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1、第三章第三章 桥梁上的作用桥梁上的作用3.1 作用的定义及分类作用的定义及分类1.定义：是引起桥涵结构反应的各种原因的统称，它可以归纳为性质不同的两大类。一类是直接施加于结构的外力，例如车辆、结构自重等；另一类是以间接的形式作用于结构上的，例如地震、墩台变位、混凝土收缩徐变等。注意：u直接施加于结构上的外力相当于原规范中的荷载；u间接形式的外力产生的效应与结构本身的特征、结构所处的环境有关。2.分类：施加在桥涵上的各种作用按随时间的变化情况可以归纳为永久作用、可变作用和偶然作用三类。作用分类作用分类编号编号作用种类作用种类作用名称作用名称1 1永久作用永久作用结构重力（包括结构附加重力）结构重
2、力（包括结构附加重力）2 2预加应力预加应力3 3土的重力土的重力4 4土侧压力土侧压力5 5混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩及徐变作用6 6水的浮力水的浮力7 7基础变位作用基础变位作用8 8可变作用可变作用汽车荷载汽车荷载9 9汽车冲击力汽车冲击力1010汽车离心力汽车离心力1111汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力1212人群荷载人群荷载1313汽车制动力汽车制动力1414风荷载风荷载1515流水压力流水压力1616冰压力冰压力1717温度（均匀温度和梯度温度温度（均匀温度和梯度温度)作用作用1818支座摩阻力支座摩阻力1919偶然作用偶然作用地震作用地震作用2020船只或漂流物撞击作用
3、船只或漂流物撞击作用2121汽车撞击作用汽车撞击作用3.2 永久作用永久作用1.永久作用：在结构使用期间，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可以忽略不计的作用。2.注意：u结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力均属于结构重力，可按照结构物实际体积或设计拟定的体积乘以重力密度计算；u因结构自重占全部设计荷载的大部分，故采用轻质高强材料对减轻桥梁自重、增大跨越能力具有重要意义。u预加应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久作用来计算其主、次效应，并计入相应阶段的应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。3
4、.3 可变作用可变作用u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不计的作用。1.汽车荷载u汽车荷载分为公路级和公路级；u汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成；车道荷载计算图式u公路级和公路级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值，其立面、平面尺寸布置如图：u车辆荷载的横向布置如下图所示：u行车道宽度与设计车道数的关系：u车道荷载用于桥梁结构的整体计算，车辆荷载用于桥梁结构的局部计算，如桥面板、涵洞、桥台和挡土墙压力等；u车辆荷载和车道荷载的作用效应不得叠加；u当桥涵设计车道数大于2时，汽车荷载应考虑多车道折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应，折减系数如下：u
5、大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减；u当桥梁计算跨径大于150m时，应按规定的纵向折减系数进行折减；当为多跨连续结构时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。2.汽车冲击力u由于桥面不平整、发动机震动原因会引起桥梁结构的振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击作用；u钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部结构和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计入汽车的冲击作用；u填料厚度等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力；u当汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上时，u以结构基频为指标计算冲击系数，它能直接体现冲击效应和桥梁结构之
6、间的关系。u简支梁桥的结构基频计算公式如下：结构跨中截面的截面惯性矩；结构跨中处的单位长度质量；结构跨中处延米结构重力。u连续梁桥的结构基频计算公式如下：u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 ；u计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用 ；注意：3.汽车制动力u汽车制动力是指车辆在减速或制动时，为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间产生的滑动摩擦力，其作用于桥跨结构上的方向与行车方向一致。u一个设计车道上的汽车制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的10%，但公路级汽车制动力标准值不得小于165kN；公路级不得小于90kN。u制动力要考虑横向折减，同向行驶双车道的汽车制
7、动力标准值为一个设计车道制动力标注值的2倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。u制动力的作用点在桥面以上1.2m处，在计算墩台时，可移至支座铰中心或支座底座面上；计算刚构桥、拱桥时可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和力矩。u设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续梁排架式柔性墩台，应根据支座与墩台的抗推刚度集成情况分配和传递制动力。u设有板式橡胶支座的简支梁刚性墩台，按单跨两端的板式橡胶支座的抗推刚度分配制动力。4.汽车离心力u汽车离心力是指车辆在弯道行驶时所伴随产生的惯性力。u离心力以水平力的形式作用于结构上，是弯桥横向受力与抗扭设
8、计计算所要考虑的主要因素；u离心力标准值为汽车荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数得到，离心力系数与车速成正比，与与弯道半径成反比；u离心力的着力点在桥面以上1.2m，为计算简便也可移至桥面上，不计由此引起的竖向力和力矩。5.汽车引起的土侧压力u汽车引起的土侧压力采用车辆荷载加载，具体计算参见通用规范4.3.4款6.人群荷载u对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准；u城镇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；u专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kN/m2u人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内；u温度作用包括：均
9、匀温度、梯度温度；u均匀温度为常年气温变化，该温度能导致桥梁纵向长度的变化；u梯度温度主要因太阳辐射而来，它使得结构沿高度方向形成非线性的温度变化，导致构件截面产生自应力；u当上述两种变化受到约束时就会产生结构次内力；7.温度作用竖向梯度温度（单位:mm)u计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，采用右图曲线：u对混凝土结构：u对带混凝土桥面板的钢结构：u 为混凝土桥面板的厚度（mm)。u对于钢桥面板的钢结构，可以不考虑其梯度温度效应；u竖向梯度温度曲线图上对应的温度基数如下表所示：u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。u支座摩阻力标准值计算如下：8.支座
10、摩阻力作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应；支座摩擦系数，无实测数据时可以参考下表采用；3.5 作用效应组合作用效应组合1.公路桥涵结构采用可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计；u极限状态区分承载能力极限状态和正常使用极限状态；承载能力极限状态设计体现结构的安全性，正常使用极限状态设计体现结构适用性和耐久性；u根据桥涵在施工和使用过程中面临的不同情况，桥涵结构设计分为持久状况、短暂状况和偶然状况；u持久状况必须进行承载能力和正常使用两种极限状态设计；短暂状况一般只做承载能力极限状态设计，必要时才做正常使用极限状态设计；偶然状况要求做承载能力极限状态设计，不考虑正常使用极限装态设计。2.
11、为调整结构物内在的可靠度水准，新规范引入了公路桥涵设计的安全等级及重要性系数；u桥涵结构设计分为三个安全等级，设计时不同桥涵应根据所具有的功能、作用及其重要性以重要性系数去体现；u以桥涵结构破坏可能产生的后果的严重程度不同，采用不同的重要性系数；u结构重要性系数(Coefficient for importance of a 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作用效应附加的分项系数；u对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取为1.1、1.0和0.9；u桥涵的抗震设计不考虑结构的重要性系数。3.在作用效应组合时应注意，各种作用并非同时作用于桥涵上，故应根据
12、作用重要性的不同和同时作用的可能性进行适当组合；4.设计不同极限状态的作用效应组合中，各类作用效应应采用不同的作用代表值；u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；u永久作用、偶然作用均采用标准值作为代表值；u可变作用应根据不同的极限状态分别采用：承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值作为可变作用的代表值；正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值；u作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。5.承载能力极限状态基本组合：6.正常使用极限状态作用短期效应组合：作用短期效应组合设计值；第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）取0.7，人群荷载取1.0，风荷载取0.75，温度梯度作用取0.8，其他作用取1.0；7.正常使用极限状态作用长期效应组合：作用长期效应组合设计值；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）取0.4，人群荷载取0.4，风荷载取0.75，温度梯度作用取0.8，其他作用取1.0；