荷載及結(jié)構(gòu)設(shè)計原理其他作用PPT課件

1、第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用 第四節(jié)第四節(jié) 浮力作用浮力作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力第1頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用一、溫度作用基本概念及原理溫度作用因溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形和附加力。u具體表現(xiàn)：當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的溫度發(fā)生變化時，體內(nèi)任一點（單元體）熱變形（膨脹或收縮）由于受到周圍相鄰單元體的約束（內(nèi)約束）或邊界受到其他結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的約束（外約束），使體內(nèi)該點產(chǎn)生溫度應(yīng)力。u溫度作用大小

2、影響因素：環(huán)境溫度變化約束條件第2頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用工程約束條件：（1）結(jié)構(gòu)物的變形受到其他物體的阻礙或支承條件的制約，不能自由變形?？蚣芙Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)梁的伸縮變形受到柱基約束，沒有任何變形余地。第3頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用簡支屋面梁溫差引起的應(yīng)力分布 大體積混凝土梁水化熱引起的應(yīng)力分布 （2）構(gòu)件內(nèi)部各單元體之間相互制約，不能自由變形。簡支屋面梁，在日照作用下屋面溫度高于室內(nèi)溫度，簡支梁沿梁高受到不均勻溫差作用，產(chǎn)生翹曲變形，在梁中引起應(yīng)力。大體積混凝土梁結(jié)硬時，水化熱使得

3、中心溫度較高，兩側(cè)溫度偏低，內(nèi)外溫差不均衡在截面引起應(yīng)力。第4頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用二、溫度應(yīng)力計算根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和約束條件考慮溫度變化對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響。由于溫度變化引起的材料膨脹和收縮變形是自由的，故在結(jié)構(gòu)上不引起內(nèi)力，其變形可由虛功原理計算。存在多余約束，其溫度作用效應(yīng)的計算，一般根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，按結(jié)構(gòu)力學(xué)或彈性力學(xué)方法確定。u靜定結(jié)構(gòu)：u超靜定結(jié)構(gòu)：第5頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用三、溫度變化的考慮溫度變化：由氣溫變化和結(jié)構(gòu)溫差引起氣溫變化：一年中大氣氣溫年溫

4、差，通常取最高月和最低月平均氣溫的差值。我國長江中下游一帶大氣氣溫年溫差約為30。結(jié)構(gòu)溫差：由于日照、驟冷等天氣原因或高溫車間、低溫冷庫等使用情況造成的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差異，應(yīng)考慮房屋散熱和保暖條件，按實際調(diào)查情況確定溫差取值。第6頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第一節(jié)第一節(jié) 溫度作用溫度作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距（m）結(jié)構(gòu)類別室內(nèi)或土中露天排架結(jié)構(gòu)裝配式10070框架結(jié)構(gòu)裝配式7550現(xiàn)澆式5535剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式6540現(xiàn)澆式4530擋土墻、地下室墻壁等類結(jié)構(gòu)裝配式4030現(xiàn)澆式3020u建筑結(jié)構(gòu)：通常不計算溫度應(yīng)力，采取構(gòu)造措施混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

5、、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 均有不同的要求 第7頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用u變形作用由于外界因素的影響（如結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的支座移動或地基發(fā)生不均勻沉降），或自身原因構(gòu)件發(fā)生伸縮變形（如混凝土構(gòu)件發(fā)生徐變），使得結(jié)構(gòu)物被迫發(fā)生變形和內(nèi)力。靜定結(jié)構(gòu)：允許產(chǎn)生符合其約束條件的位移，結(jié)構(gòu)內(nèi)不會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變超靜定結(jié)構(gòu)：多余約束限制結(jié)構(gòu)自由變形，從而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變第8頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用下沉下沉中部沉降過大引起的正八字裂縫 下沉下沉廠房大面積堆載基礎(chǔ)下沉 一、地基變形的影響u砌體結(jié)構(gòu)房屋，地基不均

6、勻沉降在砌體中引起附加拉力或剪力，當(dāng)附加內(nèi)力超過砌體本身強度便產(chǎn)生裂縫。u單層廠房，因地面大面積堆載造成基礎(chǔ)下沉，使柱身在附加彎矩作用下開裂。第9頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用下沉下沉下沉下沉下沉下沉剛架橋右側(cè)支柱下沉引起裂縫 連續(xù)梁橋兩端橋臺沉陷引起裂縫 u剛架橋，當(dāng)右端支柱基礎(chǔ)下沉，剛架梁柱相應(yīng)產(chǎn)生附加彎矩。橫梁節(jié)點處產(chǎn)生裂縫。u連續(xù)梁橋，墩臺沉降不均勻引起梁內(nèi)附加力，如兩端橋臺下沉較大，則中間橋墩上梁身所受負彎矩增大，頂部會產(chǎn)生自上而下的裂縫。第10頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用二

7、、混凝土收縮和徐變u混凝土收縮：混凝土在硬化時，由于水泥膠體的凝縮和干燥失水以及碳化作用引起的體積減小的現(xiàn)象。如果受到外部支承條件或內(nèi)部鋼筋的約束，會在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，加速裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，影響構(gòu)件的耐久性和疲勞強度等性能。工程設(shè)計中如何考慮？第11頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用應(yīng)考慮混凝土收縮變形計算結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力，但常常通過構(gòu)造措施降低和避免收縮影響，而不去計算收縮應(yīng)力。（1）限制結(jié)構(gòu)物伸縮縫距離，控制結(jié)構(gòu)不要過長；（2）設(shè)置后澆帶減少混凝土早期收縮影響；（3）收縮應(yīng)力較大部位加強配筋；（4）采用補償收縮混凝土，設(shè)置膨脹加強帶，抵銷收

8、縮變形和約束應(yīng)力等。例如：第12頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用設(shè)置后澆帶后澆沉降帶、后澆收縮帶、后澆溫度帶 第13頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第二節(jié)第二節(jié) 變形作用變形作用u混凝土徐變：荷載的長期作用下，混凝土的變形隨時間而增長的現(xiàn)象。（1）對鋼筋混凝土受壓構(gòu)件，徐變將荷載卸載給鋼筋，使構(gòu)件中鋼筋的應(yīng)力或應(yīng)變增加，混凝土應(yīng)力減小，有利于防止和減小結(jié)構(gòu)物裂縫的形成。（2）徐變對結(jié)構(gòu)也有不利影響，如受彎構(gòu)件受壓區(qū)混凝土的徐變可使撓度增加，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的徐變將引起預(yù)應(yīng)力的損失。有利和不利影響：第14頁/共47頁第六章

9、第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用一、爆炸的概念就是物質(zhì)系統(tǒng)迅速釋放能量的物理或化學(xué)過程，它在極短的時間內(nèi)迸發(fā)大量能量，并以波的形式對周圍介質(zhì)施加高壓。爆炸按照爆炸發(fā)生機理和作用性質(zhì)分：物理爆炸、化學(xué)爆炸、燃氣爆炸和核爆炸等多種類型。第15頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用二、爆炸力學(xué)性質(zhì)1. 壓力時間曲線核爆升壓時間很快；化爆升壓時間相對較慢，峰值壓力亦較核爆為低；燃爆升壓最慢，峰值壓力也更低。2. 沖擊波和壓力波爆炸會在瞬間壓縮周圍空氣而產(chǎn)生超壓，爆炸壓力超過正常大氣壓，核爆、化爆和燃爆都產(chǎn)生不同幅度的超壓，

10、其作用效應(yīng)相當(dāng)于靜壓。 從壓力時間曲線看：超壓第16頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用在極短的時間內(nèi)壓力達到峰值，氣體急速地被擠壓和推進而產(chǎn)生沖擊波。沖擊波所到之處，除產(chǎn)生超壓外，還帶動波陣面后空氣質(zhì)點高速運動引起動壓，動壓與物體形狀和受力面方位有關(guān)，類似于風(fēng)壓。以超壓為主，動壓很小，可以忽略，其爆炸波屬壓力波。核爆、化爆燃氣爆炸第17頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用三、爆炸對結(jié)構(gòu)的影響及計算1. 爆炸對結(jié)構(gòu)的影響 爆炸對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞程度與爆炸的性質(zhì)和爆炸物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)。爆炸發(fā)生的環(huán)境或位置

11、不同，其破壞作用也不同，在封閉的房間、密閉的管道內(nèi)發(fā)生的爆炸其破壞作用比在結(jié)構(gòu)外部發(fā)生的爆炸要嚴(yán)重的多。 燃氣爆炸是建筑結(jié)構(gòu)易于遭遇到的爆炸，民用燃氣爆炸升壓時間與結(jié)構(gòu)基本周期相比，作用時間足夠緩慢，可以忽略慣性力，把燃氣爆炸對結(jié)構(gòu)的作用當(dāng)作靜力作用，不必考慮其動力效應(yīng)。第18頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用2. 泄瀑保護 燃氣爆炸大都發(fā)生在生產(chǎn)車間、居民廚房等室內(nèi)環(huán)境，一旦爆炸發(fā)生，常常是窗玻璃被壓碎，屋蓋被氣浪掀起，導(dǎo)致室內(nèi)壓力下降，起到泄壓保護作用。第19頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作

12、用3. 壓力峰值計算第20頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第三節(jié)第三節(jié) 爆炸作用爆炸作用第21頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第四節(jié)浮力作用第四節(jié)浮力作用第22頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用一、汽車沖擊力沖擊作用由于車輛荷載動力作用而使橋梁發(fā)生振動而造成內(nèi)力和變形增大的現(xiàn)象。沖擊影響與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，結(jié)構(gòu)越柔對動力荷載的緩沖作用越好。u公路橋規(guī)給出了以基頻（基本周期）表示的橋梁沖擊力計算的具體規(guī)定：（1）鋼橋、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋、拱橋等上部結(jié)構(gòu)和鋼支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及鋼

13、筋混凝土柱式墩臺，應(yīng)計算汽車的沖擊作用。第23頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用（2）汽車荷載的沖擊力標(biāo)準(zhǔn)值為汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)m。（3）沖擊系數(shù)m可按下式計算：當(dāng) f 14Hz 時， m = 0.45（4）汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用1.3。第24頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用（5）對于鐵路鋼筋混凝土、混凝土、石砌的橋跨結(jié)構(gòu)及涵洞、剛架橋，當(dāng)其頂上填土厚度h1m(從軌底算起)時不計沖擊力，當(dāng)h1m時 L-橋跨長度或（局部）構(gòu)件的影響線加載長

14、度（6）對于拱橋、涵洞以及重力式墩臺，當(dāng)填料厚度（包括路面厚度）等于或大小0.5m時，可不計沖擊力。L30611m244h第25頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用CPH 二、離心力當(dāng)彎道橋的曲線半徑等于或小于250m時 ，應(yīng)計算汽車荷載產(chǎn)生的離心力。u離心力的取值可通過車輛重力P(不計沖擊力) 乘以離心力系數(shù)C得到：式中 v行車速度（m/s）；R彎道曲線半徑（m）；RvC1272第26頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用三、制動力（一）汽車制動力u公路橋梁（1）汽車制動力按同向行駛

15、的汽車荷載（不計沖擊力）計算，并考慮汽車荷載效應(yīng)縱向折減的規(guī)定，以使橋梁墩臺產(chǎn)生最不利縱向力的加載長度上進行縱向折減。第27頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用一個設(shè)計車道上汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)定的車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計算的總重力的10計算，但公路級汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN；公路級汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于90kN。同向行駛雙車道的汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值為一個設(shè)計車道制動力標(biāo)準(zhǔn)值的2倍；同向行駛?cè)嚨罏橐粋€設(shè)計車道的2.34倍；同向行駛四車道為一個設(shè)計車道的2.68倍。第28頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第

16、五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用（2）制動力的著力點在橋面以上1.2m處，計算墩臺時，可移至支座鉸中心或支座底座面上。計算剛構(gòu)橋、拱橋時，制動力的著力點可移至橋面上，但不計因此而產(chǎn)生的豎向力和力矩。第29頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第五節(jié)第五節(jié) 行車動態(tài)作用行車動態(tài)作用u城市橋梁（1）按一個設(shè)計車道，當(dāng)采用城A級汽車荷載設(shè)計時，制動力應(yīng)采用160kN或10%車道荷載；當(dāng)采用城B級汽車荷載設(shè)計時，制動力應(yīng)采用90kN或10%車道荷載，以上均不包括沖擊力，并取兩者中的較大值。（2）當(dāng)計算的加載車道為2條或2條以上時，應(yīng)以2條車道為準(zhǔn)，其制動力不折減。第30頁/共47頁

17、第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力一、基本概念以某種人為方式在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上預(yù)先施加與構(gòu)件所承受的外荷載產(chǎn)生相反效應(yīng)的力預(yù)加力建立了預(yù)應(yīng)力的構(gòu)件稱為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件第31頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力對受拉區(qū)混凝土預(yù)先施加一定的壓應(yīng)力，讓受拉區(qū)的混凝土處于受壓狀態(tài)，使其能夠部分或全部抵消由荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而延緩構(gòu)件開裂，甚至不出現(xiàn)裂縫。u預(yù)加力的原理與作用第32頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力u預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的優(yōu)點充分發(fā)揮了高強材料的作用（混凝土的抗壓、高強鋼筋的抗拉）；提

18、高了構(gòu)件的抗裂度，使構(gòu)件不開裂或開裂甚微；提高了構(gòu)件的剛度，跨越能力增加，截面尺寸和撓度卻減小。第33頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力u預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的應(yīng)用范圍大跨度結(jié)構(gòu)如大跨度橋梁、體育館和車間以及機庫等大跨度建筑的屋蓋、高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層；對抗裂有特殊要求的結(jié)構(gòu)如壓力容器、壓力管道、水工或海洋建筑，還有冶金、化工廠的車間等；某些高聳建筑結(jié)構(gòu)如水塔、煙囪、電視塔等；某些大量制造的預(yù)制構(gòu)件如預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)應(yīng)力預(yù)制樁。第34頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力二、按設(shè)計方法和施工特點的分類（一）外部預(yù)加力

19、和內(nèi)部預(yù)加力u外部預(yù)加力結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所加的預(yù)加力來自結(jié)構(gòu)之外；u內(nèi)部預(yù)加力若混凝土構(gòu)件中的預(yù)加力是通過張拉結(jié)構(gòu)中的高強鋼筋，使構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。應(yīng)用甚少運用廣泛第35頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力(a) 張拉并錨定鋼筋 (b) 澆筑混凝土并養(yǎng)護 (c) 放松鋼筋混凝土受預(yù)壓 （二）先張法預(yù)加力和后張法預(yù)加力l先張法：先張拉鋼筋用錨具臨時固定(a)，然后澆筑混凝土(b) 。待混凝土達到一定強度后，放松預(yù)應(yīng)力鋼筋。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮時，將壓縮混凝土(c) ，使混凝土獲得預(yù)加力。u預(yù)應(yīng)力的建立主要依靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力第36頁/共47頁第六章第六章

20、 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力張拉臺座先張法第37頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力(a) 澆筑混凝土并預(yù)留孔道 (b) 穿預(yù)應(yīng)筋并張拉預(yù)應(yīng)力 (c) 錨固后壓力灌漿 l后張法：先澆筑混凝土構(gòu)件，并預(yù)留孔道(a)，待混凝土達到一定強度后，往孔道中穿入鋼筋，用千斤頂張拉鋼筋，并同時壓縮混凝土(b) 。張拉完畢后用錨具將鋼筋固定在構(gòu)件兩端，然后往孔道內(nèi)壓力灌漿(c) 。u預(yù)應(yīng)力的建立主要依靠構(gòu)件兩端的錨固裝置第38頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力某T型梁施工后張法第39頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力某T型梁施工后張法第40頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力某預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋施工后張法第41頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力某預(yù)應(yīng)力樓蓋施工后張法第42頁/共47頁第六章第六章 其他荷載與作用其他荷載與作用第六節(jié)第六節(jié) 預(yù)加力預(yù)加力兩種方法優(yōu)缺點：先張法：生產(chǎn)工藝簡單，工序少，效率高，質(zhì)量容易保證，省去了永久錨具，生產(chǎn)成本低，但需要專門張拉臺座，為便于運輸，先張法只用于預(yù)制中小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，如樓板、屋面板、橋面板及中小型吊車梁