13桥梁基本知识

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1、任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识作用：作用：是引起桥涵结构反应的各种原因的统称，是引起桥涵结构反应的各种原因的统称，它分为两大类：一类是它分为两大类：一类是直接施加于结构直接施加于结构上的外上的外力，例如车辆、结构自重等；另一类是以力，例如车辆、结构自重等；另一类是以间接间接的形式作用于结构的形式作用于结构上，例如地震、混凝土收缩上，例如地震、混凝土收缩徐变等，它们产生的效应与结构本身的特征有徐变等，它们产生的效应与结构本身的特征有关。关。习惯地用习惯地用“荷载荷载”这一术语来概括引起桥涵结

2、这一术语来概括引起桥涵结构反应的所有原因，公路桥涵设计通用规范构反应的所有原因，公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）全面采用）全面采用“作用作用”这一这一术语，而术语，而“荷载荷载”仅表示施加于结构上的直接仅表示施加于结构上的直接作用。作用。 作用的定义作用的定义桥梁上的作用桥梁上的作用学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识作用分类作用分类作用名称作用名称永久作用（恒载）永久作用（恒载）1 1结构重力（包括结构附加重力）结构重力（包括结构附加重力）5 5混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩及徐变作用2 2预加应力预加应力6 6水的浮力

3、水的浮力3 3土的重力土的重力7 7基础变位作用基础变位作用4 4土侧压力土侧压力可变作用可变作用8 8汽车荷载汽车荷载1414风荷载风荷载9 9汽车冲击力汽车冲击力1515流水压力流水压力1010汽车离心力汽车离心力1616冰压力冰压力1111汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力1717温度温度( (均匀温度和梯度温度均匀温度和梯度温度) )作用作用1212人群荷载人群荷载1818支座摩阻力支座摩阻力1313汽车制动力汽车制动力偶然作用偶然作用1919地震作用地震作用2020船舶或漂流物的撞击作用船舶或漂流物的撞击作用2121汽车撞击作用汽车撞击作用任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载

4、学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识一、一、 永久作用永久作用永久作用：永久作用：指在结构使用期间，其量值指在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用。相比可以忽略不计的作用。永久作用包括：永久作用包括：结构重力、预加应力、结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等七种。变位作用等七种。 任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境

5、学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识一、一、 永久作用永久作用预应力结构：预应力结构：按正常使用极限状态设计时：按正常使用极限状态设计时：预加应力属预加应力属永久荷载；永久荷载；按承载能力极限状态设计时：按承载能力极限状态设计时：预加应力不预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。但在超静定结构中，由预加力引一部分。但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属永久荷载。起的次内力应属永久荷载。 任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁

6、基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用可变作用：可变作用：是指在结构使用期间，其量值随时是指在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。作用。 可变作用包括：可变作用包括：汽车荷载，汽车荷载的冲汽车荷载，汽车荷载的冲击力、离心力、制动力和引起的土侧压力，击力、离心力、制动力和引起的土侧压力，人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温度作用和支座摩阻力等十一种。度作用和支座摩阻力等十一种。任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥

7、梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用1. 1. 汽车荷载汽车荷载汽车荷载分为汽车荷载分为公路公路-I级级和和公路公路-级级两个等级，汽车荷载由两个等级，汽车荷载由车车道荷载道荷载和和车辆荷载车辆荷载组成。组成。公路等级公路等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三级公路三级公路四级公路四级公路荷载等级荷载等级公路公路-I级级公路公路-I级级公路公路-级级公路公路-级级公路公路-级级车道荷载车道荷载由均布荷载和集中荷载组成由均布荷载和集中荷载组成。车辆荷载车辆荷载为一辆总重为一辆总重550kN的标准车的标准车。公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范（J

8、TG D602004）任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识1）车道荷载标准）车道荷载标准值值公路公路-I级级公路公路-II级级均布荷载标准值均布荷载标准值集中荷载标准值集中荷载标准值 公路公路-级车道荷载的均布荷载标准值级车道荷载的均布荷载标准值qK和集中荷载标准值和集中荷载标准值PK 按按公路公路-级车道荷载的级车道荷载的0.75倍采用。倍采用。1. 1. 汽车荷载汽车荷载线性线性插值插值【例【例1】某高速公路计算跨径为】某高速公路计算跨径为4.0m的小桥，其对应的车道荷载的小桥，其对应的车道

9、荷载为：为：学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识公路公路-I级级均布荷载标准值均布荷载标准值集中荷载标准值集中荷载标准值 解：对高速公路，车道荷载采用公路解：对高速公路，车道荷载采用公路I级荷载，因此其车道荷载为：级荷载，因此其车道荷载为：【例【例2】某高速公路计算跨径为】某高速公路计算跨径为20.0m的小桥，则其对应的车道荷的小桥，则其对应的车道荷载为：载为：学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识公路公路-I级级均布荷载标准值均布荷载标准值集中荷载标准值：集中荷载标准值：Pk采用

10、线性插值采用线性插值 解：对高速公路，车道荷载采用公路解：对高速公路，车道荷载采用公路I级荷载，因此其车道荷载为：级荷载，因此其车道荷载为：【例【例3】某四级公路上计算跨径为】某四级公路上计算跨径为20.0m的小桥，则其对应的车道的小桥，则其对应的车道荷载为：荷载为：学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识公路公路-II级级均布荷载标准值均布荷载标准值集中荷载标准值：集中荷载标准值：Pk采用线性插值公路采用线性插值公路I级荷载的级荷载的0.75倍，则倍，则 解：对四级公路，车道荷载采用公路解：对四级公路，车道荷载采用公路II级荷载，因此其车

11、道荷载为：级荷载，因此其车道荷载为：作业：作业： 某计算跨径为某计算跨径为30.0m的小桥，分别计算公路的小桥，分别计算公路I级和公路级和公路II级对应的车道荷载。级对应的车道荷载。学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识1. 1. 汽车荷载汽车荷载2）车辆荷载：）车辆荷载：公路公路级和公路级和公路级汽车荷载采用相同的车辆荷载级汽车荷载采用相同的车辆荷载。 车辆荷载主要技术指标车辆荷载主要技术指标项目项目单

12、位单位技术指标技术指标车辆重力标准值车辆重力标准值 kN550前轴重力标准值前轴重力标准值 kN30中轴重力标准值中轴重力标准值 kN2120后轴重力标准值后轴重力标准值 kN2140轴轴 距距m3+1.4+7+1.4轮轮 距距m1.8前轮着地宽、长前轮着地宽、长m0.30.2中、后轮着地宽、中、后轮着地宽、长长m0.60.2车辆外形尺寸车辆外形尺寸m152.5任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识1. 1. 汽车荷载汽车荷载3）加载方式）加载方式车道荷载用于桥梁结构的整体计算车道荷载用于桥梁结构

13、的整体计算车辆荷载用于桥梁结构的局部加载车辆荷载用于桥梁结构的局部加载 纵纵 向向 折折 减减 系系 数数计算跨径计算跨径l150l400400l600600l800800l1000l1000纵向折减系数纵向折减系数0.970.960.950.940.93横横 向向 折折 减减 系系 数数横向布置车道数横向布置车道数2345678横向折减系数横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.50任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用2.2.汽车冲击力汽车冲击

14、力 车辆以一定速度过桥时，由于动力影响，桥梁实际产生的车辆以一定速度过桥时，由于动力影响，桥梁实际产生的活载应力和活载应力和变形大于按活载静重计算所得的结果变形大于按活载静重计算所得的结果，这种动力效应常称为冲击作用。，这种动力效应常称为冲击作用。 桥梁动力影响因素：桥梁动力影响因素：车辆以一定速度过桥时引起桥跨振动；车轮对伸车辆以一定速度过桥时引起桥跨振动；车轮对伸缩缝、变形缝接头时有冲击作用；桥面上竖向和横向不平顺引起桥梁扭转缩缝、变形缝接头时有冲击作用；桥面上竖向和横向不平顺引起桥梁扭转振动；桥头线路（路面）不平整，车轮不圆等振动；桥头线路（路面）不平整，车轮不圆等 。 引入一个竖向动力

15、效应的增大系数引入一个竖向动力效应的增大系数冲击系数冲击系数，来计及汽车荷载的冲，来计及汽车荷载的冲击作用，汽车荷载的冲击力即为汽车荷载标准值乘以冲击系数击作用，汽车荷载的冲击力即为汽车荷载标准值乘以冲击系数。 在新桥规中，在新桥规中，冲击系数冲击系数 可按下可按下式计算：式计算： =0.05=0.45 任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用2.2.汽车冲击力汽车冲击力任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本

16、知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用3.3.人群荷载人群荷载 当计算跨径当计算跨径l50ml50m时时: : 3.0kN/m23.0kN/m2； 当当l150ml150m时时: : 2.5kN/m22.5kN/m2； 当当l l在在5050150m150m之间时之间时: : 可由线性内插得到人群荷载标准值。可由线性内插得到人群荷载标准值。 对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。对跨径不等的连续结构，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1.151.15倍。倍。 专用

17、人行桥梁，人群荷载标准值为专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kN/m23.5kN/m2。 任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用3.3.人群荷载人群荷载人群荷载在横向：人群荷载在横向：应布置在人行道的净应布置在人行道的净宽度内，宽度内，在纵向：在纵向：施加于使结构产生最不利荷载施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。效应的区段内。计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取上的水平推力标准值取0.75kN/m0.75kN/m；

18、作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m1.0kN/m。 任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用4.4.汽车离心力汽车离心力 当当弯弯道道桥桥的的曲曲线线半半径径250m时时，应应计计算算汽汽车车荷荷载载引引起起的的离离心心力力。离离心心力力的的大大小小等等于于车车辆辆活活载载（不不计计冲冲击击力力）乘乘以以离离心心力系数力系数C，C值按下式计算：值按下式计算： 离离心心力力的的着着力力点点在在桥桥面面以以上上1.2m1.2m处处（公

19、公路路桥桥）或或轨轨顶顶面面2m2m处处（铁铁路桥）；多车道时应考虑折减。路桥）；多车道时应考虑折减。式中：式中：VV设计行车速度设计行车速度(km/h)(km/h)RR曲线半径（曲线半径（m)m)任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用5. 5. 汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力 车车辆辆荷荷载载作作用用在在桥桥台台台台背背或或路路堤堤挡挡土土墙墙上上，将将引引起起台台背背填填土土或或挡挡土土墙墙后后填填土土的的破破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力：坏棱体对桥台或挡土墙

20、的土侧压力：式中：式中：g g 土的容重，以土的容重，以kN/mkN/m3 3计计； l0 桥桥台或台或挡挡土土墙墙后填土的破坏棱体后填土的破坏棱体长长度，以度，以m m计计； B B 桥桥台的台的计计算算宽宽度或度或挡挡土土墙墙的的计计算算长长度，以度，以m m计计； G G 布置在布置在BBl l0 0面面积积内的内的车辆车轮车辆车轮重力，以重力，以kNkN计计。 注：当涉及多注：当涉及多车车道加道加载时载时，车轮总车轮总重力重力应应按表按表1.71.7进进行折减。行折减。任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本

21、知识：桥梁基本知识二、二、 可变作用可变作用6. 6. 汽车制动力汽车制动力6. 汽车制动力汽车制动力是指车辆在减速或制动时，为克服车辆的惯性力而在路面与车是指车辆在减速或制动时，为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间产生的滑动摩擦力。辆之间产生的滑动摩擦力。它作用于桥跨结构上的方向与行车方向一致。它作用于桥跨结构上的方向与行车方向一致。一个设计车道上的汽车制动力标准值，一个设计车道上的汽车制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的为布置在加载长度上计算的总重力的10，但公路，但公路-I级汽车制动力标准值不得小于级汽车制动力标准值不得小于165kN；公路；公路-II级不得小于级不得小于90k

22、N。多车道时要考虑横向折减，同向行驶双车道的汽车制动力标准值为一个设计多车道时要考虑横向折减，同向行驶双车道的汽车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；同向倍；同向行驶四车道为一个设计车道的行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。倍。制动力的作用点在设计车道桥面以上制动力的作用点在设计车道桥面以上1.2m处。处。任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识三、三、 偶然作用偶然作用1.1.地震作用地震作

23、用 定定义义：指指地地震震时时强强烈烈的的地地面面运运动动引引起起的的结结构构惯惯性性力力，它它是是随随机机变变化化的的动动力力荷荷载载，其其值值的的大大小小决决定定于于地地震震强强烈烈程程度度和和结结构构的的动动力力特特性性（频频率率与与阻阻尼尼等等）以以及及结结构或杆件的质量。构或杆件的质量。地震基本烈度与地震地震基本烈度与地震动动峰峰值值加速度系数的加速度系数的对应对应关系关系地震地震动动峰峰值值加速度系数加速度系数0.05g0.05g0.05g0.05g0.10 g0.10 g0.15g0.15g0.20g0.20g0.30g0.30g0.40g0.40g地震基本烈地震基本烈度度设计要

24、求设计要求简简易易设设防防抗震抗震设计设计专门专门的抗震研究的抗震研究和和设计设计 抗抗震震设设防防要要求求以以地地震震时时地地面面最最大大水水平平加加速速度度的的统统计计值值即即地地震震动动峰峰值加速度确定。值加速度确定。任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识三、三、 偶然作用偶然作用2. 2. 船舶或漂流物的撞击力船舶或漂流物的撞击力 船船只只或或漂漂流流物物撞撞击击力力在在有有可可能能的的条条件件下下，应应采采用用实实测测资资料料或或模模拟拟撞撞击击试试验验进进行行计计算算，并并依依此进行防

25、撞设计。此进行防撞设计。 船船只只或或漂漂流流物物撞撞击击力力在在有有可可能能的的条条件件下下，应应采采用用实实测测资资料料或或模模拟拟撞撞击击试试验验进进行行计计算算，并并籍籍此此进进行行防防撞撞设设施施的的设设计。计。 任务四：任务四： 桥梁设计荷载桥梁设计荷载学习情境学习情境学习情境学习情境1 1：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识：桥梁基本知识三、三、 偶然作用偶然作用3.3.汽车的撞击力汽车的撞击力 撞击力标准值在行驶方向取撞击力标准值在行驶方向取1000kN，与之垂直方，与之垂直方向取为向取为500kN，两个方向的不同时考虑；作用于行，两个方向的不同时考虑；作用于行车道上车道上1.2m处，直接分布于撞击涉及的构件上。处，直接分布于撞击涉及的构件上。 对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞能力予以能力予以折减折减，但折减后不应低于上述的，但折减后不应低于上述的1/6。