第3讲第一篇第三章作用(二)可变作用
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2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
第一节 桥梁作用分类
1、作用定义： 2、分类（设计规范） 永久作用 可变作用 偶然作用 3、作用分类表见书。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
第二节 作用的选定和作用效应组合
• • • • 一、作用代表值 分类：作用标准值、准永久值和频遇值。 二、作用效应组合： 最不利效应组合
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
E、特殊 • 汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的 冲击系数采用1.3。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（四）离心力
• • • • • • • • 1、条件：弯道桥的曲线半径等于或小于250m。 2、计算方法： （1）公式： 车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数 C 计算。 V2 C 127 R （2）规定： 计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，车辆荷载 标准值应乘以本规范规定的横向折减系数。 （3）着力点 桥面以上1.2m处（为计算简便也可移至桥面上， 不计由此引起的作用效应）。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
课堂作业：
• 例题：20米标准跨径梁在公路II级汽车荷载等级情况下 • 车道荷载集中荷载PK标准值＝？
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主讲人 ： 王丽荣
5、车辆荷载
• 规定： • （1）车辆荷载的立面、平面尺寸主要技术指标有 规定。
• （2）公路—I级和公路—II级汽车荷载采用相同的 车辆荷载标准值。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（1）地震力
• A、地震动峰值加速度等于0.10g、0.15 g、0.20 g、 0.30 g地区的公路桥涵，应进行抗震设计。 • B、地震动峰值加速度大于或等于0.40 g地区的公路 桥涵，应进行专门的抗震研究和设计。 • C、地震动峰值加速度小于或等于0.05 g地区的公路 桥涵，除有特殊要求者外，可采用简易设防。
31050
71700
35850
80200
40100
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
B、作用点
• 1、内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线 以上2m的桥墩宽度或长度的中点。 • 2、海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。漂流物 的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的 中点。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（三）汽车冲击力
1、冲击作用原因 （1）速度较高，突然 （2）路面不平 （3）车轮不圆 （4）发动机抖动
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
2、规定
• （1）影响因素 • 目前规范规定与桥型及跨径有关。跨径越大冲击 系数越小。 • （2）范围 • A、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，应计算汽车的冲击作用。 • B、填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、 涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 •
主讲人 ： 王丽荣
（九）冰压力
• 1、计算：标准值 • 2、桩或墩迎冰面形状系数
平 面 1.00 圆弧 形 0.90 45° 0.54
Fi mCt btRik
尖角形的迎冰面角度 60° 0.59 75° 0.64 90° 0.69 120° 0.77
• 3、构造： • （1）建筑物受冰作用的部位宜采用实体结构。对于具有强烈流 冰的河流中的桥墩、柱，其迎冰面宜做成圆弧形、多边形或尖角， 并做成3：1~10：1（竖：横）的斜度，在受冰作用的部位宜缩小 其迎冰面投影宽度。 • （2）对流冰期的设计高水位以上 0.5m 到设计低水位以下 1.0m的 部位宜采取抗冻性混凝土或花岗岩镶面或包钢板等防护措施--破 冰棱体。同时，对建筑物附近的冰体采取适宜的使冰体减小对结 物作用力的措施。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（3）车辆的布置——按桥梁宽度确定车道数
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（4）车辆荷载的折减
横向折减系数 横向布置 车队数 横向折减 系数 3 4 5 6 7 8
0.78 0.67 0.60 0.55 0.52 0.50
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
制动力计算规定：
• 1、一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值为车道 荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算。 • 但公路—I级汽车荷载的制动力标准值不得小于 165kN； • 公路—Ⅱ级汽车荷载的制动力标准值不得小于 90kN；。 • 同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计 车道制动力标准值的两倍； • 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。 • 2、汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力） 计算，并应按表3-13的规定，以使桥梁墩台产生最不利纵 向力的加载长度进行纵向折减。
六 七
300
100 50
400
250 150
350
200 125
船舶吨级DWT（t）
3000
5000
7500
10000
20000
30000
40000
50000
横桥向撞击作用kN）
顺桥向撞击作用(kN)
19600
9800
25400
12700
31000
15500
35800
17900
50700
25350
62100
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
D、对于简支梁桥
f
2l 2
EI c mc
mc G / g
式中 l—结构的计算跨径（m）； • E—结构材料的弹性模量（N/m2）； • Ic—结构跨中截面的截面惯矩（m4）； • mc—结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计 算时，其单位应为（N· s/m2）； • G—结构跨中处延结构重力（N/m）； • g—重力加速度g=9.81（m/s2）。
桥梁工程
土木与建筑工程学院 2011年3月7日
第4 讲
• 教学内容：
第三章
作用及效应组合作用
• 1、掌握桥梁设计作用分类及作用效应组合：∨ • • • • • • • • • 2、了解永久作用的计算方法：∨ 3、掌握可变作用的计算方法； 4、了解偶然作用的计算方法。 重 点： 1、桥梁设计作用代表值； 2、可变作用中汽车荷载及其影响力的计算，人群荷载的选取。 难 点： 1、桥梁设计作用代表值； 2、汽车荷载及其影响力的计算。 课堂作业：
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主讲人 ： 王丽荣
（一）汽车荷载
1、汽车荷载等级 • 公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级两个等级。 2、汽车荷载组成:车道荷载和车辆荷载。 （1）车道荷载:均布荷载和集中荷载组成。 桥梁结构的整体计算采用车道荷载。 （2）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。 （3）规定：车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。 •
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
第三节 作用的规定与计算
• • • • • • • • 一、永久作用 （一）定义 （二）分类：7种 （三）计算方法 （四）特殊 1、预加力 2、水的浮力
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
二、可变作用
• （一）定义： • 可变作用是指在结构使用期间，其量值随时间 变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。 • （二）分类：11种 • 见书。
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
ห้องสมุดไป่ตู้
总结： • 11种可变作用。 • 以中小跨径桥梁出现概率大的为主。
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主讲人 ： 王丽荣
三、偶然荷载
• 1、定义：偶然作用是指在结构使用期间出现的概率 很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。 • 2、分类： （1）地震力 （2）船只或漂流物撞击力 （3）汽车的撞击作用：新的
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主讲人 ： 王丽荣
（二）人群荷载
规定： 1、公路桥涵3kN/m2，城市郊区3.5kN/m2 2、人群荷载只与计算荷载同时考虑。 3 、人行道板 —— 以 1.2kN集中竖向力作用在一块板上 进行验算。 4、计算栏杆——水平推力0.75kN/m，作用在栏杆柱顶， 竖向力1kN／m，作用在上部扶手。
主讲人 ： 王丽荣
（八）流水压力
• 1、计算：标准值 • 2、桥墩形状系数：
桥 墩 形 状 方形桥墩 矩形桥墩（长边与水流平行） 圆形桥墩
Fw KA
V 2
2g
桥 墩 形 状 系 数 K 1.5 1.3 0.8 桥 墩 形 状 尖端形桥墩 圆端形桥墩 K 0.7 0.6
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
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主讲人 ： 王丽荣
3、汽车荷载的选用及布载规定 ——按公路的等级
公路等级
高速公路
一级公路
二公路
三级公路
四级公路
汽车荷载等级
公路—I级
公路—I级
公路—II级
公路—II级
公路—II级
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土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
4、车道荷载的计算
• （1）图式见图。 • （2）公路—I级车道荷载 • A、均布荷载 标准值 为qK=10.5kN/m； • B、集中荷载标准值按以下规定选取： • 桥梁计算跨径小于或等于5m时，PK=180kN； • 桥梁计算跨径等于或大于50m时，PK=360kN； • 桥梁计算跨径在5m~50m之间时，PK值采用直线内 插求得。 • C、计算剪力效应时，上述集中荷载标准值 PK应乘 以1.2的系数。
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主讲人 ： 王丽荣
（3）计算：粗略近似 • A、支座的冲击力，按相应的桥梁取用。 • B、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μ。 • C、理论上应与结构自振频率有关，冲击系数μ可按下 式计算： • 当f＜1.5HZ时， μ=0.05 • 当1.5HZ≤f≤14HZ时， μ=0.1767lnf—0.0157 • 当f＞14 HZ时 μ=0.45 • 式中： f——结构基频（HZ）。结构基频宜采用有限 元方法计算
2011年3月7日
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主讲人 ： 王丽荣
（2）船只或漂流物撞击力 • A、位于通航河流力：内河上和海
内河航道等级 船舶吨级DWT（t） 横桥向作用（kN） 顺桥向作用（kN）
一
二 三 四
3000
2000 1000 500
1400
1100 800 550
1100
900 650 450
五
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主讲人 ： 王丽荣
（七）风荷载标准值
• • • • •
1、规定：横、纵桥向风荷载分别计算，但仅取一个方向。 2、规范公式计算得到标准值。 3、横最主要，纵后计算。 4、桥台不计。 5、作用点在各部分形心处，后向下分配，参考制动力。
•
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主讲人 ： 王丽荣
（五）汽车荷载引起的土压力
规定：采用车辆荷载加载。
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主讲人 ： 王丽荣
（六）汽车制动力：属于车辆荷载影响力
• 1、定义 • 制动力：当汽车在桥上刹车时，车轮和路面之间将产 生一种水平的滑动摩擦力，称车辆制动力。 • 2、制动力大小：非全部重力乘以摩擦系数，规定。 • 3、制动力方向：行车方向。 • 4、着力点：在桥面以上1.2m处，可移但不计弯矩。
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土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
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土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（十）温度影响力
•
后连续梁计算时讲。
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主讲人 ： 王丽荣
（十一）支座摩阻力
• 1、定义：温度变化，活动支座接触面上，水平方向 的摩阻力。 • 2、计算：F=μV • 式中：V —作用于活动支座的竖向反力； • μ一支座的摩阻系数，油毛毡垫层μ=0.6；橡 胶与混凝土间的摩阻系数μ=0.3 ；橡胶与钢板间的 摩阻系数μ=0.2。
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主讲人 ： 王丽荣
• （3）公路—II级车道荷载的均布荷载标准值 qK和集中 荷载标准值PK按公路—I级车道荷载的0.75倍采用。 • （4）车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生 最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用 于相应影响线中一个最大影响线峰值处。
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主讲人 ： 王丽荣
第一节 桥梁作用分类
1、作用定义： 2、分类（设计规范） 永久作用 可变作用 偶然作用 3、作用分类表见书。
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主讲人 ： 王丽荣
第二节 作用的选定和作用效应组合
• • • • 一、作用代表值 分类：作用标准值、准永久值和频遇值。 二、作用效应组合： 最不利效应组合
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主讲人 ： 王丽荣
E、特殊 • 汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的 冲击系数采用1.3。
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主讲人 ： 王丽荣
（四）离心力
• • • • • • • • 1、条件：弯道桥的曲线半径等于或小于250m。 2、计算方法： （1）公式： 车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数 C 计算。 V2 C 127 R （2）规定： 计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时，车辆荷载 标准值应乘以本规范规定的横向折减系数。 （3）着力点 桥面以上1.2m处（为计算简便也可移至桥面上， 不计由此引起的作用效应）。
2011年3月7日
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主讲人 ： 王丽荣
课堂作业：
• 例题：20米标准跨径梁在公路II级汽车荷载等级情况下 • 车道荷载集中荷载PK标准值＝？
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5、车辆荷载
• 规定： • （1）车辆荷载的立面、平面尺寸主要技术指标有 规定。
• （2）公路—I级和公路—II级汽车荷载采用相同的 车辆荷载标准值。
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主讲人 ： 王丽荣
（1）地震力
• A、地震动峰值加速度等于0.10g、0.15 g、0.20 g、 0.30 g地区的公路桥涵，应进行抗震设计。 • B、地震动峰值加速度大于或等于0.40 g地区的公路 桥涵，应进行专门的抗震研究和设计。 • C、地震动峰值加速度小于或等于0.05 g地区的公路 桥涵，除有特殊要求者外，可采用简易设防。
31050
71700
35850
80200
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B、作用点
• 1、内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线 以上2m的桥墩宽度或长度的中点。 • 2、海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。漂流物 的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的 中点。
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主讲人 ： 王丽荣
（三）汽车冲击力
1、冲击作用原因 （1）速度较高，突然 （2）路面不平 （3）车轮不圆 （4）发动机抖动
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主讲人 ： 王丽荣
2、规定
• （1）影响因素 • 目前规范规定与桥型及跨径有关。跨径越大冲击 系数越小。 • （2）范围 • A、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，应计算汽车的冲击作用。 • B、填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、 涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 •
主讲人 ： 王丽荣
（九）冰压力
• 1、计算：标准值 • 2、桩或墩迎冰面形状系数
平 面 1.00 圆弧 形 0.90 45° 0.54
Fi mCt btRik
尖角形的迎冰面角度 60° 0.59 75° 0.64 90° 0.69 120° 0.77
• 3、构造： • （1）建筑物受冰作用的部位宜采用实体结构。对于具有强烈流 冰的河流中的桥墩、柱，其迎冰面宜做成圆弧形、多边形或尖角， 并做成3：1~10：1（竖：横）的斜度，在受冰作用的部位宜缩小 其迎冰面投影宽度。 • （2）对流冰期的设计高水位以上 0.5m 到设计低水位以下 1.0m的 部位宜采取抗冻性混凝土或花岗岩镶面或包钢板等防护措施--破 冰棱体。同时，对建筑物附近的冰体采取适宜的使冰体减小对结 物作用力的措施。
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主讲人 ： 王丽荣
（3）车辆的布置——按桥梁宽度确定车道数
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主讲人 ： 王丽荣
（4）车辆荷载的折减
横向折减系数 横向布置 车队数 横向折减 系数 3 4 5 6 7 8
0.78 0.67 0.60 0.55 0.52 0.50
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主讲人 ： 王丽荣
制动力计算规定：
• 1、一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值为车道 荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算。 • 但公路—I级汽车荷载的制动力标准值不得小于 165kN； • 公路—Ⅱ级汽车荷载的制动力标准值不得小于 90kN；。 • 同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计 车道制动力标准值的两倍； • 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。 • 2、汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力） 计算，并应按表3-13的规定，以使桥梁墩台产生最不利纵 向力的加载长度进行纵向折减。
六 七
300
100 50
400
250 150
350
200 125
船舶吨级DWT（t）
3000
5000
7500
10000
20000
30000
40000
50000
横桥向撞击作用kN）
顺桥向撞击作用(kN)
19600
9800
25400
12700
31000
15500
35800
17900
50700
25350
62100
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主讲人 ： 王丽荣
D、对于简支梁桥
f
2l 2
EI c mc
mc G / g
式中 l—结构的计算跨径（m）； • E—结构材料的弹性模量（N/m2）； • Ic—结构跨中截面的截面惯矩（m4）； • mc—结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计 算时，其单位应为（N· s/m2）； • G—结构跨中处延结构重力（N/m）； • g—重力加速度g=9.81（m/s2）。
桥梁工程
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第4 讲
• 教学内容：
第三章
作用及效应组合作用
• 1、掌握桥梁设计作用分类及作用效应组合：∨ • • • • • • • • • 2、了解永久作用的计算方法：∨ 3、掌握可变作用的计算方法； 4、了解偶然作用的计算方法。 重 点： 1、桥梁设计作用代表值； 2、可变作用中汽车荷载及其影响力的计算，人群荷载的选取。 难 点： 1、桥梁设计作用代表值； 2、汽车荷载及其影响力的计算。 课堂作业：
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（一）汽车荷载
1、汽车荷载等级 • 公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级两个等级。 2、汽车荷载组成:车道荷载和车辆荷载。 （1）车道荷载:均布荷载和集中荷载组成。 桥梁结构的整体计算采用车道荷载。 （2）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。 （3）规定：车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。 •
2011年3月7日
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主讲人 ： 王丽荣
第三节 作用的规定与计算
• • • • • • • • 一、永久作用 （一）定义 （二）分类：7种 （三）计算方法 （四）特殊 1、预加力 2、水的浮力
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主讲人 ： 王丽荣
二、可变作用
• （一）定义： • 可变作用是指在结构使用期间，其量值随时间 变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。 • （二）分类：11种 • 见书。
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总结： • 11种可变作用。 • 以中小跨径桥梁出现概率大的为主。
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三、偶然荷载
• 1、定义：偶然作用是指在结构使用期间出现的概率 很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。 • 2、分类： （1）地震力 （2）船只或漂流物撞击力 （3）汽车的撞击作用：新的
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（二）人群荷载
规定： 1、公路桥涵3kN/m2，城市郊区3.5kN/m2 2、人群荷载只与计算荷载同时考虑。 3 、人行道板 —— 以 1.2kN集中竖向力作用在一块板上 进行验算。 4、计算栏杆——水平推力0.75kN/m，作用在栏杆柱顶， 竖向力1kN／m，作用在上部扶手。
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（八）流水压力
• 1、计算：标准值 • 2、桥墩形状系数：
桥 墩 形 状 方形桥墩 矩形桥墩（长边与水流平行） 圆形桥墩
Fw KA
V 2
2g
桥 墩 形 状 系 数 K 1.5 1.3 0.8 桥 墩 形 状 尖端形桥墩 圆端形桥墩 K 0.7 0.6
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主讲人 ： 王丽荣
3、汽车荷载的选用及布载规定 ——按公路的等级
公路等级
高速公路
一级公路
二公路
三级公路
四级公路
汽车荷载等级
公路—I级
公路—I级
公路—II级
公路—II级
公路—II级
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4、车道荷载的计算
• （1）图式见图。 • （2）公路—I级车道荷载 • A、均布荷载 标准值 为qK=10.5kN/m； • B、集中荷载标准值按以下规定选取： • 桥梁计算跨径小于或等于5m时，PK=180kN； • 桥梁计算跨径等于或大于50m时，PK=360kN； • 桥梁计算跨径在5m~50m之间时，PK值采用直线内 插求得。 • C、计算剪力效应时，上述集中荷载标准值 PK应乘 以1.2的系数。
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土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（3）计算：粗略近似 • A、支座的冲击力，按相应的桥梁取用。 • B、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μ。 • C、理论上应与结构自振频率有关，冲击系数μ可按下 式计算： • 当f＜1.5HZ时， μ=0.05 • 当1.5HZ≤f≤14HZ时， μ=0.1767lnf—0.0157 • 当f＞14 HZ时 μ=0.45 • 式中： f——结构基频（HZ）。结构基频宜采用有限 元方法计算
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（2）船只或漂流物撞击力 • A、位于通航河流力：内河上和海
内河航道等级 船舶吨级DWT（t） 横桥向作用（kN） 顺桥向作用（kN）
一
二 三 四
3000
2000 1000 500
1400
1100 800 550
1100
900 650 450
五
2011年3月7日
土木与建筑工程学院
主讲人 ： 王丽荣
（七）风荷载标准值
• • • • •
1、规定：横、纵桥向风荷载分别计算，但仅取一个方向。 2、规范公式计算得到标准值。 3、横最主要，纵后计算。 4、桥台不计。 5、作用点在各部分形心处，后向下分配，参考制动力。
•
2011年3月7日
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2011年3月7日
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（五）汽车荷载引起的土压力
规定：采用车辆荷载加载。
2011年3月7日
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主讲人 ： 王丽荣
（六）汽车制动力：属于车辆荷载影响力
• 1、定义 • 制动力：当汽车在桥上刹车时，车轮和路面之间将产 生一种水平的滑动摩擦力，称车辆制动力。 • 2、制动力大小：非全部重力乘以摩擦系数，规定。 • 3、制动力方向：行车方向。 • 4、着力点：在桥面以上1.2m处，可移但不计弯矩。
2011年3月7日
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主讲人 ： 王丽荣
2011年3月7日
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（十）温度影响力
•
后连续梁计算时讲。
2011年3月7日
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主讲人 ： 王丽荣
（十一）支座摩阻力
• 1、定义：温度变化，活动支座接触面上，水平方向 的摩阻力。 • 2、计算：F=μV • 式中：V —作用于活动支座的竖向反力； • μ一支座的摩阻系数，油毛毡垫层μ=0.6；橡 胶与混凝土间的摩阻系数μ=0.3 ；橡胶与钢板间的 摩阻系数μ=0.2。
2011年3月7日
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• （3）公路—II级车道荷载的均布荷载标准值 qK和集中 荷载标准值PK按公路—I级车道荷载的0.75倍采用。 • （4）车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生 最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用 于相应影响线中一个最大影响线峰值处。