公路与铁路桥梁设计荷载 (1)

第三章第三章 设计设计(shj)(shj)荷载荷载 第一节第一节 作用分类作用分类(fn li)(fn li)和作用代表值和作用代表值 第二节第二节 永久永久(yngji)(yngji)作用作用 第三节第三节 可变作用可变作用 第四节第四节 偶然作用偶然作用 第五节第五节 作用效应组合作用效应组合 第一页，共72页。作用作用(zuyng)(zuyng)(action)(action)：所有引起结构反应：所有引起结构反应(fnyng)(fnyng)的原因的原因 按作用按作用(zuyng)(zuyng)的性质，可为两类：的性质，可为两类：一类一类是直接施加于结构上的外力，如结构重力、是直接施加于结构上的外力，如结构重力、车辆、人群等，称为车辆、人群等，称为“荷载荷载”(Load)；另一类另一类 不是以力的形式施加于结构，其产生的不是以力的形式施加于结构，其产生的效果与结构本身的特性及结构所处环境等有关，如效果与结构本身的特性及结构所处环境等有关，如基础变位、混凝土收缩和徐变，温度变化等基础变位、混凝土收缩和徐变，温度变化等,以前习以前习 惯上也称其为惯上也称其为“荷载荷载”，但这种叫法并不确切，但这种叫法并不确切.作用效应作用效应(effect of an action):(effect of an action):结构对所受作用的反应，如构件承受的弯矩、结构对所受作用的反应，如构件承受的弯矩、剪力，结构的位移等，称为作用效应。剪力，结构的位移等，称为作用效应。第二页，共72页。本章主要本章主要(zhyo)(zhyo)介绍各类作用的基本概念和计算方法介绍各类作用的基本概念和计算方法.实际设计实际设计(shj)(shj)时作用的取值按时作用的取值按:铁路桥涵设计铁路桥涵设计(shj)(shj)基本规范基本规范(TB10002.1(TB10002.1 2005)公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范(JTG D60(JTG D602004)2004)的规定办理。的规定办理。对城市桥梁，其荷载标准与公路桥梁类似，可参阅对城市桥梁，其荷载标准与公路桥梁类似，可参阅城市桥梁设计荷载标准城市桥梁设计荷载标准(CJJ77)(CJJ77)。第三页，共72页。第一节第一节 作用分类作用分类(fn li)(fn li)和作用代表值和作用代表值 公路桥梁(qioling)的作用,按其随时间(shjin)变化的性质，分为:永久作用(permanent action)可变作用(variable action)偶然作用(accidental action)永久作用:习惯上称为恒载(deadload)，是指在设计基准期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用，如结构重力。可变作用:指在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比有不可忽略的作用，如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载，live load)。偶然作用:指在设计基准期内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用，如地震力。第四页，共72页。第一节第一节 作用作用(zuyng)(zuyng)分类和作用分类和作用(zuyng)(zuyng)代表值代表值 铁路桥梁:习惯于按作用性质和发生(fshng)的几率来进行分类，将桥梁作用分为(fn wi):主力(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)、附加力(对应于不包含在主力中的其他的可变作用)特殊荷载(对应于偶然作用)。我国公路、铁路桥梁的设计作用(荷载)分类分别见表31和表32。比较两表，尽管公路、铁路规范对各种作用的分类及名称有所不同，但基本上大同小异。第五页，共72页。表表31 公路桥梁作用公路桥梁作用(zuyng)(zuyng)分类表分类表 第六页，共72页。第七页，共72页。第一节第一节 作用作用(zuyng)(zuyng)分类和作用分类和作用(zuyng)(zuyng)代表值代表值 需要需要(xyo)(xyo)注意的是注意的是:有些作用有些作用(zuyng)(zuyng)是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、牵引力等；牵引力等；有些作用仅在一本规范中列出，如公路规范中的支座摩有些作用仅在一本规范中列出，如公路规范中的支座摩阻力，但在按另一本规范设计桥梁时，可视情况加以采用。阻力，但在按另一本规范设计桥梁时，可视情况加以采用。另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁路荷载的基础上，增加公路桥全部活载的路荷载的基础上，增加公路桥全部活载的7575；但对仅承受；但对仅承受公路活载的构件，应计及全部公路活载。公路活载的构件，应计及全部公路活载。第八页，共72页。第一节第一节 作用作用(zuyng)(zuyng)分类和作用分类和作用(zuyng)(zuyng)代表值代表值 作用作用(zuyng)(zuyng)代表值代表值:代表作用代表作用(zuyng)(zuyng)大小的数值大小的数值,它采用数理统计的方法它采用数理统计的方法或根据工程经验加以确定。或根据工程经验加以确定。在进行桥梁结构或构件设计时，需针对不同设计目的采用 规定的各种作用值。作用代表值包括作用作用代表值包括作用 标准值、频遇值和准永久值。标准值、频遇值和准永久值。作用标准值作用标准值:为各种作用的基本代表值，其值可根据作用为各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。作用频遇值作用频遇值:是可变作用的一种代表值，其可根据在足够是可变作用的一种代表值，其可根据在足够长的观测期内作用任意时点概率分布的长的观测期内作用任意时点概率分布的0.950.95分位值确定。分位值确定。作用准永久值作用准永久值:是可变作用的另一种代表值，其可根据在是可变作用的另一种代表值，其可根据在 足够长的观测期内作用任意时点概率分布的足够长的观测期内作用任意时点概率分布的0.5(0.5(或略高于或略高于0.5)0.5)分位值确定。分位值确定。第九页，共72页。第一节第一节 作用作用(zuyng)(zuyng)分类和作用分类和作用(zuyng)(zuyng)代表值代表值 我国我国公路桥涵基于极限公路桥涵基于极限(jxin)(jxin)状态法，状态法，设计设计(shj)(shj)时对不同的作时对不同的作 用采用不同的代表值。用采用不同的代表值。对永久作用和偶然作用，采用对永久作用和偶然作用，采用 标准值。对可变作用，根据不同的极限状态和组合方标准值。对可变作用，根据不同的极限状态和组合方式采用标准值、频遇值或准永久值。式采用标准值、频遇值或准永久值。我国我国铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，其各类其各类荷载的代表值荷载的代表值相当于上述标准值，没有规定频遇值和相当于上述标准值，没有规定频遇值和 准永久值。准永久值。第十页，共72页。第一节第一节 作用分类作用分类(fn li)(fn li)和作用代表值和作用代表值 作用作用(zuyng)(zuyng)的分类不是绝对的的分类不是绝对的!例如，铁路例如，铁路(til)(til)钢梁桥的水平联结系钢梁桥的水平联结系(见第六章见第六章)主要承受风力和制主要承受风力和制 动力，在设计水平联结系时，就该视风力和制动力为活载而非动力，在设计水平联结系时，就该视风力和制动力为活载而非 附加力。附加力。设计基准期设计基准期(design reference period)(design reference period)简单地讲，它就是在确定某些作用简单地讲，它就是在确定某些作用(这些作用的最大值这些作用的最大值概率分布与时间有关，如风荷载、车辆活载等概率分布与时间有关，如风荷载、车辆活载等)的标准值时的标准值时需要人为规定的一个基准时间参数。对桥梁结构，设计基准需要人为规定的一个基准时间参数。对桥梁结构，设计基准期通长取期通长取 100100年。年。注意注意!设计基准期设计基准期使用寿命。使用寿命。第十一页，共72页。第二节第二节 永久永久(yngji)(yngji)作用作用 永久永久(yngji)(yngji)作用：作用：亦称恒载，在设计(shj)基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比忽略不计的作用。其作用位置、大小和方向一般是固定不变的其作用位置、大小和方向一般是固定不变的.永久作用包括：永久作用包括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、人行道及附属设备）、作用于结构上的土重及土侧压力、基础变位影响力、水浮力、混凝土收缩和徐变的影响力等。第十二页，共72页。结构结构(jigu)(jigu)重力的标准值，重力的标准值，可按结构构件的设计可按结构构件的设计(shj)(shj)尺寸和材料的重尺寸和材料的重力密度计算力密度计算(j sun)(j sun)确定。确定。在进行桥梁结构在进行桥梁结构(尤其是新型结构尤其是新型结构)分析时，往往需要分析时，往往需要预先估算恒载。通常，当估算的恒载与设计图完成后确定预先估算恒载。通常，当估算的恒载与设计图完成后确定的恒载之间的差异较小的恒载之间的差异较小(例如，不超过例如，不超过3)时，不必修正设时，不必修正设计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分析。析。第十三页，共72页。土压力土压力(yl)(yl)(earth pressure)(earth pressure)按其产生的条件按其产生的条件(tiojin)(tiojin)，分为，分为:静止静止(jngzh)(jngzh)土压力土压力 主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力 桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与水文涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与水文和外加荷载等因素有关。和外加荷载等因素有关。第十四页，共72页。水浮力水浮力(fl)(fl)指由地表水或地下水通过地基土壤指由地表水或地下水通过地基土壤(trng)(trng)的孔隙而传的孔隙而传递给建筑物基础递给建筑物基础(jch)(jch)底面的底面的(由下而上的由下而上的)水压力，其水压力，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。值等于建筑物所排开的同等体积的水重。一般，位于岩石地基上的基础被认为是不渗一般，位于岩石地基上的基础被认为是不渗水的，可不计水浮力；对位于碎石类土、砂类土、水的，可不计水浮力；对位于碎石类土、砂类土、黏砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑黏砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力水浮力 第十五页，共72页。预加应力(yngl)(对于对于(duy)(duy)预应力结构预应力结构)按正常按正常(zhngchng)(zhngchng)使用极限状态设计时：使用极限状态设计时：预加应力属永久作用；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，由预加力引起的次内力应属永久荷载。规范未作明确说明。第十六页，共72页。混凝土收缩混凝土收缩(shu su)(shu su)(shrinkage)(shrinkage)及徐变及徐变(creep)(creep)作用作用(zuyng)(zuyng)对外部超静定的混凝土桥梁结构以及对外部超静定的混凝土桥梁结构以及(yj)(yj)钢一混组合桥梁钢一混组合桥梁结构，混凝土收缩结构，混凝土收缩(shrinkage)(shrinkage)及徐变及徐变(creep)(creep)作用是长期作用是长期存在的。存在的。混凝土徐变影响的计算可依据混凝土徐变影响的计算可依据 混凝土应力与徐变变形混凝土应力与徐变变形呈线性关系的假定进行分析。呈线性关系的假定进行分析。混凝土收缩系数和徐变系数的确定，混凝土收缩系数和徐变系数的确定，按照公路钢筋按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计