桥梁工程毕业设计讲座(之一)

桥梁工程毕业设计讲座（之一）周建宾第一讲作用与作用效应（荷载内力）公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004公路桥涵的设计基准期为100年公路桥涵结构设计的两类极限状态公路桥涵的三种设计状况公路桥涵结构的设计安全等级公路桥涵设计采用的作用及作用效应组合公路桥涵的设计基准期公路桥涵的设计基准期为100年设计基准期是针对桥梁结构的主要受力构件（受压、受拉、正截面受弯、斜截面受剪和偏心受压）而言的。桥梁耐久性桥梁在设计基准期内的要求：主要受力构件满足承载力要求；桥梁整体工作性能没有明显下降。公路桥涵结构设计的两类极限状态承载能力极限状态达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位正常使用极限状态正常使用或耐久性的某项限值安全性可靠性适用性和耐久性桥梁分类桥梁分类多孔桥全长（m）单孔跨径（m）特殊大桥L≥1000L≥150大桥100≤L＜100040≤L＜150中桥30≤L＜10020≤L＜40小桥8≤L＜305≤L＜20桥型跨径L0悬索桥＞1000m斜拉桥＞500m钢拱桥＞500m混凝土拱桥＞300m国际特大桥梁分类标准公路桥涵结构的设计安全等级按持久状况承载能力极限状态设计时根据结构破坏可能产生的后果的严重程度公路桥涵的三种设计状况1.持久状况使用阶段2.短暂状况施工阶段3.偶然状况可能遇到的罕遇地震等状况承载能力极限状态设计正常使用极限状态设计作用及作用效应组合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（荷载），后者称间接作用。作用效应：作用在结构上产生的内力(如轴力、弯矩、剪力、扭矩等)和变形(挠度、转角等)等。由直接作用(荷载)引起的效应称为荷载效应。作用效应组合桥梁作用分类随时间的变异分为永久作用(Permanentaction):在结构设计使用期间，其量值不随时间而变化或其变化值与平均值相较可忽略不计的作用。可变作用(Variableaction):在结构使用期间，其量值随时间而变化，其变化值与平均值比较不可忽略的作用。偶然作用(Accidentalaction):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。作用分类表永久作用（永久荷载）结构重力：结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力。其标准值按常用材料的重力密度乘以体积计算可变作用汽车荷载分为公路－I级，公路－II级两个等级汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成1车道荷载：桥梁结构的整体计算时采用，计算图式如下车道荷载的取值qk应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上。Pk只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处均布荷载qk(KN/m)集中荷载Pk(KN)注：计算剪力效应时，Pk应乘以1.2Lj≤5m5m＜Lj＜50mLj≥50m公路－I级10.5180内插360公路－II级0.75×10.50.75×180内插0.75×3602车辆荷载：局部加载涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算。立面、平面尺寸，横向布置如图车辆的布置——按桥梁宽度确定车道数桥面净宽W(m)车辆单向行驶时车辆双向行驶时横向布置车队数W＜7.017.0≤W＜10.57.0≤W＜14.0210.5≤W＜14.0314.0≤W＜17.514.0≤W＜21.0417.5≤W＜21.0521.0≤W＜24.521.0≤W＜28.0624.5≤W＜28.0728.0≤W＜31.528.0≤W＜35.08车辆荷载的折减横向折减系数横向布置车队数345678横向折减系数0.780.670.600.550.520.50纵向折减系数计算跨径L(m)纵向折减系数计算跨径L(m)纵向折减系数150≤L＜4000.97800≤L＜10000.94400≤L＜6000.96L≥10000.93600≤L＜8000.95（二）人群荷载人群荷载标准值qr(KN/m2)Ln≤50m50m＜Ln＜150mLn≥150m一般地区3.0线性内插2.5城镇郊区行人密集地区的公路桥梁1.15×3.0线性内插1.15×2.5专用行人桥梁3.5偶然作用一、地震作用二、船只或漂流物撞击作用三、汽车撞击作用作用代表值：结构或构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。作用代表值标准值准永久值频遇值作用的标准值是作用的基本代表值，频遇值和准永久值一般可以在标准值的基础上计入不同的系数后得到。作用的标准值反映了作用在设计基准期内随时间的变异，并按其在设计基准期内的最大概率分布的某一分位值确定。设计时，采用什么作用代表值，与作用持续的时间长短有关。永久作用代表值取其可变作用代表值取偶然作用代表值取其标准值(承载能力极限状态和按弹性阶段计算结构应力时采用）准永久值（正常使用极限状态按短期效应组合设计时）频遇值（正常使用极限状态按长期效应组合设计时）标准值标准值作用效应组合作用效应设计值：作用标准值效应与作用分项系数的乘积作用效应设计值组合结构设计时，必须考虑设计基准期内可能同时出现的各种作用效应。求总的作用效应，同时考虑到作用出现的变化性质，包括作用出现与否及作用出现的方向，这种组合是多种多样的，应在必须考虑的所有可能的组合中，取其最不利的效应组合进行设计。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（永久作用设计值+可变作用设计值）2.偶然组合（永标+可频+偶标）按正常使用极限状态设计时，应根据不同设计要求采用：1.作用短期效应组合（永标+可频）2.作用长期效应组合（永标+可准）RS0,.....),(.....),,(kkKRafRafRR2、我国现行规范采用的基本设计表达式(1)承载能力极限状态设计表达式组合情况：基本组合：永久荷载和最大的可变荷载以标准值作为代表值，其它可变荷载以组合值为代表值。偶然组合基本组合承载能力设计采用下列设计表达式：)21'11njQjKQjCKQmiGiKGiSSSSQψ)(21100njjdQcdQmiGidudSSSS或——作用效用组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变荷载作用效应的组合系数。当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他可变作用）组合时，人群荷载（或其他可变作用）的组合系数取=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荷载参与组合时，其组合系数取0.70；尚有三种其他可变荷载参与组合时，其组合系数取0.60；尚有两种其他可变荷载参与组合时，其组合系数取0.50；cψ（2）正常使用极限状态设计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组合。——第j个可变作用效应的频遇值系数：汽车荷载（不计冲击力）为0.7；人群荷载为1.0……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组合。——第j个可变作用效应的准永久值系数：汽车荷载（不计冲击力）为0.4；人群荷载为0.4……)111njjkQjmiGiksdSSS)121njjkQjmiGikldSSSj1j2***RSSQGRQKQGKGRSS/0GQ3、分项系数的确定(1)确定的原则：以验算点法为基础(2)方法：在验算点处将极限状态方程转化为分项系数表达的方程对于验算点法对于分项系数法等价求分项系数。确定原则：对不同材料、荷载和结构，取统一值；在各项标准值等给定的前提下，误差最小。(3)优化结果荷载分项系数=1.2,=1.4结构抗力分项系数:进一步分离成材料强度分项系数结构重要性系数=1.1,1.0,0.9结构的耐久性1．定义：混凝土的耐久性是指在正常维护的条件下，在设计使用期间，在指定的工作环境中保证结构满足规定的功能要求。2．影响因素：（内部因素）混凝土的强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、标号和用量等（外部因素）环境温度、湿度、二氧化碳含量等。1）混凝土冻融破坏；2）混凝土碳化；3）侵蚀性介质的腐蚀；4）混凝土碱集料反应；5）钢筋锈蚀；6）其它影响因素：高温作用，生物腐蚀，混凝土徐变等•加强耐久性的规定和措施1．提高耐久性的措施：1）足够的保护层厚度；2）合理设计混凝土配合比；3）提高混凝土密实性，增强抗渗性；4）控制混凝土掺和料的量；5）采用覆盖面层；6）采用钢筋阻锈剂或防腐蚀钢筋2．混凝土结构耐久性设计的一般规定：(1)混凝土结构的耐久性应根据附表酌使用环境类别(见表9—1)和规范规定的设计使用年限进行设计；一类、二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土应符合附下表的规定汽车荷载冲击系数1+μ当f＜1.5Hz时，μ=0.05当1.5≤f≤14Hz时，μ=0.1767lnf-0.0157当f＞14Hz时，μ=0.45简支梁桥自振频率：gGEIlmEIlfccc/2222