土压压力：车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引 起的土侧压力，可换算成等代均布土层厚度计算；计算涵洞顶上车辆荷载引起的土压力，车轮按其 着地面积的边缘向下作30

12、角分布。二、可变作用(六)汽车车制动动力：（1）桥规规定，一个设计车道上由汽车荷载产生的制动 力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的 10%，但公路-级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN ；公路-级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN。同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制 动力标准值的两倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34 倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。 （2）制动力的着力点在桥面以上1.2m处，计算时可 移至桥面上，但不计由此引起的力矩。二、可变作用（五）人群荷载 当桥梁计算跨径L050m时，人群荷载标准值为 3.0kN/m2； 当L

13、0150m时，人群荷载标准值为2.5kN/m2； 当50mL0150m时，可由线性内插得到人群荷 载标准值。 不等跨的连续结构，以最大计算跨径为准。 城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准 值取上述规定值的1.15倍。 专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5 kN/m2。二、可变作用（五）人群荷载 人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在 纵向施加应使结构产生最不利荷载效应的区段内。 人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准 值4.0 kN/m2的均布荷载计算。 计算人行道栏杆荷载时，作用在栏杆立柱顶上的水 平推力标准值取0.75 kN/m；作用在栏杆扶手上的竖 向力标准值取1.0

14、kN/m。 二、可变作用 风荷载 流水压力温度作用支座摩阻力三、偶然作用定义：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称为偶然作用 。 1 地震作用 地震区建造桥梁，必须考虑地震作用。 公路桥梁地震作用的计算及结构的设计，应符合 现行公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）。 对于地震动峰值加速度等于0.10g、0.15g、0.20g、 0.30g地区的公路桥涵，应进行抗震设计； 地震动峰值加速度大于或等于0.40g地区的公路桥涵 ，应进行专门设计。三、偶然作用2 船舶或漂流物的撞击作用（1）内河上船舶撞击作用的标准值三、偶然作用2 船舶或漂流物的撞击作用（2

15、）海轮撞击作用的标准值三、偶然作用2 船舶或漂流物的撞击作用（3）可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩，应进行桥 墩防撞设施设计。当设有与桥墩分开的防撞击的防护 结构时，桥墩可不计船舶的撞击作用。（4）漂流物的横桥向撞击力可按下式计算：（5）作用点位置（内河船舶、海轮、漂流物）三、偶然作用3 汽车撞击作用汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取1000kN，在车 辆行驶垂直方向取500kN，两个方向不同时考虑；撞击力作用于行车道以上1.2m处，直接分布于设计 的构件上。对于设有防撞设施的结构构件，可适当折减，但折 减后的汽车撞击力标准值不应低于上述规定值的1/6 。第二节 桥梁作用效应组合一、按承载能力极限

16、状态设计时的作用效应组合（一）基本组合作用的设计值为标准值乘以相应的作用分项系数。表3-9 结构重要性系数及设计安全等级桥涵结构设计安全等级结构重要性系数 特大桥、重要大桥一级1.1 大桥、中桥、重要小桥二级1.0 小桥、涵洞三级0.9作用组合 永久作用+汽车荷载+人群荷载(或其他一种可变作用)0.8 永久作用+汽车荷载+二种可变作用 除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)0.7 永久作用+汽车荷载+三种可变作用 除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)0.6永久作用+汽车荷载+四种（及多于四种）可变作用 除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力 )0.5可变作用效应的组合系数第二节 桥梁作用效应组合上部结构承载能力极限状态的基本组合：第二节 桥梁作用效应组合（二）偶然组合永久作用标准值效应+可变作用