橋梁工程橋梁的設(shè)計(jì)作用

1、橋梁工程橋梁的設(shè)計(jì)作用第1頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四一. 地震作用 * 地震區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算，必須考慮地震力(earthquake force)。* 地震力的計(jì)算涉及地震理論、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、工程地質(zhì)等多方面的知識(shí)。* 詳細(xì)計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)可參見公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ004-89)和鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ111)。第2頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四地震的傳播：地震波傳播震區(qū)地面運(yùn)動(dòng)橋梁基礎(chǔ)受到強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)橋梁振動(dòng)。地震力：指強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)自身的慣性力(地面水平運(yùn)動(dòng)加速度與結(jié)構(gòu)質(zhì)量的乘積)。它不僅與地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度有關(guān)

2、，也與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性(頻率和振型)有關(guān)，還與橋址處的地質(zhì)情況有關(guān)。 第3頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四地震作用分豎直方向和水平方向，經(jīng)驗(yàn)表明地震的水平運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算時(shí)一般只考慮水平地震作用。第4頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 衡量地震規(guī)模的大小一般采用： 震級(jí)（magnitude）和烈度（intensity） 震級(jí)M表示地震的強(qiáng)弱，一次地震只有一個(gè)震級(jí)。 地震烈度I表示地震引起的地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度和對(duì)工程設(shè)施的破壞程度，一次地震有若干個(gè)烈度。 第5頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)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(jù)水平地震系數(shù)Kh(地面最大水平加速度的統(tǒng)計(jì)平均值與重力加速度g的比值)加以劃分的。 設(shè)計(jì)烈度由設(shè)計(jì)者根據(jù)建橋地區(qū)的基本烈度、橋梁的重要性、遭破壞后進(jìn)行修復(fù)的難易程度選用的。第6頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 根據(jù)2001年版中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306)，采用地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)取代地震基本烈度的概念，兩者之間的關(guān)系見表3.6。第7頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 抗震設(shè)防的基本要求表述為： 位于地震動(dòng)峰值加速度為0.1g、0.15g、0.2g和0.3g地區(qū)的橋涵工程，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)； 位于地震動(dòng)峰值加速度

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

5、主要采用這種方法計(jì)算地震力。？對(duì)于高墩或特大跨度的橋梁，應(yīng)如何分析第11頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)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(tái)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(jié)構(gòu)的碰撞過(guò)程十分復(fù)雜，其與碰撞時(shí)的環(huán)境因素(風(fēng)浪、氣候、水流等)、船舶特性(類型、尺寸、速度、裝載情況、船體強(qiáng)度和剛度等)、橋梁結(jié)構(gòu)特性(尺寸、形狀、材料、質(zhì)量和抗力等)等有關(guān)。第12頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四精確計(jì)算很困難，一般按規(guī)范計(jì)算，特殊橋梁要做專題研究目前，撞擊力通常按靜力法計(jì)

6、算，假定船筏作用于墩的有效動(dòng)能轉(zhuǎn)化為撞擊力F所做的功。 物重流速加速度撞擊時(shí)間，以秒計(jì)第13頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 公路橋梁規(guī)范按照“靜力法”，并依據(jù)2004年版內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)(GB50139)： 給出了一至七級(jí)內(nèi)河航道上、不同噸位的船舶可能產(chǎn)生的橫橋向和順橋向撞擊作用標(biāo)準(zhǔn)值。 對(duì)近海通行海輪區(qū)域的船舶(噸級(jí)從300050000t)產(chǎn)生的橫橋向和順橋向撞擊作用標(biāo)準(zhǔn)值，則是根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，并經(jīng)綜合分析比較確定的。 當(dāng)橋墩配置了防撞設(shè)施時(shí)，可不計(jì)撞擊作用。 第14頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四三. 汽車撞擊作用 公路橋梁的某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件(

7、如防撞護(hù)欄，跨線橋的橋墩等)必要時(shí)可考慮汽車的撞擊作用。 汽車撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值在車輛行駛方向取1000kN，在車輛行駛垂直方向取500kN，兩個(gè)方向的撞擊力不同時(shí)考慮， 撞擊力作用于行車道以上12m處。 對(duì)于設(shè)有防撞設(shè)施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可視防撞設(shè)施的防撞能力，對(duì)汽車撞擊標(biāo)準(zhǔn)值予以折減，但折減后的撞擊力不應(yīng)低于上述規(guī)定值的1/6。第15頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四四. 施工荷載 在橋梁設(shè)計(jì)中，需考慮到結(jié)構(gòu)在建造、運(yùn)輸、架設(shè)安裝等施工階段可能遇到的各種臨時(shí)荷載，如施工人員、架橋機(jī)、掛籃、起吊機(jī)具和其他材料或設(shè)備的重力。這些施工荷載的數(shù)值及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響可視具體情況分析。第16頁(yè)

8、，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 第五節(jié) 作用效應(yīng)組合 作用效應(yīng)組合(combination of action effects) 為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全和適用,需要根據(jù)作用的特性、橋梁結(jié)構(gòu)的特性、施工方法以及橋位處的環(huán)境等因素，針對(duì)結(jié)構(gòu)的不同狀況、不同安全等級(jí)、不同設(shè)計(jì)或驗(yàn)算內(nèi)容，確定各種作用效應(yīng)的取舍以及各種作用效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的共同效果(疊加值)，即作用效應(yīng)組合.第17頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 組合總原則： 作用效應(yīng)組合應(yīng)只涉及結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出現(xiàn)的作用效應(yīng)，并以橋梁在施工或運(yùn)營(yíng)時(shí)可能處于最不利受力狀態(tài)為原則。第18頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，

9、5月20日，5點(diǎn)39分，星期四對(duì)鐵路橋和公路橋，由于目前所采用的設(shè)計(jì)方法不同，故作用效應(yīng)組合的表達(dá)形式也不同 鐵路橋設(shè)計(jì)仍采用容許應(yīng)力法。第19頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四另外，基于最不利原則，當(dāng)某項(xiàng)可變作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有利影響時(shí)，該項(xiàng)作用不參與組合。 施工階段作用效應(yīng)的組合，應(yīng)按計(jì)算需要及結(jié)構(gòu)所處條件而定，結(jié)構(gòu)上的施工人員和施工機(jī)具設(shè)備均應(yīng)作為臨時(shí)荷載加以考慮。組合式橋梁，當(dāng)把底梁作為施工支撐時(shí)，作用效應(yīng)宜分兩個(gè)階段組合，底梁受荷為第一個(gè)階段，組合梁受荷為第二個(gè)階段。第20頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)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(jìn)行作用效應(yīng)組合，取其最不利效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。?回顧：什么是極限狀態(tài)第21頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四三種設(shè)計(jì)狀況： 1 持久狀況 指橋涵使用過(guò)程中長(zhǎng)期承受結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載等作用的狀況。在該狀況下，要求對(duì)設(shè)想的結(jié)構(gòu)所有功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，即應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。 2 短暫狀況 指橋涵施工過(guò)程中承受臨時(shí)性作用的狀況。在該狀況下，僅要求進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，必要時(shí)才進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。第22頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 3 偶然狀況 指橋涵使用過(guò)程中可能偶然遭受的地震等狀況。在該狀況下，僅要求進(jìn)

11、行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，不需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。第23頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 在按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，按照結(jié)構(gòu)可能破壞的嚴(yán)重程度，將公路橋涵劃分為三個(gè)設(shè)計(jì)安全等級(jí)，見表3.7。根據(jù)不同等級(jí)，擬定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與作用效應(yīng)組合值相乘。 第24頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的作用（或荷載）效應(yīng)組合公路橋涵結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，按照可能出現(xiàn)的作用，將其分為兩種作用效應(yīng)組合，即基本組合和偶然組合。作用效應(yīng)的基本組合是指永久作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)的組合。這種組合用于結(jié)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計(jì)

12、，是所有公路橋涵結(jié)構(gòu)都應(yīng)該考慮的。作用設(shè)計(jì)值為作用的標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。第25頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四作用效應(yīng)的偶然組合是指永久作用標(biāo)準(zhǔn)值、可變作用代表值和一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)組合，視具體情況，也可不考慮可變作用效應(yīng)參與組合。作用效應(yīng)偶然組合用于結(jié)構(gòu)在特殊情況下的設(shè)計(jì)，所以不是所有公路橋涵結(jié)構(gòu)都要采用的，一些結(jié)構(gòu)也可采取構(gòu)造或其他預(yù)防措施來(lái)解決。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的作用（或荷載）效應(yīng)組合第26頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四通用規(guī)范（JTG D60）規(guī)定，公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用以下兩種作用效應(yīng)組合：1

13、.基本組合 永久作用的設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為： 第27頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四承載能力極限狀態(tài)下基本組合的作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)安全等級(jí)一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)的橋涵，分別取1.1，1.0和0.9；第i個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；分別為第i個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)的分項(xiàng)系數(shù)；分別為汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；除汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)、風(fēng)荷載外的其他第j可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；除汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)外的其他第j個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和

14、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；除汽車荷載效應(yīng)(含沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)；由于若干個(gè)獨(dú)立可變作用效應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)的概率較小，故采用這一系數(shù)對(duì)這些作用效應(yīng)的組合予以折減，它隨著可變作用項(xiàng)數(shù)的增加而減少。 第28頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 2 偶然組合 永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相組合。偶然作用的效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)取用適當(dāng)?shù)拇碇怠５卣鹱饔脴?biāo)準(zhǔn)值及其表達(dá)式按現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用。偶然組合用于結(jié)構(gòu)在特殊情況下(如地震)的設(shè)計(jì)，不是所有公路橋梁都要采用。第2

15、9頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)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(yīng)組合和長(zhǎng)期效應(yīng)組合，其可變作用代表值采用頻遇值和準(zhǔn)永久值。眾所周知，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)僅涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度，其結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)時(shí)的作用（或荷載）效應(yīng)組合第30頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四可變作用的頻遇值是指結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)值小，實(shí)際上由標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1.0的頻遇值系數(shù)1得到。可變作用的準(zhǔn)永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)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(shí)際上是由標(biāo)準(zhǔn)值乘以小于1的準(zhǔn)永久值系數(shù)2的得到。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的作用（或荷載）效應(yīng)組合第31頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 1. 作用短期效應(yīng)組合 永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為: 2. 作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合 永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為：第32頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)39分，星期四 當(dāng)需對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行持久狀況和短暫狀況下的截面混凝土或鋼筋應(yīng)力計(jì)算時(shí)，除特別指明外，各作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取為1.0，各項(xiàng)應(yīng)力限值應(yīng)按各設(shè)計(jì)規(guī)范的相應(yīng)規(guī)定采用。第33頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)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(jì)算理論、計(jì)算分析方法尚不夠完善準(zhǔn)確；主要使用荷載（人群、汽車）存在一定的變異，且隨時(shí)代發(fā)展而不斷變化