第二章 重力

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汽车—超20级
100KN、150KN、200KN汽车的平面尺寸
300KN汽车的平面尺寸
2.5 2.5
0.6 级汽车车队的纵向排列(轴重力单位:KN;尺寸单位:m)
1.8
2.5
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第二章 重力、侧压力
基本内容:1重力(结构自重、楼面和屋面活荷载、雪荷载、车辆荷载、吊车荷载等)产生的背景与确定方法 一 重力 gravity 2侧压力(土的侧向压力、水压力等)产生的背景与确定方法
1结构自重
a ) 指组成结构的材料自身重量产生的重力,一般根据结构构件采用材料 路面标高 种类、材料的重力密度及结构构件的设计尺寸计算结构构件自重标准 值:
4 桥梁人群荷载
人群荷载标准值见《公路桥涵设计通用规范》,也可根据实际情况 或参照当地城市桥梁设计规定确定。设有人行道的公路桥梁,在以 汽车荷载计算内力时,应同时考虑人行道上人群荷载
5 雪荷载
雪荷载是有雪地区房屋屋面的主要可变荷载 之一。我国北方寒冷地区及其他大雪地区, 因屋面积雪而导致屋面结构甚至整个结构破 坏的事故时有发生,大跨度结构尤其轻型屋 盖对雪荷载更为敏感
2
Ⅱ当土层特性无变化但有汽车荷载时(β=0),作用在 桥台、挡土墙前后的主动土压力标准值
E
β=0
1 BH ( H 2h) 2
α
θ
式中h—汽车荷载的等效均布土层厚度,计算见《公路 桥涵设计通用规范》 主动土压力的着力点自计算土层底面算起:
C H H 3h 3 H 2h
Ⅲ当土层特性有变化或受水位影响时,宜分层计算土的 侧压力 Ⅳ 几种特殊情况的土压力
Ⅳ 车道荷载
★车道荷载由均布荷载和集中荷载组 成,均布荷载和集中荷载的标准值 应按桥梁的跨径确定,详见《公路 桥涵设计通用规范》(一车道)
Pk
qk
★车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影 响线上,集中荷载作用于相应影响线一个最大影响线峰值处引 起的结构内力按下式计算: M(或Q)=Pymc+qAmc
Pk qk Pk qk
7.5m 1
计算弯矩时,Pk=280kN 计算剪力时,Pk=336kN
qk=10.5kN/m qk=10.5kN/m
作业思考题
工程结构上作用的重力常见 形式及其计算确定方法
汽车—20级 70 130 30 120 140 140 120
1.8
70 130
2.5 1.8
70 130
例2-1 乌鲁木齐市某建筑屋面为拱形屋面,屋面拱高 f=5m,l=18m,求该建筑物屋面雪荷载标准值
解:乌鲁木齐市基本雪压S0=0.8kN/m2 屋面积雪分布系数ur=l/8f=18/(8×5)=0.45 (0.4<ur<1)
f
SK
该建筑屋屋面雪荷载标准值
SK=urS0=0.45×0.8=0.36kN/m2
(1)基本雪压 reference snow pressure
雪压是指单位水平面积上的积雪重量前苏联大部分积雪区的最大 积雪深度超过80厘米,加拿大超过70厘米。我国大部分地区积雪 深度较小,最大积雪深度仅20~30厘米,西北和东北地区积雪较 深,为40~50厘米,最深达到80~90 厘米 ● 基本雪压是指当地空旷平坦地面上,重现期为50年(50年一遇) 的最大雪压
o φ
D E
θ=450+φ/2
o θ θ D E
1 DE 3
q
φ D E
o θ
2 水压力
由水体状态的不同,构筑物所受水的压力分为:静水压力、流水压力和 波浪荷载
(1) 静水压力
静止水体对其接触面产生的压力。液面作用有压强时p0,液面下 任意一点的压强为: p=p0+γwh 式中p0—自由表面压强,工程上采用相对压强,取p0=0 h—计算点的淹没深度m
(2) 主动土压力标准值 Ⅰ当土层特性无变化且无汽车荷载时,作用在桥台、挡 土墙前后的主动土压力标准值 2
β
E
1 BH 2 2

cos ( )
α
式中B—桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度 α—墙背倾斜角 β—墙后填土面的倾角 δ—台背或墙背与填土间的内摩擦角,可取φ/2
sin( ) sin( ) cos2 cos( ) 1 cos( ) cos( )
550KN汽车的平面尺寸
横向布置
城-A级车辆荷载:
车轴编号 1 轴重(KN) 60 轮重(KN) 30 总重(700KN) 2 3 140 140 70 70 4 200 100 5 160 80
城-B级车辆荷载:
车轴编号 轴重(KN) 轮重(KN) 总重(300KN) 1 60 30 2 120 60 3 120 60
● 我国规范是根据全国672个地点的气象台站从建站起到1995年的
概 率 密 度
年最大雪压或雪深资料,经统计得出的50年一遇的最大雪压, 规定为当地的基本雪压 ● 图2-2是我国按50年一遇重现期确定的 基本雪压分布图 ● 全国各主要城市的雪压值见表2-2 ● 对雪荷载敏感的结构,基本雪压应适当 提高
Gik iVi
式中γi—结构构件材料重度kN/m3 Vi—结构构件的体积m3 常用材料和构件的自重见附录,桥梁结构还要 包括结构附加重力(桥面铺装、附属设施重量)
b )
2土的重力
压实填土重力的竖向压力强度标准值可按下 式计算: q h
v
式中γ——土的重力密度kN/m3 图1-2-3 刚架桥 h——计算截面至路面顶的高度m
3 楼面和屋面活荷载 (1)楼面活荷载 楼面和屋面活荷载是建筑结构上作用的主要可变荷载
指房屋中生活或工作的人群、家具用品、设备机械、工具、堆料 等产生的重力荷载
Ⅰ民用建筑楼面均布活荷载
◇民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合系数、频遇值和 准永久值系数见《建筑结构荷载规范》 ◇民用建筑楼面均布活荷载的折减系数
0 s0 年最大雪压 基本雪压的重现期:即若干年内的最大雪压,大于该值的雪压是间隔若干年后 才会出现的, 这个间隔时间称为重现期
(2)屋面的雪压
屋面雪荷载受屋面形式、风 向、屋面散热等各种因素的 影响,屋面水平投影面上的 雪荷载标准值应按下式计算:
α μr
SK=urS0 式中S0—基本雪压kN/m2 ur—屋面积雪分布系数,见表2-3
l
6 车辆荷载 (1) 列车荷载 (2) 汽车荷载 公路、城市桥涵设计的重要可变荷载 Ⅰ汽车荷载等级
首先根据交通量调查资料划分公路等级,然后根据公路等级来选 用汽车荷载等级
公路汽车荷载的等级:
公路等级 汽车荷载等级 高速公路、一级公路 公路—Ⅰ级 二、三、四级公路 公路—Ⅱ级
● 二级公路为干线公路且重型车辆多时,其桥涵设计可采用公 路—Ⅰ级汽车荷载 ● 重型车辆少的四级公路的桥涵设计采用公路—Ⅱ级汽车荷载 车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数,车辆荷载的效应可乘 以0.7的折减系数
Ⅱ工业建筑楼面活荷载
多层工业房屋楼面活载大多由工艺提供,或土建设计人员根据有 关资料自行计算确定 ◇ 一般金工车间、仪器仪表生产车间、半导体器件车间、棉纺 织车间、轮胎厂准备车间粮食加工车间,当资料缺乏时,其 楼面等效均布活荷载按附录C采用 ◇ 在生产使用或安装检修时,由设备、管道、运输工具及可能 拆除的隔墙产生的局部荷载,均应按实际情况考虑,可采用 等效均布活荷载代替(见荷载规范附录B) ◇ 工业建筑楼面(包括工作平台)上无设备区域的操作荷载(包括 操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重)可按均布活荷 载考虑,采用2kN/m2 ◇ 墙、柱和基础一概不考虑按楼层数的折减
城市汽车荷载的等级:
● ● 快速路、主干道采用城—A级(总轴重70t) 次干道及支路采用城—B级(总轴重30t )
Ⅱ 汽车荷载组成
● 车道荷载 桥梁结构的整体计算采用车道荷载
● 车辆荷载
桥梁结构的局部加载 (横隔梁、行 车道板)涵洞、桥台和挡土墙后土压 力的计算采用车辆荷载
Ⅲ 车辆荷载
车辆的立面、平面尺寸和横向布置如 图,公路—Ⅰ级、公路—Ⅱ级汽车荷 载采用相同的车辆荷载标准值 城市城—A级、城—B级标准车辆立 面、平面尺寸和横向布置见《城市桥 梁设计荷载标准 》
h
◆ 作用在平面壁上压力: P=pcA=γwhcA
γ w hc
hc
式中pc—平面A形心C处静水压强kN/m2 hc—平面A形心的淹没深度m
c A
◆ 作用在曲面壁上压力: 为合理确定曲面壁上的静水压力,将它分成水平和垂直分力。 水平分力Px、Py和垂直分力Pz按下式计算: Px=PcAx Py=PcAy Pz=γwV 式中Ax、Ay—曲面A在垂直于x、y轴方向平面上的投影面 积m2 V—曲面与液面所围成液柱的体积m3 作用于曲面的总压力: P
3.6m
1.2m
3.6m
1.2m
6.0m 18.0m
7.2m
4.8m
0.6m
0.6m
0.25m
0.6m
0.25m
0.25m
1.8m
3.0m
0.25m
0.6m
0.6m
0.25m 图1-4-5 城—B级标准车辆纵、平面布置
0.6m
1.8m
0.6m
二 侧压力 lateral pressure
1 土的侧向压力
◇ 由于风的作用和雪滑移屋面雪荷载会随屋面坡度的增加而减少
◇ 由于风漂积作用和雪滑移屋面雪荷载可能出现不均匀分布情况
风的漂积作用:下雪时风会把部分本将飘落在屋面上的雪吹落到附近的地面上 ◇ 设计屋架和拱壳可分别按积雪全跨分布、不均匀分布和半跨的
或其他较低物体上 均匀分布的情况采用 ◇ 设计框架和柱可按积雪全跨的均匀分布的情况采用 ◇ 屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑
y
式中A—影响线图形的面积 mc—横向分布影响系数 ★ 当桥涵设计车道数等于或大于2时,由汽车荷载产生的效应按 多车道折减系数进行折减,但折减后的效应不得小于两设计 车道的荷载效应
横向布置设 计车道数目
2 1
3 0.78
4 0.67
5 0.60
6 0.55
7 0.52
8 0.50
横向折减系数
★ 大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减,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
★设计楼面梁时: 3 2 0.3 住宅、办公楼等房屋或其房间: A>18m A 2时λ应取0.9 当A大于25m 3 0.5 公共建筑或其房间: A>36m2 A 当A大于50m2时λ应取0.9 ★设计墙、柱和基础时: 住宅、办公楼等房屋: 按下表规定采用 公共建筑:应采用与其楼面梁相同的折减系数 计算截面以上层数 计算截面以上楼层活 荷载数总和折减系数 1 1.00 (0.9) 2~3 0.85 4~5 0.70 6~8 0.65 9~20 0.60 >20 0.55
桥台 洪水位 路堤
1
土木工程建造中经常需要各种类型的填土支挡结构物,如图:
桥跨结构 通航水位 低水位 支座
Ep
基础
Ea
墙前移
E0
桥墩 墙后移
锥体 护坡
对于刚性墙当填土性质一定时,根据墙身位移情况,作用于墙背的土压 图1-2-1 桥梁的基本组成 力可分为
(1)静土压力的标准值
在计算倾覆和滑动稳定时,墩、台和挡土墙前侧地面以下不受冲 刷部分土的侧压力可按静土压力计算,任意高度h处的静土压力强 度 ej=ξγh 式中ξ—压实土的静土压力系数ξ=1-sinφ γ—土的重力密度kN/m3 1 若为均质填土,高度H范围内单位宽度的静土压力标准值: E j H 2 H/3 2
计算跨径
纵97
400≤L0<600
0.96
600≤L0<800
0.95
800≤L0<1000
0.94
L0≥1000
0.93
例2-2 某桥梁跨径l=30m,车道宽度:净—7,主梁间距1.6m,汽车荷载等级
为公路—Ⅰ级,试确定计算主梁弯矩和剪力采用的车道荷载标准值
解: 根据跨径及汽车荷载等级,查《公路桥涵设计通用规范》
(2) 屋面活荷载 Ⅰ屋面均布活荷载
房屋建筑屋面沿水平投影面上的均布活荷载标准值见表2-7 屋面均布活荷载不与雪荷载同时组合
Ⅱ屋面积灰荷载
屋面积灰是设计工业建筑,特别是冶金、铸 造、水泥等行业厂房及其邻近建筑所特有的 问题,对于具有一定除尘设施和保证清灰制 度的机械、冶金、水泥等的厂房屋面,其水 平投影面上的屋面积灰荷载应分别按荷载规 范表4.4.1-1、表4.4.1-2采用
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