• 桥梁的功用及其效应组合

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      桥梁的作用及其效应组合_建筑/土木_工程科技_专业资料。桥梁上的作用 ?作用的种类和组合 ?如何考虑结构的作用 ?概率极限状态设计法 专业术语 ? 1)作用 action 施加在结构上的一组集中力或分布力,或引 起结构外加变形或约束变形的原因。前者称

      桥梁上的作用 ?作用的种类和组合 ?如何考虑结构的作用 ?概率极限状态设计法 专业术语 ? 1)作用 action 施加在结构上的一组集中力或分布力,或引 起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直 接作用,亦称荷载,后者称间接作用。 专业术语 ? ? ? 2)永久作用 permanent action 在结构使用期间,其量值不随时间而变化,或 其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。 3)可变作用 variable action 在结构使用期间,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。 4)偶然作用 accidental action 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。 作用的分类与代表值 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 作用分类 作用名称 表1-3-1 永久作用 可变作用 偶然作用 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 基础变位作用 汽车荷载 汽车冲击力 汽车离心力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 汽车制动力 风力 流水压力 冰压力 温度作用(均匀温度和梯度温度) 支座摩阻力 波浪力 地震作用 船舶或漂流物的撞击作用 汽车撞击作用 ? 5)作用代表值 representative value of an action 结构或结构构件设计时,针对不同设计目的所采用 的各种作用规定值,它包括作用标准值、准永久值和 频遇值等。 6)作用标准值 characteristic value of an action 结构或结构构件设计时,采用的各种作用的基本代 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。 ? ? 7)设计基准期 design reference period 在进行结构可靠性分析时,考虑持久设计状况下 各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。 8)作用频遇值 frequent value of an action 结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设 计时,采用的一种可变作用代表值,其值可根据在 足够长观测期限内作用任意时点概率分布的0.95分 位值确定。 ? ? 9)作用准永久值 quasi-permanent value of an action 结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合 设计时,采用的另一种可变作用代表值,其值可根 据在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.95 (或略高于0.5)分位值确定。 ? 10)作用效应 effect of action 结构对所受作用的反应,如弯矩、扭矩、位移等。 11)作用效应设计值 design value of an action effect 作用标准值效应与作用分项系数的乘积。 ? ? 12) 分项系数 partial safety factor 为保证所设计的结构具有规定的可靠度而在设 计表达式中采用的系数。分作用分项系数和抗力 分项系数两类。 13)作用效应组合 combination of action effects 结构上根据不同的设计状况采取的几种作用分 别产生的效应的叠加。 ? ? 14)结构重要性系数 coefficient for importance of structure 对不同安全等级的结构,为使其具有规定的可靠度 而采用的系数。 ? 15)作用效应组合系数 coefficient for combination of action effects 在作用效应组合中,由于几个独立可变作用效应最 不利值同时出现的概率较小而对作用采用的折减系数。 ? 16)作用效应基本组合 fundamental combination of action effects 承载能力极限状态设计时,永久作用设计值效应 与可变作用设计值效应的组合。 ? 17)作用效应偶然组合 accidental combination of action effects 承载能力极限状态设计时,永久作用标准值效应 与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值 效应的组合。 ? 18)作用短期效应组合 combination for short-term action effects 正常使用极限状态设计时,永久作用标准值效应 与可变作用频遇值效应的组合。 ? 19)作用长期效应组合 combination for long-term action effects 正常使用极限状态设计时,永久作用标准值效应 与可变作用准永久值效应的组合。 第一节 永久作用 在结构使用期间,其量值不随时间而变化,或 其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。 包括结构重力、预加应力、土的重力、土侧压 力、混凝土收缩及徐变作用、水的浮力和基础变 位等作用等七种。 第二节 可变作用 在结构使用期间,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。 包括汽车荷载,汽车荷载的冲击力、离心力、 制动力及其引起的土侧压力,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。 第二节 可变作用 一、汽车荷载 汽车荷载分为公路—I级和公路—II级。 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载 用于桥梁结构的整体计算(例如主梁、主拱和主桁架 等的计算);车辆荷载用于局部加载、涵洞、桥台和 挡土墙压力等计算。 1)车道荷载的计算图式示于图1-3-1 。 Pk qk 图1-3-1 车道荷载 Pk qk ?(3)用于计算汽车荷载的离心力和制动力时 制动力:取车道荷载标准值在加载长度上计算的总重量的 10%,但对于公路-I级不小于165KN,公路- II级不小于90KN. 多车道时应按要求折减. 离心力:当弯桥曲线米时,应计离心力, 其标准值等于车辆荷载(不计冲击力)标准值乘以离心力系数 C. C=V*V/127R; V—设计速度(KM/H); R--曲线半径(M) 每条设计车道上沿纵向均匀布置车道荷载,均布荷载标 准值可任意截取,当计算主梁弯矩、剪力和反力效应时, 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 准值则只作用于相应影响线中一个影响线)车辆荷载以一辆标准车表示,其纵、平面尺寸示 于图1-3-2,主要技术指标规定于表1-3-2 。 车辆荷载在每个设计车道上布置一辆单车。公路—I级和 公路—II级采用相同的车辆荷载标准值。 30 120 120 140 140 3 1.4 7 1.4 (a) 立面布置 3 1.4 15 7 1.4 (b)平面尺寸 图1-3-2 车辆荷载的纵、平面尺寸 2.5 车辆荷载的主要技术指标 项 目 单位 kN kN kN kN 表1-3-2 技术指标 车辆重力标准值 前轴重力标准值 中轴重力标准值 后轴重力标准值 轴 轮 距 距 550 30 2×120 2×140 3+1.4+7+1.4 1.8 0.3×0.2 m m m 前轮着地宽度及长度 中、后轮着地宽度及长度 车辆外形尺寸(长×宽) m m 0.6×0.2 15×2.5 3)车道荷载的特点 ? (1)车道荷载的形式简明。在内力影响线上加载只 要已知影响线面积与最大坐标值就可以,加载手续简 单,电算和手算工作量均减少; ? (2)通过车道荷载中的均布荷载加集中荷载的模式 可以解决大、中、小不同跨径的活载设计标准,例如 均布荷载的集度在某跨径区段可采用跳跃变化以满足 不同跨径的要求; (3)车道荷载中的集中荷载可采用双值,以满足弯 矩和剪力计算的不同要求; ? 4)车辆荷载的作用 除了以上谈及的用于局部加载等的作用外,车辆荷载 用于荷载横向分布的计算。 桥梁设计时,每一设计车道上的车道荷载均模拟为 一车辆荷载,其横向位置按图1-3-3布置,用以计算车道荷 载的横向分布。 2.5 0.6 2.5 1.8 1.3 1.8 0.5 图1-3-3 车辆荷载横向布置 汽车荷载计算效应的折减 ?1)桥涵设计车道数应符合表1-3-3的规定。多车道桥梁上的汽 车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数大于2时,由汽 车荷载产生的效应应按表1-3-4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1-3-3 桥涵设计车道数 行车道宽度W(m) 车辆单向行驶时 W<7.0 7.0≤W<10.5 10.5≤W<14.0 14.0≤W<17.5 17.5≤W<21.0 21.0≤W<24.5 24.5≤W<28.0 28.0≤W<31.5 车辆双向行驶时 桥涵设计车道数 1 2 3 4 5 6 7 8 7.0≤W<14.0 14.0≤W<21.0 21.0≤W<28.0 28.0≤W<35.0 横向折减系数 横向布置设计车道数 横向折减系数 3 0.78 4 0.67 5 0.60 6 0.55 表1-3-4 7 0.52 8 0.50 2)施加于长跨桥梁上的车道荷载,其计算效应考虑纵向折减。 当桥梁计算跨径L≥150m时应按表1-3-5规定的纵向折减系数进 行折减。当为多跨连续结构时,整个结构均应按最大的计算跨 径考虑汽车荷载效应的纵向折减。 横向折减系数 计算跨径L(m) 纵向折减系数 计算跨径L(m) 表1-3-5 纵向折减系数 150≤L<400 400≤L<600 600≤L<800 0.97 0.96 0.95 800≤L<1000 L≥1000 0.94 0.93 第二节 可变作用 二、汽车冲击力 汽车荷载冲击力应按下列规定计算: 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、盆式橡胶支座及 钢筋混凝土柱式墩台,应计算汽车的冲击作用。 ? 2)填料厚度(包括路面厚度)等于大于0.5m 的拱涵 以及重力式墩台不计冲击力。 ? ? ? 3)支座的冲击力,按相应的桥梁取用。 4)汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以 冲击系数 ? 。 5)冲击系数 可按下式计算: 当f <1.5 Hz时,? ? 0.05 当1.5 Hz ? f ? 14 Hz时,? ? 0.1767 ln f ? 0.0157 当f >14 Hz时,? ? 0.45 式中 f -结构基频(Hz)。 汽车局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的 冲击系数采用1.3。 (1)简支梁桥结构的基频可按下列公式计算: f1 ? ? 2l 2 EI c mc mc ? G g 式中 l ——结构的计算跨径 (m) ; 2 E ——结构材料的弹性模量 ( N / m ) ; I c ——结构跨中截面的截面惯性矩 (m4 ); mc ——结构跨中处的单位长度量 (kg / m) ; G ——结构跨中处延米结构重力 ( N / m) ; g ——重力加速度 (m / s2 ) 。 (2)连续梁桥结构的基频可按下列公式计算: 13.616 EI c f1 ? mc 2?l 2 23.651 EI c f2 ? mc 2?l 2 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和 剪力效应时,采用 f 1;计算连续梁的冲击力 引起的负弯矩效应时采用 f 2 。 3)拱桥结构的基频可按下列公式计算: ?1 f1 ? 2?l 2 EI c mc 式中 ?1为频率系数,可按下列公式计算: a.当主拱为等截面或其他拱桥(如桁架拱、刚 架拱等)时: 5.4 ? 50 f 2 ?1 ? 105? 16.45 ? 334 f 2 ? 1867f 4 式中 f ——拱桥矢跨比。 b.当主拱为变截面拱桥时: r1 ? r2 f 2 ?1 ? 105 ? r3 ? r4 f 2 ? r5 f 4 式中,ri为系数,按下式确定: ri ? Ri ? n ? Ti (i ? 1, 2,3, 4,5) n 为拱厚度变化系数。 其中, Ti 的数值由表1-3-6查得。 Ri 、 系数 Ri 、 Ti 值 表1-3-6 i Ri 1 2 3 4 5 3.7 1.7 34.3 15.7 16.3 0.15 364 -30 1955 -88 Ti 第二节 可变作用 三、人群荷载 人群荷载标准值按下列规定采用: ? 1)当桥梁计算跨径L≤50m时,人群荷载标准值为 3.0 KN / m2;当桥梁计算跨径L≥150m时,人群荷载标准 2 值为2.5 KN / m ;当桥梁计算跨径在50m和150m之间时, 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。 城市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 。 2)人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内,在 纵向施加于使主梁产生最不利荷载效应的区段内。 ? 3)人行道板(局部构件)可以一块板为单元,按标 准值为4.0 KN / m2 的均布荷载。 ? 4)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0.75kN/m;作用在栏杆扶手上的竖向力标 准值取1.0kN/m。 ? 四、其它 ? 温度作用 1)在进行结构承载能力极限状态和正常使用极限状 态设计时,应根据当地具体情况、结构物使用的材料和 施工条件等因素考虑由温度作用而引起的结构效应。各 种结构构的线 。 线 结构种类 钢结构 混凝土和钢筋混凝土及预应力混凝土结构 混凝土预制块砌体 石砌体 线膨胀系数(以摄氏度计) 0.000012 0.000010 0.000009 0.000008 2)计算桥梁结构因均匀温差作用引起外加变形或约束变形时,应从 结构受到约束时的平均温度开始,考虑最高温度和最低温度的作用 效应。如缺乏实际调查资料,公路混凝土结构和钢结构的最高和最 低有效温度标准值可按表1-3-8取用。 ? 公路桥梁结构的有效温度标准值(℃) 表1-3-8 气候分区 严寒地区 寒冷地区 温热地区 钢桥面板钢桥 最高 46 48 48 最低 -53 -30 -23 混凝土桥面板钢桥 最高 39 41 42 最低 -39 -22 -17 混凝土、石桥 最高 35 38 38 最低 -29 -15 -11 注:气候分区按下列规定:严寒地区,最冷月平均温度低于-10℃;寒冷地区, 最冷月平均温度低于0℃~10℃;温热地区,最冷月平均温度高于0℃。气候分区中温 热地区包括温和地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区。 3)计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时,可采用图1-3-4所 示的竖向梯温度曲线,其桥面板表面的最高规定于表1-3-9 。对混 凝土结构,当梁高H小于400mm时,图中A=H-100(mm);梁高H不小 于400mm时,A=300mm. 混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差 为正温差乘以-0.5。 ? 100mm T2 T1 表1-3-9 T1 (℃) T2(℃) 上部结构高度H 竖向日照温差计算的温度基数 混凝土铺装 50mm沥青混凝土铺装层 100mm沥青混凝土铺装层 25 20 14 6.7 6.7 5.5 A 图1-3-4竖向梯度温度 第三节 偶然荷载 三、偶然作用 1)地震力 2)船只或漂流物撞击力 第四节 作用效应组合 公路桥梁概率极限状态设计的标准与规范 ? 1)公路工程结构可靠度设计统一标准 GB/T50283-1999 中华人民共和国国家标准; ? 2)公路工程设计标准 JTG B01-2003 中华人 民共和国行业标准; ? 3)公路桥涵设计通用规范 JTG D60 中华人 民共和国行业标准; ? 4)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范JTGD62 中华人民共和国行业标准。 公路桥梁概率极限状态设计的标准与规范 ? 国家标准《公路工程结构可靠度设计统一标准》 BG/T50283-1999 是我国用来指导公路工程各类设计规范编制的 统一性文件。它规定了设计依据的目标可靠指标, 还在结构可靠性分析方法、极限状态设计原则和表 达式、结构作用和抗力、结构分析与试验、质量控 制等方面做出了原则性的规定。 设计与计算的基本原则 ? 1、公路桥涵应根据所在公路的使用任务、性质 和将来发展的需要,按照安全、适用、经济、美 观和有利于环保的原则进行设计,并考虑因地制 宜、就地取材,便于施工和养护等因素,使公路 桥涵的设计符合技术先进、安全可靠、适用耐久、 经济合理的要求。 设计与计算的基本原则 ? 2、公路桥梁结构采用以概率论为基础的极限状态 设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠度, 按分项系数的设计表达式进行设计。 公路桥涵结构的设计基准期限为100年。 3、公路桥涵结构应按承载能力极限状态和正常 使用极限状态进行设计: ? 1)承载能力极限状态:对应于桥涵结构或其构件达 到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位 的状态; 2)正常使用极限状态:对应于桥涵结构或其构件 达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。 ? 在进行上述两类极限状态设计时,同时应满足构造 和工艺方面的要求。 4、公路桥涵应根据不同种类的作用(或荷载)及 其对桥涵的影响、桥涵所处的环境条件,考虑以 下三种设计状况,并对其进行相应的极限状态设 计: ? ? ? 1)持久状况:桥涵建成后承受自重、车辆荷载 等持续时间很长的状况。该状况桥涵应进行承载 能力极限状态和正常使用极限状态设计; 2)短暂状况:桥涵施工过程中承受临时性作用 的状况。该状况下的桥涵一般仅作承载能力极限 状态设计,必要时才作正常使用极限状态设计; 3)偶然状况:在桥涵使用过程中偶然出现的如 罕遇地震的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力 极限状态设计。 5、 极限状态设计表达式 1) 公路桥涵结构按承载能力极限状态设计 时,应采用以下两种作用效应组合: ? (1)基本组合:永久作用的设计值效应与 可变作用设计值效应相组合,其效应组合 表达式及应满足: ? o Sud ? ? o (? ? Gi SGiK ?? Ql SQlK ? ? c ? ? Qj SQjk ) ? R ? ? ? i ?1 j ?2 m n ? o Sud ? ? o (? SGid ?SQld ? ? c ? SQjd ) ? R ? ? ? m n 式中: Sud — 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值; ? o — 结构重要性系数,按表1-3-10规定的结构设计安全等级采 用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取不小 于1.1、1.0和0.9; 公路桥涵结构的安全等级 表1-3-10 i ?1 j ?2 安全等级 一级 二级 桥涵类型 特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥 结构重要性系数? o 1.1 1.0 三级 Gi 小桥、涵洞 0.9 ? ——第i个永久作用效应的分项系数,按表1-3-11的规定采用; 永久作用效应的分项系数 表1-3-11 永久作用效应分项系数 编 号 作用类别 混凝土和圬工结构重力 (包括结构附加重力) 钢结构重力(包括结构附加重力) 对结构的承载能力 不利时 1.2 1.1~1.2 对结构的承载能 力有利时 1.0 1 2 3 4 5 6 7 基础变 位作用 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 混凝土和圬工结构 钢结构 1.2 1.2 1.4 1.0 1.0 0.5 1.0 1.0 0.9 1.0 1.0 1.0 0.5 1.0 注:本表编号1中,当钢桥采用钢桥面板时,永久作用效应分项系数取1.1;当 采用混凝土桥面板时,取1.2。 ? o Sud ? ? o (? ? Gi SGiK ?? Ql SQlK ? ? c ? ? Qj SQjk ) ? R ? ? ? m n ? Ql i ?1 j ?2 ? Ql ——汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的分项系数, 取 =1.4。当某个可变作用在效应组合中超过汽车荷载效 应时,则该作用取代汽车荷载,其分项系数应采用汽车荷载 的分项系数;对专为承受某作用而设置的结构或装置,设计 时该作用的分项系数取与汽车荷载同值; SQlk ——汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的标准值; ? Qj ——在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、 离心力)、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数, ?; ? Qj ,但风荷载的分项系数取 =1 Qj 取 =1.4 SGiK ——第i个永久作用效应的标准值; ? o Sud ? ? o (? ? Gi SGiK ?? Ql SQlK ? ? c ? ? Qj SQjk ) ? R ? ? ? i ?1 j ?2 m n SQjk ——在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心 力)外的其他第j个可变作用效应的标准值; ? c ——在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心 力)外的其他可变作用效应的组合系数。当永久作用与汽车 荷载和人群荷载(或其他一种可变作用)组合时,人群荷载 (或其他一种可变作用)的组合系数取? c=0.80; 当除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)外尚有两种其他可 变作用参与组合时,其组合系数取? c =0.70,有三种可变作 用参与组合时,其组合系数取? c =0.60,有四种及多于四种 的可变作用参与组合时,取 ? c =0.50。 ? 设计弯桥时,当离心力与制动力同时参与组合时,制动力标准值或设 计值按70%取用。 ? (2)偶然组合:永久作用标准值效应与可变作 用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组 合。偶然作用的效应分项系数取1.0;与偶然作用同 时出现的可变作用,可根据观测资料和工程经验取 用适当的代表值。 2)公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时,应 根据不同的设计要求,采用以下两种效应组合: 1) 作用短期效应组合:永久作用标准值效应与可变作用频遇 值效应相组合,其效应组合表达式及应满足 S sd ? ? S Gik ? ? ? 1 j S Qjk ? Rsd i ?1 j ?1 m n 式中:S sd ——作用短期效应组合设计值; ? 1 j ——第j个可变作用效应的频遇值系数,汽车荷载 ? 1 =0.7,人群荷载 ? 1 =1.0,风荷载 ? 1 =0.85, 温度梯度作用 ? 1 =0.8,其他作用 ? 1 =1.0。 ? 1 j S Qjk ——第j个可变作用效应的频遇值; Rsd ——正常使用极限状态设计时短期荷载效应组合下 结构抗力设计值,如应力、变形裂缝宽度等限 值。 2)作用长期效应组合:永久作用标准值效应与可变作 用准永久值效应相组合,其效应组合表达式及应满足 S ld ? ? S Gik ? ? ? 2 j S Qjk ? Rld i ?1 j ?1 m n 式中: Sld ——作用长期效应组合设计值; ? 2 j ——第j个可变作用效应的准永久值系数, 汽车荷载 ? 2 =0.4,人群荷载 ? 2 =0.4, 风荷载 ? 2 =0.8,温度梯度作用 ? 2 =0.8, 其他作用 ? 2 =1.0; ? 2 j SQjk ——第j个可变作用效应的准永久值。 Rld ——正常使用极限状态时长期荷载效应组合下 结构抗力设计值,如应力、变形、裂缝宽 度等限值。

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    2019-10-09 02:08