【2017年整理】第三章 桥梁的作用

第三章 桥梁的作用第三章 桥梁的作用第一节 规范中有关作用的规定一、作用分类、代表值1作用分类公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。编号 作用分类 作用名称 结构重力（包括结构附加重力） 预加力 土的重力 土侧压力 混凝土收缩及徐变作用 水的浮力永久作用基础变位作用 汽车荷载 汽车冲击力10 汽车离心力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可变作用支座摩阻力19 地震作用20 船舶或漂流物的撞击作用21偶然作用汽车撞击作用2作用代表值公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。1）永久作用应采用标准值作为代表值。2）可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值作为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。3）偶然作用取其标准值作为代表值。3作用代表值的取用作用的代表值按下列规定取用：1）永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定。2）可变作用的标准值应按本规范有关章节中的规定采用。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数 1。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数 2。3）偶然作用应根据调查、试验资料，结合工程经验确定其标准值。作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。二、永久作用定义; 在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用称为永久作用。结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力均属结构重力，结构重力标准值可按表3.2.1 所列常用材料的密度计算。表 3.1.2 常用材料的重力密度材料种类 重力密度（KN/m 3）材料种类 重力密度（KN/m 3）钢、铸钢 78.5 浆砌片石 23.0铸铁 72.5 干砌块石或片石 21.0锌 70.5 沥青混凝土 23.024.0铅 114.0 沥青碎石 22.0黄铜 碎（砾）石 21.0青铜 填土 17.018.0钢筋混凝土或预应力混凝土25.026.0 填石 19.020.0混凝土或片石混凝土 24.0 石灰三合土、石灰 17.5土浆砌块石或料石 24.025.0 预加力在结构进行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，并计入相应阶段的预应力损失，但不计由于预加力偏心距增大引起的附加效应。在结构进行承载能力极限状态设计时，预加力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应。1土的重力及土侧压力计算土的重力及土侧压力按下列规定计算：1）静土压力的标准值可按下列公式计算：（3-1-1）（3-1-2）（3-1-3）式中 e j 任一高度 h 初的静土压力强度（kN/m 2）；压实土的静土压力系数；土的重力密度（kN/m 3）； 土的内摩擦角（°）；h填土顶面至任一点的高度（m）；H填土顶面至基底高度（m）；Ej高度 H 范围内单位宽度的静土压力标准值（kN/m）。在计算倾覆和滑动稳定时，墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压力可按静土压力计算。2）主动土压力的标准值可按下列公式计算（图 3-1-1）：（1）当土层特性无变化且无汽车荷载时，作用在桥台、挡土墙前后的主动土压力标准值可按下式计算：（3-1-4）（3-1-5）式中 E主动土压力标准值（kN）；土的重力密度（kN/m 3）； B桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度（m）；H计算土层高度（m）；填土表面与水平面的夹角，当计算台后或墙后的主动土压力时， 按图1（a）取正值；当计算台前或墙前主动土压力时； 按图 1（b）取负值；桥台或挡土墙背与竖直面的夹角，俯墙背（如图 1）时为正值，反之为负值；台背或墙背与填土间的摩擦角，可取 =/2。主动土压力的着力点自计算土层底面起，C=H/3。（2）当土层特性无变化但有汽车荷载作用时，作用在桥台、挡土墙后的主动土压力标准值在 =0°时可按下式计算：（3-1-6）式中 h汽车荷载的等代均布土层厚度（m）。主动土压力的着力点自计算土层底面起， 。（3）当 =0°时，破坏棱体破裂面与竖直线间夹角 的正切值可按下式计算：（3-1-7）式中 =+。3）当土层特性有变化或受水位影响时，宜分层计算土的侧压力。4）土的重力密度和内摩擦角应根据调查或试验确定，当无实际资料时，可按照规范表4.2.1 和现行的公路桥涵地基与基础设计规范采用。5）承受土侧压力的柱式墩台，作用在柱上的土压力计算宽度，按下列规定采用（图2）：（1）当 liD 时，作用在每根柱上的土压力计算宽度按下式计算：（3-1-8）式中 b土压力计算宽度（m）；D柱的直径或宽度（m）；li 柱间净距（m）；n 柱数。（2）当 li>D 时，应根据柱的直径或宽度来考虑柱间空隙的折减。当 D1.0cm 时，作用在每一柱上的土压力计算宽度可按下式计算： （3-1-9）当 D>1.0cm 时，作用在每一柱上的土压力计算宽度可按下式计算：（3-1-10）6）压实填土重力的竖向和水平压力强度标准值，可按下式计算：竖向压力强度 （3-1-11）水平压力强度 （3-1-12）式中 土的重力密度；h计算截面至路面顶的高度；侧压系数。2水的浮力基础地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；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桥梁墩台不考虑水的浮力。作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不偷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。当不能确定地基是否漏水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用结合，取其最不利者。3混凝土收缩及徐变作用外部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（JTG D62）的规定计算。混凝土徐变的计算，可假定徐变与混凝土应力呈线性关系。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 折减系数。三、可变作用定义：在结构使用期内，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称为可变作用。以下简要介绍桥梁设计中常用的车辆荷载及其影响力和人群荷载，有关其他可变作用的详细计算方法，可查阅桥规的相应条文。1、车道荷载公路桥涵设计时，汽车荷载的计算图式、荷载等级及其标准值、加载方法和纵横向折减等应符合下列规定：1）汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。 2）汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台、和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。3）各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表 3-1-1 的规定。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，其桥涵设计所采用的公路-级车道荷载的效应可乘以 0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以 0.7 的折减系数。表 3.1.3 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级公路等级 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 公路级 公路级 公路级4）车道荷载的计算图式见图 3。（1）公路级车道荷载的均布荷载标准值为 qK=10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于 5m 时，P K=180kN；桥梁计算跨径等于或大于时50m，P K=360kN；桥梁计算跨径在 5m50m 之间时，P K值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值 PK应乘以 1.2 的系数。（2）公路级车道荷载的均布荷载标准值为 qK和集中荷载标准值 PK按公路级车道荷载的 0.75 倍采用。（3）车道荷载的均布荷载标准值应满步于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于影响线中一个最大影响线峰值处。图 3 车道荷载5）车辆荷载的立面、平面尺寸见图 4，主要技术指标规定于表 3.1.4。公路级和公路级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。6）车道荷载横向分布系数应按设计车道数如图 5 布置车辆荷载进行计算。7）桥涵设计车道数应符合表 3.1.4 的规定。多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数等于或大于 2 时，由汽车荷载产生的效应应按表 3.1.5 规定的多车道折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。表 3.1.4 桥涵设计车道数桥 面 宽 度 W（m）车道单向行驶时 车道双向行驶时桥涵设计车道数W 14 H Z 时， =0.45 式中 f结构基频（H Z）。鉴于结构物上的填料能起缓冲和扩散荷载的作用，故对于拱桥、涵洞以及重力式墩台，当填料厚度（包括路面厚度）等于或大于 50cm 时，可以不计冲击作用。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 1.3。2）汽车荷载的制动力制动力：是汽车在桥上刹车时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力（摩擦系数可达 05 以上）。计算值：对于 l 个车道上由汽车荷载产生的制动力的标准值为车道荷载在加载长度上计算总重力的 10计算，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的制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；。同向行驶三车道的汽车荷载的制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的 2.34 倍；同向行驶四车道为一个设计车道制动力标准值的2.68 倍的桥梁。制动力的方向：就是行车方向，着力点：在桥面以上 1.2m 处。在计算墩台时，可移至支座铰中心或支座的底板面上；计算刚架桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和力矩。各种支座传递的制动力可按桥规中有关规定采用。3）离心力 位于曲线上的桥梁，当曲率半径等于或小于 250m 时，须考虑汽车荷载引起的离心力。汽车荷载离心力标准值等于车道荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数 C，即：（3-1-14）此处 （3-1-15）式中：v 设计车速，以 kmh 时计；R弯道半径，以 m 计。计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，车辆荷载应乘以多车道的横向折减系数。离心力的着力点在桥面以上 1.2m（为计算简便也可移至桥面上，但不计由此引起的作用效应）。4）车辆荷载引起的土侧压力车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏校体上引起的土侧压力，可按换算的等代均布土层厚度来计算。有关桥台的计算宽度或挡士墙的计算长度可按桥现的相应规定来确定。3人群荷载设有人行道的桥梁，在以汽车荷载计算内力时，应同时考虑人行道上人群荷载所产生的内力。一般公路桥梁的人群荷载标准值按下