《荷载与结构设计原理其它作用.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《荷载与结构设计原理其它作用.pptx（42页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、6.1 温度作用1 1、基本概念、基本概念固固体体的的温温度度发发生生变变化化时时，体体内内任任一一点点的的热热变变形形由由于于受受到到周周围围相相邻邻单单元元体体的的约约束束或或固固体体的的边边界界受受其其它它构构件件的的约约束束，使使体内该点形成一定的应力，这个应力称为温度应力。体内该点形成一定的应力，这个应力称为温度应力。2 2、温度作用原理、温度作用原理温度的升高、温度的降低、温差。温度的升高、温度的降低、温差。3 3、例如、例如工业建筑的生产车间屋面板混凝土内部的温度分布；工业建筑的生产车间屋面板混凝土内部的温度分布；各类结构物温度伸缩缝的设置方法以及大小和间距；各类结构物温度伸缩缝
2、的设置方法以及大小和间距；板壳热应力和热应变；板壳热应力和热应变；高层建筑筏板基础的浇捣，水化热升温和散热。高层建筑筏板基础的浇捣，水化热升温和散热。基本概念及温度作用原理第1页/共42页温度应力的计算6.1 温度作用 温度变化引起材料自由膨胀、收缩温度变化引起材料自由膨胀、收缩 材料的变形受到其它构件的约束材料的变形受到其它构件的约束 内力、变形及内力、变形及位移位移静定结构静定结构：温度的变化不引起内力、但引起变形和位移温度的变化不引起内力、但引起变形和位移超静定结构超静定结构：温度的变化引起内力、变形和位移温度的变化引起内力、变形和位移 t(0C)升高升高 l l=t l第2页/共42页
3、温度应力的计算设杆件上边缘温度升高设杆件上边缘温度升高t t1 10 0，下边缘升高，下边缘升高t t2 20 0，且，且t t1 10 0 t t2 20 0 ，并，并沿杆件截面厚度为线性。沿杆件截面厚度为线性。杆件的轴线温度杆件的轴线温度：t0=(h1t2+h2t1)/h杆件上、下边缘温度差杆件上、下边缘温度差：t=t2-t1温度变化时，引起轴向应变温度变化时，引起轴向应变 和曲率和曲率，不引起剪切变形，不引起剪切变形 =t 0=d/ds=(t2-t1)ds/h/ds=t/h 截面上引起的截面上引起的弯矩弯矩M=EI =EI t/hds t1dshh1h2d ds t2ds第3页/共42页
4、结构均匀升（降）温结构均匀升（降）温结构中存在温度差结构中存在温度差超静定结构温度变化产生的内力可根据结构力学超静定结构温度变化产生的内力可根据结构力学原理，变形受到约束从而在结构中产生内力。这原理，变形受到约束从而在结构中产生内力。这也是超静定结构不同于静定结构的特征之一。也是超静定结构不同于静定结构的特征之一。一般可根据变形协调条件，按结构力学方法计算。一般可根据变形协调条件，按结构力学方法计算。温度应力的计算6.1 温度作用第4页/共42页举例举例超静定结构作用效应的计算方法：超静定结构作用效应的计算方法：方法方法1：将多余约束释放，利用温度变形等于约束力变形条件。：将多余约束释放，利用
5、温度变形等于约束力变形条件。方法方法2：将温度变化当做等效力作用与结构。：将温度变化当做等效力作用与结构。第5页/共42页6.2 变形作用 变形变形指指外界因素外界因素的影响使结构被迫发生变形的影响使结构被迫发生变形 地基变形地基变形 结构支座位移结构支座位移 混混凝凝土土徐徐变变、收收缩缩受受内内部部或或外外部部约约束束 结结构构内内力力重重分分布布 地层对地下结构产生反作用力地层对地下结构产生反作用力 地层弹性抗力地层弹性抗力 制造误差等制造误差等 变形作用效应变形作用效应 静静定定结结构构：支支座座移移动动、材材料料收收缩缩、制制造造误误差差等等使使结结构构发发生的变形生的变形不引起内力
6、不引起内力、但、但引起变形和位移引起变形和位移 超超静静定定结结构构：支支座座移移动动、材材料料收收缩缩、制制造造误误差差等等使使结结构构发生的变形发生的变形引起内力、变形和位移引起内力、变形和位移 因而从广义上说，变形作用也是荷载。因而从广义上说，变形作用也是荷载。第6页/共42页变形作用可分为：变形作用可分为：1 1）材料本身的变形：比如混凝土的收缩徐变。）材料本身的变形：比如混凝土的收缩徐变。2 2）结构变形：由于地基承载力不足，发生基础位移产生的变形。）结构变形：由于地基承载力不足，发生基础位移产生的变形。举例：举例：1 1、地基不均匀沉降、地基不均匀沉降2 2、砌体房屋窗脚因集中力产
7、生裂缝、砌体房屋窗脚因集中力产生裂缝3 3、混凝土的收缩徐变、混凝土的收缩徐变混凝土在空气中结硬时期体积随时间的增长会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形称为徐变。第7页/共42页计算方法计算方法按照结构力学超静定结构的内力计算方法计算内力。第8页/共42页6.3 爆炸作用爆炸作用是一种比较复杂的荷载。一般来说，如果在足够小的容积内以极短的时间突然释放出能量，以致产生一个从爆源向有限空间传播出去的一定幅度的压力波，即在该环境内发生了爆炸。从现象来看，只有足够快的和足够强的以致产生一个人们能够听见的空气冲击压力波，才称为爆炸。在日常生活中的爆炸很多，如爆竹
8、、煤气罐爆炸等。爆炸的概念第9页/共42页当爆炸发生在等介质的自由空间时，从爆炸的中心点起，在一定范围内，破坏力能均匀地传播出去，并使在这个范围内的物体粉碎、飞散，使结构进入塑性屈服状态，产生较大的变形和裂缝，甚至局部损坏或倒塌。爆炸的破坏作用大体有以下几个方面：1）震荡作用2）冲击波作用3）碎片作用4）热作用（火灾）第10页/共42页6.3 爆炸作用当当冲冲击击波波与与结结构构物物相相遇遇时时，会会引引起起压压力力、密密度度、温温度度和和质质点点速速度度迅迅速速变变化化，从从而而作作为为一一种种荷荷载载施施加加于于结结构构物物上上，此此荷荷载载是是冲冲击击波波所所遇遇到到的的结结构构物物几几
9、何何形形状状、大大小小和和所所处处位位置置方方位位的的强强函函数数。一一般般来来说说，爆爆炸炸产产生生的的空空气气冲冲击击波波根根据据结结构构物物所所处处地地面面和和地地下下位位置置不不同同，其其作作用用也也不不一一样样，因因此此爆爆炸炸作用应对地面结构和地下结构区分对待。作用应对地面结构和地下结构区分对待。爆炸荷载的计算第11页/共42页1、爆炸冲击波对地面结构物的作用爆炸冲击波对结构产生的荷载主要分为两种，即冲击波超压和冲击波动压。2、爆炸冲击波对地下结构物的作用位于岩土介质中的地下结构物所受到的来自地面爆炸产生的荷载与许多因素有关，主要有：地面空气冲击波压力参数，它引起岩土压缩波向下传播
10、；压缩波在自由场中传播时的参数变化；压缩波遇到结构物时产生反射，这个反射压力取决于波与结构物的相互作用。第12页/共42页1、爆炸冲击波对地面结构物的作用、爆炸冲击波对地面结构物的作用第13页/共42页第14页/共42页2、爆炸冲击波对地下结构物的作用、爆炸冲击波对地下结构物的作用第15页/共42页第16页/共42页第17页/共42页第18页/共42页6.4 浮力作用水水浮浮力力为为作作用用于于建建筑筑物物基基底底面面由由下下向向上上的的水水压压力力，等等于于建建筑筑物物排排开开同同体体积积的的水水重重力力。地地表表水水或或地地下下水水通通过过土土体体孔孔隙隙的的自自由由水水沟沟通通并并传传递
11、递水水压压力力。水水是是否否能能渗渗入入基基底底是是产产生生水水浮浮力力的的前前提提条条件件，因因此此水水浮浮力力与与地地基基土土的的透透水水性性、地地基基与与基基础础的的接接触触状状态和大小以及漫水时间等因素有关。态和大小以及漫水时间等因素有关。第19页/共42页6.5.5 冲击力和撞击力冲击力和撞击力当车辆以正常或较高时速在桥上行使时，由于车辆荷载的快速施加，以及桥面的不平整、车轮不圆、发动机抖动等原因，会引起桥梁结的振动，这种动力效应通常称为冲击作用。这时，对结构的影响是产生冲击力和产生比静荷载更大的挠度。目前对冲击作用还不能作出完全符合实际情况的理论分析和实际计算，只能采用近似方法，即
12、以系数来考虑冲击作用的影响。在在设设计计计计算算中中，汽汽车车荷荷载载的的冲冲击击力力为为汽汽车车荷荷载载乘乘以以冲冲击击系系数数。冲冲击击系系数数与与结结构构的的刚刚度度有有关关，跨跨径径l愈愈大大，刚刚度度愈小，对荷载缓冲作用愈好。愈小，对荷载缓冲作用愈好。公路汽车冲击力第20页/共42页冲击系数是根据在已建成的实桥上所做的振动试验的结构分析整理而确定的。第21页/共42页第22页/共42页6.5.5 冲击力和撞击力冲击力和撞击力铁路列车冲击力第23页/共42页6.5.5 冲击力和撞击力冲击力和撞击力城城市市桥桥梁梁设设计计荷荷载载标标准准（CJJ 7798）规规定定，在在计计算算桥桥上上
13、人人行行人人行行道道栏栏杆杆时时，应应考考虑虑作作用用在在栏栏杆杆上上的的汽汽车车撞撞击击力力。这这时时，防防撞撞栏栏杆杆应应采采用用80 kN横横向向集集中中力力进进行行检检算算，作作用用点点应应在在防撞栏杆板的中心。防撞栏杆板的中心。汽车撞击力第24页/共42页6.6 6.6 制动力制动力车辆制动力和（列车）牵引力列列车车的的制制动动力力或或牵牵引引力力应应按按列列车车竖竖向向静静活活载载的的10%计计算算。但但当当与与离离心心力力或或列列车车竖竖向向动动力力作作用用同同时时计计算算时时，制制动动力力或或牵牵引引力力应应按按列列车车竖竖向向静静活活载载的的7%计算。计算。第25页/共42页
14、6.6 6.6 制动力制动力车辆制动力和（列车）牵引力汽汽车车制制动动力力 汽汽车车刹刹车车时时在在车车轮轮与与路路面面之之间间产产生生的的滑滑动动摩摩擦力擦力 汽汽车车制制动动力力计计算算 公公路路桥桥涵涵设设计计通通用用规规范范JTG JTG D60-2004D60-2004 汽汽车车荷荷载载制制动动力力 按按同同向向行行驶驶的的汽汽车车荷荷载载（不不计计冲冲击击力）计算力）计算 一一个个设设计计车车道道上上由由汽汽车车荷荷载载产产生生的的制制动动力力标标准准值值按按规规范范规规定定的的车车道道荷荷载载标标准准值值在在加加载载长长度度上上计计算算的的总总重重力力的的10%10%计计算算，但
15、但公公路路-I-I级级汽汽车车荷荷载载的的制制动动力力标标准准值值不不得得小小于于165kN165kN；公公路路-II-II级级汽汽车车荷荷载载的的制制动动力力标标准准值值不不得得小小于于90kN90kN。第26页/共42页6.6 6.6 制动力制动力车辆制动力和（列车）牵引力 同同向向行行驶驶双双车车道道的的汽汽车车荷荷载载制制动动力力标标准准值值为为一一个个车车道道制制动动力标准值的力标准值的2 2倍；倍；同同向向行行驶驶三三车车道道的的汽汽车车荷荷载载制制动动力力标标准准值值为为一一个个车车道道制制动动力标准值的力标准值的2.342.34倍；倍；同同向向行行驶驶四四车车道道的的汽汽车车荷
16、荷载载制制动动力力标标准准值值为为一一个个车车道道制制动动力标准值的力标准值的2.682.68倍倍 汽车制动力的作用位置汽车制动力的作用位置 一般制动力的着力点在桥面以上一般制动力的着力点在桥面以上1.2m1.2m处；处；计算墩台时计算墩台时 不计由此产生的竖向力和弯矩不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至支座中心或支座底座面上制动力可移至支座中心或支座底座面上 计算刚构桥、拱桥时计算刚构桥、拱桥时 不计由此产生的竖向力和弯矩不计由此产生的竖向力和弯矩制动力可移至桥面上制动力可移至桥面上第27页/共42页6.6 6.6 制动力制动力在工业厂房中，常设有吊车用来起吊重物。吊车在启动和运行中的刹车
17、都会产生制动力。吊车制动力分为纵向制动力和横向制动力两种。惯性力为运行重量与运行加速度的乘积，但必须通过制动轮与钢轨间的摩擦传递给厂方结构。因此，吊车的水平制动力取决于制动轨的轮压和它与钢轨间的滑动摩擦系数，滑动摩擦系数一般可取0.14。纵向制动力是指吊车沿厂房纵向启动或制动时，由吊车自重和吊重的惯性力所产生的水平荷载。横向制动力是指荷载有额定最大起重量的小车，沿厂房横向启动或制动时，由于吊重和小车的惯性力而产生的水平荷载。吊车制动力第28页/共42页WG+Q Pmax Pmin横向水平制动力横向水平制动力横向水平制动力横向水平制动力L第29页/共42页 吊车竖向荷载（标准值）吊车竖向荷载（标
18、准值）当当吊吊车车起起重重量量达达额额定定起起重重量量（Q Q），且且小小车车行行使使到到大大车车桥桥一一端端的的极极限限位位置置时时，吊吊车车轮轮子子作作用用于于该该边边柱柱吊吊车车梁梁轨轨道道上上的的压压力力达达最最大大最最大大轮轮压压P Pmaxmax ；此此时时另另一一端端轨轨道道上上的的轮轮压压达达最最小小 最最小小轮轮压压P Pminmin。（图）（图）2(2(P Pmaxmax+P Pmin min )=(G+Q)+W)=(G+Q)+W 吊车横向水平制动力吊车横向水平制动力-小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力 （图
19、）（图）小车总制动力小车总制动力 T T0 0=N N(G+Q)/2(G+Q)/2 每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载：每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载：T Tx x=T T0 0/4=/4=N N/8/8 (G+Q)=(G+Q)=N N (G+Q)(G+Q)N N 制动系数制动系数，按，按GB50009-2001GB50009-2001取用取用 软钩吊车：软钩吊车：当吊车额定起重量当吊车额定起重量Q Q 10t10t时时,N N=0.12=0.12 当吊车额定起重量当吊车额定起重量Q=16Q=16 50t50t时时,N N=0.10=0.10 当吊车额定起重量当吊车额定起重量Q Q 757
20、5t t时时,N N=0.08=0.08 硬钩吊车：硬钩吊车：N N=0.20=0.20第30页/共42页第31页/共42页6.7 6.7 离心力离心力离心力存在于结构有圆弧工作面的情况，比如离心力存在于结构有圆弧工作面的情况，比如曲线桥梁、曲线路面。曲线桥梁、曲线路面。位于曲线上的桥梁，当曲率半径小于位于曲线上的桥梁，当曲率半径小于250m时，时，需考虑车辆离心力的作用。离心力等于车辆重需考虑车辆离心力的作用。离心力等于车辆重力力P（不计冲击力）乘以离心力系数（不计冲击力）乘以离心力系数C，即，即第32页/共42页6.8 6.8 预加力预加力以以特特定定的的方方式式在在结结构构的的构构件件上
21、上预预先先施施加加的的、能能产产生生与与构构件件所所承承受受的的外外荷荷载载效效应应相相反的应力状态的力称为预加力。反的应力状态的力称为预加力。预加应力的概念第33页/共42页6.8 6.8 预加力预加力1、外部预加力和内部预加力、外部预加力和内部预加力2、先张法预加力和后张法预加力、先张法预加力和后张法预加力3、预弯梁预加力、预弯梁预加力预加应力的方法第34页/共42页第35页/共42页 先张法先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度ltr
22、才能完成。先张法 先张法预应力土构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。第36页/共42页先张法 TA.施工工序：施工工序：1）固定台座，放上预应力筋；）固定台座，放上预应力筋；2）用千斤顶张拉钢筋，用夹具将预应力筋固定；）用千斤顶张拉钢筋，用夹具将预应力筋固定；3）浇筑混凝土、养护（特定的养护）、缩短施工周期；）浇筑混凝土、养护（特定的养护）、缩短施工周期；4）混凝土强度达到一定强度（）混凝土强度达到一定强度（75%以上设计强度）切以上设计强度）切断钢筋或放松钢筋通过钢筋与混凝土之间的粘结力，对断钢筋或放松钢筋通过钢筋与混凝土之间的粘结力，对混凝土产生挤压力。混凝土产生挤压力。B.
23、优点：优点：1）张拉工序简单）张拉工序简单2）不需放置永久性锚具）不需放置永久性锚具3）批量生产）批量生产C.缺点：缺点：1）需成批钢模，养护池，一次性投资大）需成批钢模，养护池，一次性投资大2）适用于直线型布筋，对于曲线布置预应力筋情况较）适用于直线型布筋，对于曲线布置预应力筋情况较困难困难第37页/共42页后张法后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。后张法后张法第38页/共42页后张法 T A.施工工序：施工工序：1）浇筑混凝土，预留钢筋孔道和灌浆孔）浇筑混凝土，预留钢筋孔道和灌浆孔2）混凝土达到一定强度之后，钢筋穿过孔道，
24、并张拉）混凝土达到一定强度之后，钢筋穿过孔道，并张拉钢筋，同时混凝土受压，达到一定的拉应力后，用锚具钢筋，同时混凝土受压，达到一定的拉应力后，用锚具锚固钢筋，锚具不再取下锚固钢筋，锚具不再取下.3）孔道内灌浆，成有粘力的预应力构件；或不灌浆，）孔道内灌浆，成有粘力的预应力构件；或不灌浆，为无粘结力的预应力构件为无粘结力的预应力构件B.优点：优点：1）后张法直接在构件上张拉，可布置钢筋的形状多样）后张法直接在构件上张拉，可布置钢筋的形状多样2）适用于现场制作，块体拼接，特殊结构）适用于现场制作，块体拼接，特殊结构C.缺点：缺点：1）永久性锚具用量大）永久性锚具用量大2）工序复杂，施工周期长）工序复杂，施工周期长第39页/共42页第40页/共42页兰州大学第41页/共42页感谢您的观看。第42页/共42页