橋梁工程設(shè)計(jì)之偶然作用.ppt

橋梁工程設(shè)計(jì)之偶然作用,偶然作用 : 地震作用; 船只或漂流物（排筏等）撞擊作用; 汽車撞擊作用; 施工荷載力.,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。 * 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)和鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ111)。,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)，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)。,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。,衡量地震規(guī)模的大小一般采用： 震級（magnitude）和烈度（intensity） 震級M,表示地震的強(qiáng)弱，一次地震只有一個(gè)震級。 地震烈度I,表示地震引起的地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度和對工程設(shè)施的破壞程度，一次地震有若干個(gè)烈度。 地震基本烈度：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。,根據(jù)2001年版中國地震動(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。 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)。,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結(jié)構(gòu)的作用。 其計(jì)算公式如下：,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。,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)譜理論是一種簡化的動(dòng)態(tài)分析法，又稱動(dòng)靜法。 橋梁抗震規(guī)范主要采用這種方法計(jì)算地震力。,對于高墩或特大跨度的橋梁，應(yīng)同時(shí)采用時(shí)程分析法，取最不利結(jié)果。,（1）單質(zhì)點(diǎn)地震力,水平地震系數(shù)(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),動(dòng)力放大系數(shù)，表示單質(zhì)點(diǎn)彈性體系在地震作用下的絕對水平加速度與地面最大水平加速度的比值，即以地面最大水平加速度為單位的加速度反應(yīng)譜),（2）多質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)地震力,多質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)由于地震引起的復(fù)雜振動(dòng)可以看作自振振型的迭加。,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)。,目前，撞擊力通常按靜力法計(jì)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。 鐵路規(guī)范計(jì)算公式為：,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。 對近海通行海輪區(qū)域的船舶(噸級從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。,三 汽車撞擊作用,公路橋梁的某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件(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。,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(siteload)的數(shù)值及其對結(jié)構(gòu)的影響可視具體情況分析。,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，針對結(jié)構(gòu)的不同狀況、不同安全等級、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)對結(jié)構(gòu)的共同效果(疊加值)，即作用效應(yīng)組合.,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)營時(shí)可能處于最不利受力狀態(tài)為原則。,對鐵路橋和公路橋，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,注意： 組合中的恒載等并不是表中所列的所有恒載項(xiàng)，而是其中需要參加組合的一項(xiàng)或幾項(xiàng)；對活載、附加力、特殊荷載，也是如此。 僅考慮主力與一個(gè)方向(橫橋向或順橋向)的附加力組合。 鐵路橋的荷載組合是各項(xiàng)荷載效應(yīng)的直接疊加。 上述、也適用于公路橋。,在表31及表32所列的各種作用中，有些作用是不會(huì)同時(shí)發(fā)生的!,就不可同時(shí)參與組合. 例如: 離心力、風(fēng)力與列車橫向搖擺力; 流水壓力與冰壓力; 支座摩阻力與汽車制動(dòng)力等就不可同時(shí)參與組合。 另外，基于最不利原則，當(dāng)某項(xiàng)可變作用對結(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。 多個(gè)偶然作用不同時(shí)參與組合。,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，見表3.7。根據(jù)不同等級，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。,一 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)，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)。 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)防措施來解決。,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 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： 或,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)觀測資料和工程經(jīng)驗(yàn)取用適當(dāng)?shù)拇碇怠?地震作用標(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。,二正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的作用（或荷載）效應(yīng)組合,在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，對于需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)， 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。 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