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1、3.1 3.1 永久荷载永久荷载永久荷载：亦亦称称恒恒载载，在在设设计计使使用用期期内内其其值值不不随随时时间变化，或其变化与平均值相比忽略不计。间变化，或其变化与平均值相比忽略不计。永永久久荷荷载载包包括括：结结构构自自重重、桥桥上上附附加加恒恒载载（桥桥面面、人人行行道道及及附附属属设设备备）、作作用用于于结结构构上上的的土土重重及及土土侧侧压压力力、基基础础变变位位影影响响力力、水水浮浮力力、混混凝凝土土收收缩和徐变的影响力等。缩和徐变的影响力等。第1页/共86页对于预应力结构对于预应力结构按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久荷按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久荷载；载；按承载
2、能力极限状态设计时：预加应力不作为荷按承载能力极限状态设计时：预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属永久荷载。永久荷载。规范规范未作明确说明。未作明确说明。各种永久荷载的取值与计算，详见各种永久荷载的取值与计算，详见规范规范条文。条文。第2页/共86页 公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类用三类.公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现
3、的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：最不利效应组合进行设计：只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。方向的最不利的作用效应进行组合。当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组该作用
4、不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。段。多个偶然作用不同时参与组合
5、。多个偶然作用不同时参与组合。第3页/共86页第4页/共86页3.2 3.2 可变荷载可可变变荷荷载载:设设计计使使用用期期内内其其值值随随时时间间变变化化，且且其其变变化化与与平平均均值值相相比比不不可可忽略的荷载。忽略的荷载。(1)(1)基本可变荷载基本可变荷载列车活载列车活载汽车汽车 由列车活载和汽车活载引起的冲击力由列车活载和汽车活载引起的冲击力曲线上的离心力曲线上的离心力由活载引起的土侧压力由活载引起的土侧压力公路桥中的人群荷载公路桥中的人群荷载铁路桥梁的列车横向摇摆力等。铁路桥梁的列车横向摇摆力等。第5页/共86页1 1）列车活载）列车活载列车由机车和车辆组成，机车和车辆类型很多，
6、轴重、轴距各异。为规范设计，我国根据机车车辆轴重、轴距对桥梁不同影响及考虑车辆的发展趋势，制定了中华人民共和国铁路标准活载图式。（简称“中活载”）中活载160km/h、200km/hZK活载250km/h、300km/h以上高速第6页/共86页“ZKZK活载活载”分分标准活载标准活载和和特种活载特种活载第7页/共86页高速暂行规定高速暂行规定：加载时，标准活载计算图式可任意截取单线或双线桥跨：各线均应计入ZKZK活载作用。多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：1 1）按双线在最不利位置承受ZKZK活载，其余线路不承受列车荷载；2 2）所有线路在最不利位置承受7575的ZKZK活载。空车活载按1
7、0kN/m10kN/m计算。“ZKZK活载活载”分分标准活载标准活载和和特种活载特种活载第8页/共86页桥规桥规规定：规定：加载时，标准活载计算图式可任意截取双线桥跨：两线活载之和的90%90%横向稳定检算：空车+最大横向风力为最不利，空车活载标准值为10kN/m10kN/m“中中活载活载”分分普通活载普通活载和和特种活载特种活载第9页/共86页（A A）旧公路标准旧公路标准 设计荷载设计荷载 大量、经常出现的汽车荷载，以车队形式排列。大量、经常出现的汽车荷载，以车队形式排列。汽汽1010级、汽级、汽1515级、汽级、汽2020级、汽级、汽超超2020级级验算荷载验算荷载偶然、个别出现的平板挂
8、车或履带车。偶然、个别出现的平板挂车或履带车。挂挂8080、挂、挂100100、挂、挂120120、履带、履带50502 2）汽车荷载汽车荷载第10页/共86页第11页/共86页v每一车队有一重车，主车数量不限。每一车队有一重车，主车数量不限。v三三、四四行行车车队队时时可可折折减减20%20%和和30%30%，但但不不小小于于两行车队计算的结果。两行车队计算的结果。第12页/共86页第13页/共86页 履带车纵向可考虑多辆行驶，但两车净距不小于履带车纵向可考虑多辆行驶，但两车净距不小于50m50m平板挂车全桥均以通过一辆计算平板挂车全桥均以通过一辆计算平板挂车和履带车荷载应靠中以慢速行驶平板
9、挂车和履带车荷载应靠中以慢速行驶验算时，不考虑冲击力、人群荷载和其它非经常作用在桥上的各种外力。验算时，不考虑冲击力、人群荷载和其它非经常作用在桥上的各种外力。第14页/共86页新桥规新桥规公路工程技术标准公路工程技术标准（JTG B01-JTG B01-20032003）公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范 （JTG JTG D60-2004D60-2004）汽车荷载分为公路汽车荷载分为公路级和公路级和公路级两个等级。级两个等级。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车
10、道荷载；桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。（B B）现行公路标准现行公路标准第15页/共86页新规范新规范 车道荷载的计算图式车道荷载的计算图式Kq P K第16页/共86页第17页/共86页第18页/共86页第19页/共86页第20页/共86页第21页/共86页第22页/共86页 多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。当桥涵设计多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。当桥涵设计车道数车道数2 2时，汽车荷载产生
11、的效应时，汽车荷载产生的效应 应该按表规定的应该按表规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减后的效应不得多车道横向折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。小于两条设计车道的荷载效应。第23页/共86页第24页/共86页第25页/共86页3）冲击力 车车辆辆以以一一定定速速度度过过桥桥时时，由由于于动动力力影影响响，桥桥梁梁实实际际产产生生的的活活载载应应力力和和变变形形大大于于按按活活载载静静重重计计算算所所得的结果，这种动力效应常称为冲击作用。得的结果，这种动力效应常称为冲击作用。构成桥梁动力影响的因素主要有：构成桥梁动力影响的因素主要有：列车以一定速度过桥时引起桥跨
12、振动；列车以一定速度过桥时引起桥跨振动；轮对过钢轨接头时有冲击作用；轮对过钢轨接头时有冲击作用；蒸蒸汽汽机机车车动动轮轮上上的的平平衡衡重重在在随随动动轮轮高高速速旋旋转转中中由由于离心力引起的锤击作用；于离心力引起的锤击作用；桥上轨道竖向和横向不平顺引起桥梁扭转振动；桥上轨道竖向和横向不平顺引起桥梁扭转振动；桥头线路（路面）不平整，车轮不圆等桥头线路（路面）不平整，车轮不圆等 。第26页/共86页 桥梁设计时中以活载静重乘上动力系数来桥梁设计时中以活载静重乘上动力系数来反映这种影响。反映这种影响。铁路桥动力系数铁路桥动力系数 1+1+公路桥冲击系数公路桥冲击系数 动动力力系系数数（或或冲冲击
13、击系系数数）公公式式中中考考虑虑了了不同类型桥跨、跨度和加载长度的影响。不同类型桥跨、跨度和加载长度的影响。第27页/共86页v铁路桥动力系数铁路桥动力系数 1+1+混凝土梁混凝土梁 钢板梁及钢桁梁钢板梁及钢桁梁 第28页/共86页实腹钢筋混凝土拱和石砌拱桥实腹钢筋混凝土拱和石砌拱桥 空腹钢筋混凝土无铰拱桥和系杆拱桥空腹钢筋混凝土无铰拱桥和系杆拱桥 空腹有铰拱桥空腹有铰拱桥第29页/共86页v现行铁路规范铁路桥动力系数现行铁路规范铁路桥动力系数 1+1+简支或连续钢桥跨结构和钢墩台简支或连续钢桥跨结构和钢墩台 钢与钢筋混凝土板构成的结合梁钢与钢筋混凝土板构成的结合梁第30页/共86页v现行铁路
14、规范铁路桥动力系数现行铁路规范铁路桥动力系数 1+1+钢钢筋筋混混凝凝土土的的、混混凝凝土土的的、石石砌砌的的桥桥跨跨结结构构及及涵涵洞洞、刚刚架架桥桥，其其顶顶上上填填土土厚厚度度1.0m1.0m（从从轨轨底底算算起起）时时不不计冲击力。当小于计冲击力。当小于1.0m1.0m时时空腹式钢筋混凝土拱桥的拱圈和拱肋空腹式钢筋混凝土拱桥的拱圈和拱肋第31页/共86页v8585规范规范 公路桥冲击系数公路桥冲击系数 结构种类结构种类冲击系数冲击系数混凝土梁、刚构、拱上构造、混凝土梁、刚构、拱上构造、柱式墩石柱式墩石混凝土拱桥的主拱混凝土拱桥的主拱钢主桁、联合梁、桥面系、钢主桁、联合梁、桥面系、钢墩台
15、等钢墩台等吊桥的主桁、主索或主链、吊桥的主桁、主索或主链、塔架塔架第32页/共86页 新的新的 通用规范通用规范JTG D60JTG D60规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算：规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算：1 1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。的冲击作用。2 2 填料厚度（包括路面厚度）等于或大于填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m0.5m的拱桥、涵洞以及重的
16、拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。力式墩台不计冲击力。3 3 支座的冲击力，按相应的桥梁取用。支座的冲击力，按相应的桥梁取用。4 4 汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 5 5 冲击系数冲击系数可按下式计算：可按下式计算：当当 HzHz时，时，=0.05=0.05 当当1.5Hz 14Hz1.5Hz 14Hz时，时，=0.1767ln=0.1767lnf f0.0157 0.0157 当当 HzHz时，时，=0.45=0.45 式中，式中，f f 为结构基频（为结构基频（HzHz）。）。6 6 汽车荷载的局部加载及在汽车荷载的
17、局部加载及在T T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用用0.30.3。桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。第3
18、3页/共86页4 4）离心力）离心力 车车辆辆在在曲曲线线上上运运行行产产生生离离心心力力。公公路路桥桥上上离离心心力力较较小小，当当曲曲线线半半径径等等于于或或小小于于250m250m时时，才才考考虑虑离离心心力力的的作作用用。离离心心力力等等于于车车辆辆荷荷载载（不不计计动力效应）乘以离心力率动力效应）乘以离心力率离心力率离心力率对铁路荷载对铁路荷载C C不应大于不应大于0.150.15。离心力作用点：离心力作用点：铁路轨顶以上铁路轨顶以上2m2m，公路桥面以上，公路桥面以上1.2m1.2m第34页/共86页5 5）人群荷载）人群荷载公路桥人群荷载一般规定为公路桥人群荷载一般规定为3kN/
19、m3kN/m2 2，城市、郊区行人密集处可为城市、郊区行人密集处可为3.5kN/m3.5kN/m2 2。第35页/共86页（2 2）其他可变荷载）其他可变荷载 包括：制动力或牵引力、风力、温度力、流水压力、水压力和施工荷载等包括：制动力或牵引力、风力、温度力、流水压力、水压力和施工荷载等。对铁路桥梁，人行道荷载归为其他可变荷载。对铁路桥梁，人行道荷载归为其他可变荷载。第36页/共86页1 1）制动力）制动力 制动力制动力 是车辆减速或制动时的惯性力。是车辆减速或制动时的惯性力。方向：方向：与行车方向一致。与行车方向一致。牵引力牵引力 是车辆起动或加速时车辆与路面是车辆起动或加速时车辆与路面 （
20、或钢轨）间作用的摩阻力。（或钢轨）间作用的摩阻力。方向：方向：与行车方向相反。与行车方向相反。作用点：铁路轨顶以上作用点：铁路轨顶以上2m2m，公路桥面以上公路桥面以上1.2m1.2m。但在计算墩台时移至支座中心处，不计因此而产但在计算墩台时移至支座中心处，不计因此而产生的竖向力和力矩。生的竖向力和力矩。第37页/共86页公路公路桥规桥规规定：规定：鉴于车辆不可能全部同时刹车鉴于车辆不可能全部同时刹车 1 1或或2 2车车道道桥桥，制制动动力力按按一一行行汽汽车车车车队队总总重重量量的的 10%10%，但不得小于一辆重车重量的，但不得小于一辆重车重量的30%30%。4 4车道桥为上述数值的两倍
21、。车道桥为上述数值的两倍。第38页/共86页 制制动动力力按按计计算算长长度度内内列列车车竖竖向向静静活活载载标标准准值值的的15%15%计计算算，牵牵引引力力按按加加载载长长度度等等于或小于于或小于30m30m内列车静活载标准值的内列车静活载标准值的30%30%计算，按控制者设计。计算，按控制者设计。当设计桥墩台时，上述制动力和牵引力按当设计桥墩台时，上述制动力和牵引力按10%10%和和15%15%计算，按控制者设计。计算，按控制者设计。当当制制动动力力与与离离心心力力同同时时计计算算时时，制制动动力力或或牵牵引引力力按按列列车车竖竖向向静静活活载载标标准准值值的的5%5%计算。计算。双线按
22、一线计，多线按两线计。双线按一线计，多线按两线计。铁路铁路桥规桥规规定：规定：第39页/共86页2 2）风力）风力基本风压值基本风压值v桥桥规规规规定定，取取平平坦坦空空旷旷地地区区、离离地地面面高高10m10m、重重现现期期为为100100年年的的10min10min的的平平均均最最大大风风速速计计算算基基本本风风压强度。压强度。v铁路横向风荷载标准强度计算公式：铁路横向风荷载标准强度计算公式：第40页/共86页 超静定结构存在多余约束，热胀冷缩将产生内力或支座反力。超静定结构存在多余约束，热胀冷缩将产生内力或支座反力。静定和超静定结构，由于结构不同部位温度不同，内部将产生温差力。静定和超静
23、定结构，由于结构不同部位温度不同，内部将产生温差力。桥桥规规规规定定：结结构构温温度度变变形形受受外外约约束束影影响响引引起起的的温温度度力力按按结结构构平平均均温温度度计计算算。由由于于这这种种温温度度变变化化持持续续时时间间较较长长，对对于于混混凝凝土土结结构构在在温温度度变变化化产产生生内内力力同同时时，混混凝凝土土徐徐变变作作用用使使温温度度影影响响力力减减小小。可可用用折折减弹性模量考虑，去受压弹性模量的减弹性模量考虑，去受压弹性模量的0.60.6倍（公路倍（公路0.70.7倍）。倍）。3 3）温度力）温度力第41页/共86页4 4）铁路桥上人行道荷载）铁路桥上人行道荷载 铁路人行道
24、桥只考虑巡道和维修人员通行，维修时放置钢轨、枕木、道碴等。铁路人行道桥只考虑巡道和维修人员通行，维修时放置钢轨、枕木、道碴等。道碴桥面：离梁中心线道碴桥面：离梁中心线2.45m2.45m内按内按10kPa10kPa计；计；2.45m2.45m以外按以外按4kPa4kPa。活载分项系数取活载分项系数取1.41.4。明桥面：按明桥面：按4kPa4kPa计，活载分项系数取计，活载分项系数取1.11.1。人行道板还应按竖向集中活载人行道板还应按竖向集中活载1.5kN1.5kN检算。检算。设计主梁时人行道活载不与列车活载同时计算。设计主梁时人行道活载不与列车活载同时计算。第42页/共86页5 5）施工荷
25、载）施工荷载 施工荷载是指结构在施工过程中承受的荷载。施工荷载是指结构在施工过程中承受的荷载。包括：自重、人群、架桥机、风载、温度力、吊机或其他机具的荷载及在构件制造、包括：自重、人群、架桥机、风载、温度力、吊机或其他机具的荷载及在构件制造、运送、吊装时作用于构件上的临时荷载。运送、吊装时作用于构件上的临时荷载。第43页/共86页3.3 3.3 偶然荷载偶然荷载 偶然荷载指船只或漂流物（排筏等）撞击力和地震荷载。偶然荷载指船只或漂流物（排筏等）撞击力和地震荷载。第44页/共86页3 3.3 3.1 1 地震力地震力 地震作用分竖直方向和水平方向，经验表明地震的水平运动是导致结构地震作用分竖直方
26、向和水平方向，经验表明地震的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。破坏的主要因素。结构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。地震力大小的决定因素有：地面运动的强烈程度、结构的动力特性、结地震力大小的决定因素有：地面运动的强烈程度、结构的动力特性、结构的质量等。构的质量等。基本烈度：反映地震本身的剧烈程度。基本烈度：反映地震本身的剧烈程度。设计烈度：是由设计者选用的。设计烈度：是由设计者选用的。地震力的计算方法分静力法和动态法地震力的计算方法分静力法和动态法第45页/共86页 静力法是用一个水平方向作用的等效静止静力法是用一个水平方向作用的等效静止荷载表示地震对结构
27、的作用。荷载表示地震对结构的作用。其计算公式如下：其计算公式如下：静力法主要使用于刚度较大结构。静力法主要使用于刚度较大结构。规范规定：挡土墙、桥台用静力法计算地震力。规范规定：挡土墙、桥台用静力法计算地震力。3 3.3 3.2 2 静力法静力法 第46页/共86页 动态法主要有反应谱理论和时程分析法动态法主要有反应谱理论和时程分析法 反应谱理论是一种简化的动态分析法，又称动反应谱理论是一种简化的动态分析法，又称动静法。静法。桥梁抗震规范桥梁抗震规范主要采用这种方法计算地震力。主要采用这种方法计算地震力。对于高墩或特大跨度的桥梁，应同时采用时程分析对于高墩或特大跨度的桥梁，应同时采用时程分析法
28、，取最不利结果。法，取最不利结果。3 3.3 3.3 3 反应谱理论反应谱理论第47页/共86页（1 1）单质点地震力）单质点地震力 第48页/共86页第49页/共86页（2 2）多质点系统地震力）多质点系统地震力 多质点系统由于地震引起的复杂振动可以看作多质点系统由于地震引起的复杂振动可以看作自振振型的迭加。自振振型的迭加。第50页/共86页3 3.3 3.4 4 撞击力撞击力船只或漂流物撞冲力：船只或漂流物撞冲力：撞撞击击力力按按静静力力法法计计算算，假假定定船船筏筏作作用用于于墩墩的的有有效效动动能转化为撞击力能转化为撞击力F F所做的功。其计算公式为：所做的功。其计算公式为：第51页/
29、共86页3.4 3.4 荷载组合荷载组合荷载组合荷载组合 总原则：总原则：凡存在的永久荷载任一项，均应进行组合；凡存在的永久荷载任一项，均应进行组合；凡可能出现的基本可变荷载项，除个别情况外凡可能出现的基本可变荷载项，除个别情况外应进行组合；应进行组合；纵向力与横向力不同时组合；纵向力与横向力不同时组合；对其他可变荷载的组合，根据同时作用的可能对其他可变荷载的组合，根据同时作用的可能性，规范具体规定了某种荷载组合时，哪些荷性，规范具体规定了某种荷载组合时，哪些荷载不同时参与组合。载不同时参与组合。第52页/共86页组合组合：一种或几种永久荷载基本可变荷载；：一种或几种永久荷载基本可变荷载；（主
30、要设计组合）（主要设计组合）组合组合：一种或几种永久荷载基本可变荷载一种或几种其他可变荷载；：一种或几种永久荷载基本可变荷载一种或几种其他可变荷载；（附加设计组合）（附加设计组合）组合组合：一种或几种永久荷载施工荷载一种或几种其他可变荷载相组合；：一种或几种永久荷载施工荷载一种或几种其他可变荷载相组合；（施工验算组合）（施工验算组合）组合组合：一种或几种永久荷载基本可变荷载船撞力（偶然组合）：一种或几种永久荷载基本可变荷载船撞力（偶然组合）组合组合：一种或几种一种或几种（结构重力预应力土压力）地震力（偶然组合）结构重力预应力土压力）地震力（偶然组合）最不利荷载组合控制设计的最不利的工况。最不利
31、荷载组合控制设计的最不利的工况。根据根据桥规桥规，对承载能力极限状态和正常使用极，对承载能力极限状态和正常使用极限状态，可以归纳出以下四类荷载效应组合：限状态，可以归纳出以下四类荷载效应组合：第53页/共86页极限状态设计法极限状态设计法 将要采用的铁路将要采用的铁路桥规桥规是以结构可靠是以结构可靠性理论为基础，采用分项系数表达的概率极限状性理论为基础，采用分项系数表达的概率极限状态设计法。对于有两种或两种以上的可变荷载参态设计法。对于有两种或两种以上的可变荷载参与组合情况，引入荷载效应组合系数对荷载标准与组合情况，引入荷载效应组合系数对荷载标准值进行折减。值进行折减。荷载效应设计值一般计算式
32、和归纳为：荷载效应设计值一般计算式和归纳为：（1 1）一般组合算式）一般组合算式（2 2）桥跨结构荷载分项系数或组合安全系数）桥跨结构荷载分项系数或组合安全系数可在相应的表格中查出。可在相应的表格中查出。第54页/共86页 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：组合，取其最不利效应组合进行设计：只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需做
33、不同受力方向的验算时，的组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用或同时参与组合概率很小的作用,考虑其作用效应的组考虑其作用效应的组合。合。施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作处条件而定，结构上的施
34、工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。多个偶然作用不同时参与组合。多个偶然作用不同时参与组合。第55页/共86页1 1）按承载能力极限状态设计时的组合）按承载能力极限状态设计时的组合 公路桥涵结构的承载能力极限状态设计，按照公路桥涵结构的承载能力极限状态设计，按照可能出现的作用，将其分为两种作用效应组合，即可能出现的作用，将其分为两种作用效应组合，即基本
35、组合和偶然组合。基本组合和偶然组合。基本组合：永久作用设计值效应与可变作用设计值效应基本组合：永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合，这种组合用于结构的常规设计，是所有公路桥涵结的组合，这种组合用于结构的常规设计，是所有公路桥涵结构都应该考虑的。作用设计值为作用的标准值乘以相应的分构都应该考虑的。作用设计值为作用的标准值乘以相应的分项系数。项系数。偶然组合：永久作用标准值、可变作用代表值和一种偶偶然组合：永久作用标准值、可变作用代表值和一种偶然作用标准值的效应组合，视具体情况，也可不考虑可变作然作用标准值的效应组合，视具体情况，也可不考虑可变作用效应参与组合。作用效应偶然组合用于结构在特
36、殊情况下用效应参与组合。作用效应偶然组合用于结构在特殊情况下的设计，所以不是所有公路桥涵结构都要采用的，一些结构的设计，所以不是所有公路桥涵结构都要采用的，一些结构也可采取构造或其他预防措施来解决。也可采取构造或其他预防措施来解决。第56页/共86页 通用规范JTG D60JTG D60规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：1 1 基本组合基本组合 永久作用的设计值效应与可变作永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：第57页/共86页 2 2 偶偶然然组组合合 永永久久作作用用标标准准值值效效
37、应应与与可可变变作作用用某某种种代代表表值值效效应应、一一种种偶偶然然作作用用标标准准值值效效应应相相组组合合。偶偶然然作作用用的的效效应应分分项项系系数数取取1.01.0；与与偶偶然然作作用用同同时时出出现现的的可可变变作作用用，可可根根据据观观测测资资料料和和工工程程经经验验取取用用适适当当的的代代表表值值。地地震震作作用用标标准准值值及及其其表表达达式式按按现现行行公公路路工工程程抗抗震震设计规范设计规范规定采用。规定采用。公路桥涵结构的设计安全等级公路桥涵结构的设计安全等级 注：本表所列特大、大、中桥等系按注：本表所列特大、大、中桥等系按通用规范通用规范JTGD60JTGD60表中的单
38、孔表中的单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准；本表冠以跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准；本表冠以“重要重要”的的大桥和小桥，系指高速公路和一级公路上、国防公路上及城市附近交通繁忙大桥和小桥，系指高速公路和一级公路上、国防公路上及城市附近交通繁忙公路上的桥梁。公路上的桥梁。第58页/共86页 2 2）按正常使用极限状态设计时的效应组合）按正常使用极限状态设计时的效应组合 在公路桥梁结构中，对于需要进行正常使用极限状态设计的结构，需要考虑可变作用的短期效应组合和长期效应组合，其可变作用代表值采用频遇值和准永久值。众所周知，正常使用极限状态设计仅涉及结构构件的抗裂，裂缝宽
39、度和挠度，其结构可靠度要比承载能力极限状态低得多。可变作用的频遇值是指结构上较频繁出现的且量值较大的作用取值，但它比可变作用的标准值小，实际上由标准值乘以小于1.01.0的频遇值系数1 1得到。可变作用的准永久值是指在结构上经常出现的作用取值，但它比可变作用的频遇值又要小一些，实际上是由标准值乘以小于1 1的准永久值系数2 2的得到。通用规范JTG D62JTG D62规定，公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合；第59页/共86页 1 1 作用短期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：2 2 作用长期效应组合 永
40、久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：第60页/共86页第4章 桥梁材料4.14.1钢材钢材4.24.2混凝土混凝土第61页/共86页4.1 钢材结构钢材钢筋第62页/共86页H型钢第63页/共86页钢结构常用钢材其他型钢工字钢、槽钢、圆钢、角钢等 第64页/共86页钢材的分类钢材按化学成分分类钢材是以铁为主要元素，含碳量为0.02%-2.06%，并含有其他元素的合金材料。1.碳素钢低碳钢：C0.25%中碳钢：C=0.25%0.6%高碳钢：C0.6%第65页/共86页2.合金钢低合金钢：合金元素5%中合金钢：合金元素5%10%高合金钢：合金元素10%按品质（杂质含量
41、）分类普通钢：S0.050%；P0.045%优质钢：S0.035%；P0.035%高级优质钢：S0.025%；P0.025%特级优质钢：S0.015%；P0.025%按冶炼时脱氧程度分类沸腾钢；镇静钢；半镇静钢；特殊镇静钢。第66页/共86页建筑钢材的主要技术性能钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的性能。钢材受拉时，在产生应变的同时，相应地产生应变。应力和应变的关系反映出钢材的主要力学特征。低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段（OA）、屈服阶段（AB）、强化阶段（BC）和颈缩阶段（CD）。第67页/共86页第68页/共86页弹性模量：在弹性阶段，应力
42、和应变的比值为常数称为弹性模量。E=/。A点对应的应力称为弹性极限（p）。屈服强度：在屈服阶段，外力不增大，而变形继续增加，这时相应的应力称为屈服极限或屈服强度（s）。抗拉强度：在应力-应变图上，对应于最高点C的应力称为抗拉强度（b）。伸长率、断面收缩率第69页/共86页冲击韧性钢材的冲击韧性越大，抵抗冲击荷载的能力越强。K值与试验温度有关。有些材料常温时冲击韧性不低，破坏时却呈现脆性破坏。耐疲劳性受交变荷载反复作用时，钢材在应力低于屈服强度的情况下突然发生脆性破坏的现象，称为疲劳破坏。钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。实际测量长以2106次应力循环为基准。第70页/共86页工艺
43、性能1.冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度和弯心直径d为指标表示。钢材冷弯时的弯曲角度越大，d/越小，表示冷弯性能越好。2.焊接性能钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。第71页/共86页时效处理冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-20d，或加热至100-200后保持一定时间（2-3h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性进一步降低，弹性模量则基本恢复，这个过程称为时效处理。时效处理有两种方法：（1）自然时效：在常温下存放15-20d。适
44、宜于低强度钢筋。（2）人工时效：加热至100-200后保持一定时间（2-3h）。适宜于高强度钢筋。第72页/共86页第73页/共86页热处理（略）2.5土木工程常用金属材料的性质及应用建筑常用钢种1.碳素结构钢（1）牌号及表示方法 Q195 Q215 Q235 Q255 Q275 例“Q235-A.F”（2）碳素结构钢技术性能与应用 表2-3化学成分 表2-4力学性能 表2-5工艺性能第74页/共86页Q195-强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于扎制薄板和盘条。Q215-基本与Q195相同，强度稍高，大量用作管坯、螺栓。Q235-强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和
45、韧性，可焊性和可加工性也较好，大量用于制作钢筋、型钢和钢板。Q255-强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性差，主要用作铆接或拴接结构，以及钢筋混凝土的配筋。第75页/共86页2.优质碳素结构钢大部分为镇静钢，对有害杂质含量控制严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。31个牌号，如“10F”“45Mn”“30”。性能主要取决于含碳量。含碳量越高，强度高，但塑性和韧性降低。3045主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，45用作预应力混凝土锚具。6580用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。第76页/共86页3.低合金高强度结构钢（1）牌号 Q295 Q345 Q390 Q420 Q460
46、例“Q345B”（2）技术性能与应用表2-6化学成分 表2-7力学性能低合金高强度结构钢与碳素结构钢相比，具有较高的强度，综合性能好。可节约用钢20%30%，对减轻结构自重有利。主要用于扎制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和混凝土结构中，特别适用于各种重要结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。第77页/共86页钢结构用钢1.热扎型钢钢结构常用型钢：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢。型钢规格标记，如“H340*250*9*14”“T248*199*9*14”“L40*5”2.冷弯薄壁型钢（1）结构用冷弯空心型钢（方型F、矩形J）（2）通用冷弯开口型钢（角钢、槽钢等）
47、3.棒材、钢管和板材第78页/共86页混凝土结构用钢钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成。1.热扎钢筋建筑工程用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋砼结构和预应力砼结构的配筋。热扎光圆钢筋HPB235 H(Hot rolled),P(Plain),B(Bars)。热扎带肋钢筋HRB335、HRB400、HRB500 H(Hot rolled),R(Ribbed),B(Bars)。第79页/共86页第80页/共86页HPB235是用Q235扎制的。强度较低，但塑性好，便于弯折成型，易于焊接。广泛用于中小型钢筋砼结构的主要受力钢筋、箍筋，钢、木结构拉杆等；可为冷扎带肋钢筋、冷拔低碳
48、钢丝原材料。HRB335、HRB400用低合金镇静钢和半镇静钢扎制的，以硅、锰为主要固溶强化元素。强度较高，塑性和可焊性均较好。广泛用于大中型钢筋砼结构主筋，经冷拉可作为预应力筋。HRB500用中碳低合金镇静钢扎制的。除硅、锰外，还加入钒或钛为固溶强化元素，使强度提高的同时保证塑性和韧性。主要用于预应力筋。第81页/共86页2.冷扎扭钢筋冷扎扭钢筋是采用低碳钢无扭控冷热扎盘条经砸扁和冷扭转而成的具有连续螺旋状的钢筋。刚度大，不易变形，与混凝土的握裹力大，无需加工直接用于混凝土工程，可节约钢材30%。3.冷扎带肋钢筋冷扎带肋钢筋是由热扎圆盘条冷扎后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二面横肋
49、的钢筋。CRB550 为普通混凝土钢筋d=412mm。CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170为预应力钢筋d=4、5、6mm。第82页/共86页4.预应力混凝土用钢丝预应力混凝土钢丝是以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的。比普通热扎钢筋强度高许多，可节省钢材、减少截面、节省混凝土。主要用于桥梁、吊车梁、大跨度屋架、管桩等预应力钢筋混凝土构件中。5.钢绞线钢绞线是以数根优质碳素结构钢钢丝绞捻和消除应力的热处理而制成。具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应无需接头等优点。适用于大型物价、薄腹梁、大跨度桥梁等负荷大、跨度大的预应力混凝土结构。第83页/共86页铝合金及其制品1.铝及铝合金铝为银白色轻金属，塑性好，但强度较低。纯铝建筑上很少用。铝合金不但强度提高，装饰性、大气稳定性也大大提高，应用广泛。2.铝合金制品通过热挤压、扎制、铸造等工艺，铝合金可被加工成各种门窗、龙骨、压型板、花纹板、管材、型材、棒材。第84页/共86页2.6钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀1.化学腐蚀（氧化反应）2.电化学腐蚀（原电池反应）钢材的防护1.钢材的防腐（1）耐候钢（2）金属覆盖（3）费解金属覆盖（4）混凝土构件防锈（保护层、阻锈剂、镀锌、环氧树脂涂层）2.钢材的防火防火以包覆法为主，防火涂料、不然性板材或混凝土和砂浆包裹等。第85页/共86页感谢您的观看。第86页/共86页