橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章第一頁(yè)，共34頁(yè)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)：已知：

（1）外部預(yù)計(jì)荷載（如橋梁建成后車(chē)輛的通行量，人流量等）；（2）建設(shè)橋梁擬采用的材料（即材料的各性能均已知）。求：

（1）確定構(gòu)件承受已知荷載所需的尺寸。（2）按照所確定的構(gòu)件尺寸對(duì)構(gòu)件進(jìn)行配筋。（3）按照所設(shè)計(jì)尺寸和配筋進(jìn)行安全驗(yàn)算。第二頁(yè)，共34頁(yè)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的三個(gè)發(fā)展階段1、容許應(yīng)力計(jì)算法

以彈性理論為基礎(chǔ)的一種計(jì)算方法，不能如實(shí)的反應(yīng)構(gòu)件截面的應(yīng)力狀態(tài)，不能正確的計(jì)算出結(jié)構(gòu)的承載能力。2、破壞階段計(jì)算法

20世紀(jì)30年代所提出，以彈塑性理論為基礎(chǔ)的一種計(jì)算方法，比容許應(yīng)力計(jì)算法有了很大的進(jìn)步。3、極限狀態(tài)計(jì)算法

20世紀(jì)50年代所提出，是破壞階段計(jì)算法的發(fā)展。第三頁(yè)，共34頁(yè)?！?.1作用與作用效應(yīng)組合一、作用及其分類(lèi)：?按時(shí)間的變異分類(lèi)：永久作用、可變作用、偶然作用?按隨空間位置的變異分類(lèi)：固定作用、可動(dòng)作用

?按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類(lèi)：靜態(tài)作用、動(dòng)態(tài)作用

?結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力稱(chēng)為結(jié)構(gòu)抗力R作用直接作用：間接作用：荷載溫度應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降，地震作用第四頁(yè)，共34頁(yè)。

1.永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的作用；

2.可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值相比較不可忽略的作用；

3.偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。第五頁(yè)，共34頁(yè)。1.作用的標(biāo)準(zhǔn)值:

各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。取值規(guī)定：

永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸與容重確定可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見(jiàn)規(guī)范二、作用的代表值第六頁(yè)，共34頁(yè)。

2.可變作用頻遇值：

是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。

頻遇值＝標(biāo)準(zhǔn)值×頻遇系數(shù)ψ1

3.可變作用準(zhǔn)永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值：準(zhǔn)永久值＝標(biāo)準(zhǔn)值×準(zhǔn)永久值系數(shù)ψ2注：

ψ2＜ψ1準(zhǔn)永久值＜頻遇值第七頁(yè)，共34頁(yè)。

4、公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同的作用應(yīng)采用不同的代表值

（1）永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）采用準(zhǔn)永久值（長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)）正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值（2）可變作用：第八頁(yè)，共34頁(yè)。2、作用效應(yīng)與作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)S結(jié)構(gòu)由于各種原因，所引起的內(nèi)力和變形稱(chēng)為作用效應(yīng)。內(nèi)力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；變形：撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫。第九頁(yè)，共34頁(yè)。作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值與作用分項(xiàng)系數(shù)的乘積。分項(xiàng)系數(shù)作用分項(xiàng)系數(shù)抗力分項(xiàng)系數(shù)結(jié)構(gòu)的抗力R結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。結(jié)構(gòu)抗力的影響因素：材料性能的不確定性材料幾何參數(shù)的不確定性計(jì)算模式的不確定性結(jié)構(gòu)抗力具有隨機(jī)性第十頁(yè)，共34頁(yè)。3、作用效應(yīng)組合

（1）基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值和可變作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值組合。

（2）偶然組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng),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)組合。

（3）作用短期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。

（4）作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。第十一頁(yè)，共34頁(yè)?！?.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的基本概念一、結(jié)構(gòu)的可靠性概念：安全性：結(jié)構(gòu)在正常施工和使用時(shí)應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種荷載及外部作用，以及在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后能保持必需的整體穩(wěn)定性。安全性、適用性、耐久性適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)有良好的工作性能。耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下，材料性能雖隨時(shí)間變化，但仍能滿(mǎn)足預(yù)定功能要求。

1、結(jié)構(gòu)的功能要求第十二頁(yè)，共34頁(yè)。2、結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度結(jié)構(gòu)的可靠性：結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性之總和。結(jié)構(gòu)的可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算，對(duì)某些構(gòu)件還需進(jìn)行變形和裂縫寬度的驗(yàn)算?！兑?guī)范》規(guī)定：第十三頁(yè)，共34頁(yè)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)，考慮持久狀況下各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間數(shù)。3、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期橋梁結(jié)構(gòu)取100年的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期=橋梁壽命？設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期長(zhǎng)，可靠度高；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期短，可靠性較低第十四頁(yè)，共34頁(yè)。二、極限狀態(tài)的基本概念：1、極限狀態(tài)的定義和分類(lèi)：極限狀態(tài)的分類(lèi)：承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)而不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，則此特定狀態(tài)稱(chēng)為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。第十五頁(yè)，共34頁(yè)。承載能力極限狀態(tài)

——對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)動(dòng)體系整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡

（滑動(dòng)、倒塌）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)）4321第十六頁(yè)，共34頁(yè)。正常使用極限狀態(tài)

——對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。影響正常使用或外觀的變形影響正常使用或耐久性能的局部損壞影響正常使用的振動(dòng)影響正常使用的其它特定狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)第十七頁(yè)，共34頁(yè)。極限狀態(tài)的

表現(xiàn)形式：(承)：剛體失去平衡，材料強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，失穩(wěn)(正)：過(guò)大的變形，影響正常使用或耐久性能的局部損壞，過(guò)大的振動(dòng)注意結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)的抗力R有關(guān)。Z=R–S由此可采用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)來(lái)描述結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的狀況。因抗力R和S均具有隨機(jī)性，所以只能用功能函數(shù)Z的概率來(lái)描述。第十八頁(yè)，共34頁(yè)。可靠概率有多大？Z>0，即R>S結(jié)構(gòu)可靠Z=0，即R=S結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。

即R<S結(jié)構(gòu)失效Z<0，失效概率有多大?第十九頁(yè)，共34頁(yè)。2、三種設(shè)計(jì)狀況：我國(guó)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三種狀況：1、持久狀況：橋涵建成后承受自重、車(chē)輛荷載等作用持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段?！M(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。2、短暫狀況：橋涵施工過(guò)程中承受臨時(shí)性（或荷載）的狀況，該狀況對(duì)應(yīng)的是橋梁的施工階段，一般只進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)3、偶然狀況：在橋涵使用過(guò)程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能遇到地震等作用的狀況?！贿M(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)第二十頁(yè)，共34頁(yè)。3、公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度，可分為：一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果橋涵類(lèi)型結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0一級(jí)很?chē)?yán)重特大橋、重要大橋1.1二級(jí)嚴(yán)重大橋、中橋、重要小橋1.0三級(jí)不嚴(yán)重小橋、涵洞0.9第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。§2.3我國(guó)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的計(jì)算原則一、持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算原則1、計(jì)算內(nèi)容：承載力計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算2、計(jì)算原則：作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（S）小于或等于結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)（R）3、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式0SR第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。0–––橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按公路橋涵的設(shè)計(jì)安全等級(jí)選用：一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)分別取1.1,1.0,0.9

S–––作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值）R

–––結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值R=R(·)=R(fd,d)fd–––材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值αd–––幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。

作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值）式中Gi–––第i個(gè)永久作用分項(xiàng)系數(shù)，一般取1.2SGik–––第i個(gè)永久作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。Q1–––汽車(chē)荷載分項(xiàng)系數(shù)。取=1.4

SQ1k–––汽車(chē)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。

Qj–––除汽車(chē)荷載、風(fēng)荷載外地第j個(gè)可變作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取1.4

，風(fēng)荷載取1.1第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。SQjk–––除汽車(chē)荷載效應(yīng)外地其他滴j個(gè)可變作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。

c–––除汽車(chē)荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)組合系數(shù)。二、正常使用極限狀態(tài)計(jì)算原則1、計(jì)算內(nèi)容：抗裂驗(yàn)算裂縫寬度驗(yàn)算撓度驗(yàn)算第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。在作用效應(yīng)組合中除汽車(chē)荷載效應(yīng)（含汽車(chē)沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)。當(dāng)永久作用與汽車(chē)荷載和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時(shí)，人群荷載（或其他一種可變作用）的組合系數(shù)＝0.80；當(dāng)其除汽車(chē)荷載（含汽車(chē)沖擊力，離心力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)?。?.70；尚有三種其他可變作用參與組合時(shí)，＝0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時(shí)，＝0.50。第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。

裂縫驗(yàn)算《規(guī)范》按使用階段對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的不同要求，將裂縫控制等級(jí)分為三級(jí)：一級(jí)：嚴(yán)格要求不裂，使用階段不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。二級(jí)：一般要求不裂，使用階段允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但應(yīng)作限制。三級(jí)：允許開(kāi)裂，應(yīng)驗(yàn)算裂縫寬度max[max]第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。2、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用組合:（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，其表達(dá)式為:——作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；——第j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車(chē)荷載（不計(jì)沖擊力）0.4，人群荷載0.4，風(fēng)荷載0.75，溫度梯度作用0.8，其他作用1.0；——第j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值?！饔枚唐谛?yīng)組合設(shè)計(jì)值；——第j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車(chē)荷載（不計(jì)沖擊力）0.7，人群荷載1.0，風(fēng)荷載0.75，溫度梯度作用0.8，其他作用1.0；——第j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。舉例鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車(chē)荷載和人群荷載作用下，分別得到在主梁的1/4跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為:結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩WGK＝552kN.m；汽車(chē)荷載彎矩MQ1K=459.7kN.m；人群荷載彎矩MQ2K=40.6kN.m。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的作用效應(yīng)組合計(jì)算。第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。解：1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合

第三十頁(yè)，共34頁(yè)。2.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)組合（1）作用短期效應(yīng)組合