橋梁工程橋梁的設計作用

1、橋梁工程橋梁的設計作用第1頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四一. 地震作用 * 地震區(qū)橋梁的設計計算，必須考慮地震力(earthquake force)。* 地震力的計算涉及地震理論、結構動力學、工程地質等多方面的知識。* 詳細計算方法和結構抗震設計可參見公路工程抗震設計規(guī)范(JTJ004-89)和鐵路工程抗震設計規(guī)范(GBJ111)。第2頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四地震的傳播：地震波傳播震區(qū)地面運動橋梁基礎受到強迫運動橋梁振動。地震力：指強烈的地面運動引起的結構自身的慣性力(地面水平運動加速度與結構質量的乘積)。它不僅與地面運動的強烈程度有關

2、，也與結構的動力特性(頻率和振型)有關，還與橋址處的地質情況有關。 第3頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四地震作用分豎直方向和水平方向，經驗表明地震的水平運動是導致結構破壞的主要因素。結構抗震驗算時一般只考慮水平地震作用。第4頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 衡量地震規(guī)模的大小一般采用： 震級（magnitude）和烈度（intensity） 震級M表示地震的強弱，一次地震只有一個震級。 地震烈度I表示地震引起的地面運動的強烈程度和對工程設施的破壞程度，一次地震有若干個烈度。 第5頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 地震基本烈

3、度反映地震本身的劇烈程度。根據水平地震系數Kh(地面最大水平加速度的統(tǒng)計平均值與重力加速度g的比值)加以劃分的。 設計烈度由設計者根據建橋地區(qū)的基本烈度、橋梁的重要性、遭破壞后進行修復的難易程度選用的。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 根據2001年版中國地震動參數區(qū)劃圖(GB18306)，采用地震動峰值加速度系數取代地震基本烈度的概念，兩者之間的關系見表3.6。第7頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 抗震設防的基本要求表述為： 位于地震動峰值加速度為0.1g、0.15g、0.2g和0.3g地區(qū)的橋涵工程，應進行抗震設計； 位于地震動峰值加速度

4、大于或等于0.4g地區(qū)的橋涵工程，應進行專門的抗震研究和設計。 第8頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 公路橋梁的抗震設防一般為設計地震烈度8度；連續(xù)梁、T形剛構等為7度。 第9頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四地震力的計算方法分靜力法和動態(tài)法1、靜力法靜力法是用一個水平方向作用的等效靜止荷載表示地震對結構的作用。靜力法主要使用于剛度較大結構。規(guī)范規(guī)定：擋土墻、橋臺用靜力法計算地震力。第10頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四2、反應譜理論動態(tài)法主要有反應譜理論和時程分析法反應譜理論是一種簡化的動態(tài)分析法，又稱動靜法。橋梁抗震規(guī)范

5、主要采用這種方法計算地震力。？對于高墩或特大跨度的橋梁，應如何分析第11頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四二 船只或漂流物的撞沖作用 在通行船舶或有漂流物的河流中，河中墩臺需要考慮船舶或漂流物的撞擊力(collision impact)。 船舶或漂流物與橋梁結構的碰撞過程十分復雜，其與碰撞時的環(huán)境因素(風浪、氣候、水流等)、船舶特性(類型、尺寸、速度、裝載情況、船體強度和剛度等)、橋梁結構特性(尺寸、形狀、材料、質量和抗力等)等有關。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四精確計算很困難，一般按規(guī)范計算，特殊橋梁要做專題研究目前，撞擊力通常按靜力法計

6、算，假定船筏作用于墩的有效動能轉化為撞擊力F所做的功。 物重流速加速度撞擊時間，以秒計第13頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 公路橋梁規(guī)范按照“靜力法”，并依據2004年版內河通航標準(GB50139)： 給出了一至七級內河航道上、不同噸位的船舶可能產生的橫橋向和順橋向撞擊作用標準值。 對近海通行海輪區(qū)域的船舶(噸級從300050000t)產生的橫橋向和順橋向撞擊作用標準值，則是根據國內外研究成果，并經綜合分析比較確定的。 當橋墩配置了防撞設施時，可不計撞擊作用。 第14頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四三. 汽車撞擊作用 公路橋梁的某些結構構件(

7、如防撞護欄，跨線橋的橋墩等)必要時可考慮汽車的撞擊作用。 汽車撞擊力標準值在車輛行駛方向取1000kN，在車輛行駛垂直方向取500kN，兩個方向的撞擊力不同時考慮， 撞擊力作用于行車道以上12m處。 對于設有防撞設施的結構構件，可視防撞設施的防撞能力，對汽車撞擊標準值予以折減，但折減后的撞擊力不應低于上述規(guī)定值的1/6。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四四. 施工荷載 在橋梁設計中，需考慮到結構在建造、運輸、架設安裝等施工階段可能遇到的各種臨時荷載，如施工人員、架橋機、掛籃、起吊機具和其他材料或設備的重力。這些施工荷載的數值及其對結構的影響可視具體情況分析。第16頁

8、，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 第五節(jié) 作用效應組合 作用效應組合(combination of action effects) 為了保證橋梁結構的安全和適用,需要根據作用的特性、橋梁結構的特性、施工方法以及橋位處的環(huán)境等因素，針對結構的不同狀況、不同安全等級、不同設計或驗算內容，確定各種作用效應的取舍以及各種作用效應對結構的共同效果(疊加值)，即作用效應組合.第17頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 組合總原則： 作用效應組合應只涉及結構上可能同時出現(xiàn)的作用效應，并以橋梁在施工或運營時可能處于最不利受力狀態(tài)為原則。第18頁，共36頁，2022年，

9、5月20日，5點39分，星期四對鐵路橋和公路橋，由于目前所采用的設計方法不同，故作用效應組合的表達形式也不同 鐵路橋設計仍采用容許應力法。第19頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四另外，基于最不利原則，當某項可變作用對結構產生有利影響時，該項作用不參與組合。 施工階段作用效應的組合，應按計算需要及結構所處條件而定，結構上的施工人員和施工機具設備均應作為臨時荷載加以考慮。組合式橋梁，當把底梁作為施工支撐時，作用效應宜分兩個階段組合，底梁受荷為第一個階段，組合梁受荷為第二個階段。第20頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四公路橋兩種極限狀態(tài):按承載能力極限狀態(tài)

10、和正常使用極限狀態(tài)進行作用效應組合，取其最不利效應組合進行設計。?回顧：什么是極限狀態(tài)第21頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四三種設計狀況： 1 持久狀況 指橋涵使用過程中長期承受結構重力、汽車荷載等作用的狀況。在該狀況下，要求對設想的結構所有功能進行設計，即應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。 2 短暫狀況 指橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。在該狀況下，僅要求進行承載能力極限狀態(tài)設計，必要時才進行正常使用極限狀態(tài)設計。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 3 偶然狀況 指橋涵使用過程中可能偶然遭受的地震等狀況。在該狀況下，僅要求進

11、行承載能力極限狀態(tài)設計，不需要進行正常使用極限狀態(tài)設計。第23頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 在按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設計時，按照結構可能破壞的嚴重程度，將公路橋涵劃分為三個設計安全等級，見表3.7。根據不同等級，擬定相應的結構重要性系數與作用效應組合值相乘。 第24頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四按承載能力極限狀態(tài)設計時的作用（或荷載）效應組合公路橋涵結構的承載能力極限狀態(tài)設計，按照可能出現(xiàn)的作用，將其分為兩種作用效應組合，即基本組合和偶然組合。作用效應的基本組合是指永久作用設計值效應與可變作用設計值效應的組合。這種組合用于結構的常規(guī)設計

12、，是所有公路橋涵結構都應該考慮的。作用設計值為作用的標準值乘以相應的分項系數。第25頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四作用效應的偶然組合是指永久作用標準值、可變作用代表值和一種偶然作用標準值的效應組合，視具體情況，也可不考慮可變作用效應參與組合。作用效應偶然組合用于結構在特殊情況下的設計，所以不是所有公路橋涵結構都要采用的，一些結構也可采取構造或其他預防措施來解決。按承載能力極限狀態(tài)設計時的作用（或荷載）效應組合第26頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四通用規(guī)范（JTG D60）規(guī)定，公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用以下兩種作用效應組合：1

13、.基本組合 永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為： 第27頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四承載能力極限狀態(tài)下基本組合的作用效應組合設計值；結構重要性系數，對應于設計安全等級一級、二級和三級的橋涵，分別取1.1，1.0和0.9；第i個永久作用效應的分項系數；分別為第i個永久作用效應的標準值和設計值；汽車荷載效應(含沖擊力、離心力)的分項系數；分別為汽車荷載效應(含沖擊力、離心力)的標準值和設計值；除汽車荷載效應(含沖擊力、離心力)、風荷載外的其他第j可變作用效應的分項系數；除汽車荷載效應(含沖擊力、離心力)外的其他第j個可變作用效應的標準值和

14、設計標準值和設計值；除汽車荷載效應(含沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應的組合系數；由于若干個獨立可變作用效應同時出現(xiàn)的概率較小，故采用這一系數對這些作用效應的組合予以折減，它隨著可變作用項數的增加而減少。 第28頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 2 偶然組合 永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應一種偶然作用標準值效應相組合。偶然作用的效應分項系數取1.0；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變作用，可根據觀測資料和工程經驗取用適當的代表值。地震作用標準值及其表達式按現(xiàn)行公路工程抗震設計規(guī)范規(guī)定采用。偶然組合用于結構在特殊情況下(如地震)的設計，不是所有公路橋梁都要采用。第2

15、9頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四通用規(guī)范JTG D62規(guī)定：需要考慮可變作用的短期效應組合和長期效應組合，其可變作用代表值采用頻遇值和準永久值。眾所周知，正常使用極限狀態(tài)設計僅涉及結構構件的抗裂、裂縫寬度和撓度，其結構可靠度要比承載能力極限狀態(tài)低得多。 按正常使用極限狀態(tài)設計時的作用（或荷載）效應組合第30頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四可變作用的頻遇值是指結構上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值，但它比可變作用的標準值小，實際上由標準值乘以小于1.0的頻遇值系數1得到。可變作用的準永久值是指在結構上經常出現(xiàn)的作用取值，但它比可變作用的頻遇值又要

16、小一些，實際上是由標準值乘以小于1的準永久值系數2的得到。按正常使用極限狀態(tài)設計時的作用（或荷載）效應組合第31頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 1. 作用短期效應組合 永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合，其效應組合表達式為: 2. 作用長期效應組合 永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為：第32頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四 當需對結構構件進行持久狀況和短暫狀況下的截面混凝土或鋼筋應力計算時，除特別指明外，各作用效應的分項系數應取為1.0，各項應力限值應按各設計規(guī)范的相應規(guī)定采用。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，5點39分，星期四施工（幾何/物理）誤差客觀存在、材料性能也有一定離散性；各種作用且出現(xiàn)的幾率相差較大；計算理論、計算分析方法尚不夠完善準確；主要使用荷載（人群、汽車）存在一定的變異，且隨時代發(fā)展而不斷變化