第一章 钢筋混凝土结构设计原则(3)

2019-05-27 18:12

脆性破坏 5.2 4.7 4.2 注:1.延性破坏指结构破坏前有明显变形或其它预兆;脆性破坏指结构破坏前没有明显

变形或其他预兆;

2.当有充分依据时,各种材料桥梁结构设计规范采用的目标可靠指标,可对本表的 规定制作幅度不超过±0.25的调整。

路面结构的目标可靠指标 表1-4

结构安全等级 目标可靠指标 一级 1.64 二级 1.28 三级 1.04 注:于表中目标可靠指标一级、二级、三级相对应的目标可靠度,分别为95%、90%、85%。 桥梁构件的承载能力极限状态计算的表达式为

?0S?R (1-12) R?R( fd,ad) (1-13)

式中 ?o —桥梁结构的重要性系数,按公路桥涵的设计安全等级,分别取为

1.1(一级),1.0(二级),0.9(三级);桥梁的抗震设计不考虑结构的重要性系数;

S — 作用或荷载效应的组合设计值(汽车荷载要考虑冲击系数),当

进行预应力混凝土连续梁等超静定结构的承载能力极限状态计算时,公式(1-11)中的作用或荷载效应改为?0S??pSp,其中

Sp 为预应力(扣除全部预应力损失后)引起的次效应 ;?p为预应力分项系数,当预应力效应对结构有利时,取?p=1.0;对结构不利时,取?p=1.2;

R — 构件承载力设计值; R(·)—构件承载力函数; fd — 材料强度设计值;

ad— 几何参数设计值,当无可靠数据时,可采用几何参数标准值ak,

及设计文件规定值。

2. 持久状况正常使用极限状态计算

公路桥涵的持久状况设计应按正常使用极限状态的要求,采用作用或荷载的相应组合,对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算,并使各项计算值不超过04年规范规定的限值。

(1)抗裂验算 抗裂计算是将结构或构件作为没有开裂的弹性或弹塑性连续体来考虑的,在此基础上计算结构或构件的应力,并与规定的限值进行比较。 抗裂计算分为正截面抗裂验算和斜截面抗裂验算。 抗裂验算的基本表达式为

?j??g (1-14)

式中,?j— 按规定的作用效应计算得到的构件边缘混凝土法向拉应力(正截面抗

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裂)或主拉应力(斜截面抗裂);

?g— 规范规定的拉应力限值。 (2)裂缝宽度验算 基本表达式为

Wj?Wtk (1-15) 式中 Wi—按规定的作用效应计算得出的裂缝宽度; Wtk— 规范规定的裂缝宽度限值。

(3)挠度验算 挠度验算的关键是结构和构件刚度的计算,有了刚度之后即可按照机构力学或材料力学的变形计算公式验算挠度,并与规定的挠度限值加以比较,其基本表达式为

fj?fg (1-16) 式中,fj— 按照规定的作用效应计算得出的挠度;

fg— 规范规定的挠度限值,一般用跨度的百分比来表示。 3.作用效应组合

(1)作用的分类

作用随时间的变异可分为永久作用、可变作用和偶然作用。

①永久作用:其数值不随时间变化或变化微小,如结构自重、土的重力和侧压力、

预加应力、混凝土收缩及徐变影响力、水的浮力、基础变位作用等;

②可变作用:其数值随时间而变化,如汽车荷载、汽车制动力、人群荷载、风荷载、

温度作用、流水压力等;

③偶然作用:其作用时间短暂,且发生的几率很小,但一旦出现其值很大,如地震、

汽车或船舶的撞击等。见表1-5。

作用分类 表1-5 作用编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 作 用 分 类 永久作用 作 用 名 称 结构重力(包括结构附加重力) 预加力 土的重力 土侧压力 混凝土收缩徐变作用 水的浮力 基础变位作用 汽车荷载 汽车冲击力 汽车离心力 12

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 可 变 作 用 汽车引起的土侧压力 人群荷载 汽车制动力 风荷载 流水压力 冰压力 温度(均匀温度和梯度温度)作用 制作摩阻力 偶 然 作 用 地震作用 船舶或漂流物的撞击作用 汽车撞击作用

(2)作用效应的取值

作用效应的数值是随机变量,为了设计方便,规范需要在大量调研统计的基础上规定作用效应的值,称为标准值,根据作用性质的不同,可以用作用效应的代表值进行设计计算。作用代表值是为了不同的设计目的所采用的规定值。总之,作用标准值和设计值都可以根据规范得到。

规范规定,永久作用应采用标准值作为代表值,对结构自重,可以按照设计尺寸与规定的材料重力密度计算确定标准值。

可变作用的取值比较复杂:在进行极限状态计算时,一般应采用标准值作为代表值进行计算,在进行正常使用极限状态计算时,应采用频遇值(作用在短期效应组合值下得到的值)或准永久值(按长期效应组合得到的值)作为代表值。

偶然作用的标准值是根据调查、试验资料、结合工程经验确定的。 (3)作用效应的组合

设计时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组合,取其最不利效应组合进行设计;

① 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

需作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。 ② 当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时,该作用不应参加组合,

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,按表1-6规定不考虑其作用效应的组合。

可变作用不同时组合表 表1-6 可变作用编号 作 用 名 称 不与该作用同时参与组合的作用编号

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13 15 16 18 汽车制动力 流水压力 冰压力 制作摩阻力 15,16,18 13,16 13,15 13 ①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,底梁受荷为第一阶段,组合梁受荷为第二阶段。 ②多个偶然作用不同时参与组合。

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 基本组合:永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合,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,其效应组合表达式为: ?0Sud??0(??GiSGik??Q1SQ1k??c??QjSQjk) (1-17) 或 ?0Sud??0(?SGid?SQ1d??c?SQjd) (1-18) 式中 Sud — 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值;

?0 — 结构重要性系数,按结构安全等级查表选用; ?Gi—第i个永久作用效应的分项系数,按下表查用:

永久作用效应的分项系数 表1-7 编号 1 混凝土和圬工结构重力(包括结构附加重力) 钢结构重力(包括结构附加重力) 1.1或1.2 2 3 4 5 6 7 预加力 土的重力 混凝土的收缩徐变作用 土侧压力 水的浮力 基础变位作用 混凝土和圬工结 构 钢结构 1.0 1.0 1.2 1.2 1.0 1.4 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.5 作用类别 永久作用效应分项系数 对结构的承载能力不利时 1.2 对结构的承载能力有利时 1.0 i?1?j?2mi?1nj?2mn注:本表编号1中,当钢桥采用钢桥面板时,永久作用效应分项系数取1.1;当采用混凝土桥面板时,取1.2。

SGik、SGid—第i个永久作用效应的标准值和设计值;

?Q1—汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的分项系数,取?Q1?1.4。当某个

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可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时,则该作用取代汽车荷载,其分项系数应采用汽车荷载的分项系数;对专为承受某作用而设置的结构或装置,设计时该作用的分项系数取与汽车荷载系数同值;计算人行道板和人行栏杆的局部荷载,其分项系数也与汽车荷载系数同值;

SQ1k、SQ1d—汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的标准值和设计值;

?Qj—在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)、风荷载外的其

他第j个可变作用效应的分项系数,取?Qj?1.4,但风荷载的分项系数取?Qj?1.1;

SQjk、SQjd—在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)外的其他第j个可变作用效应的标准值和设计值;

?c—在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)外的其他可变荷

载作应效应的组合系数,当永久作拥与汽车荷载和人群荷载(或其他一种可变作用)组合时,人群荷载(或其他一种可变作用)的组合系数取?c=0.8;当除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)外尚有两种其他可变作用参与组合时,其组合系数取?c?0.70;尚有三种可变作用参与组合时,其组合系数取?c?0.60;尚有四种及多于四种作用参与组合时,取?c?0.50。

② 偶然组合 作用效应的偶然组合是指永久作用标准值、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,也可不考虑可变作用效应参与组合。偶然组合用于结构在特殊情况下的设计,不是所用公路桥涵结构都要采用的,有时也可以采用构造或其他方式来解决。偶然作用效应的分项系数取1.0;与偶然作用同时出现的可变作用可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行《公路抗震设计规范》规定采用。

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:

① 作用短期效应组合。该组合是永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合,其效应表达式为:

Ssd??SGik???1jSQjk (1-19) 式中 Ssd — 作用短期效应组合设计值;

i?1j?1mn?1?0.7; ?1j— 第j个可变作用效应的频遇值系数。汽车荷载(不计冲击力)

对人群荷载取1.0,对分荷载取0.75;对温度梯度作用取0.8;其他作用取1.0;

?1jSQjk — 第j个可变作用效应的频遇值。

② 作用长期效应组合。该组合是永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:

Sld??SGik???2jSQjk (1-20)

i?1j?1mn 15

式中 Sld— 作用长期效应组合设计值;

?2j— 第j个可变作用效应的准永久值系数,汽车荷载(不计冲击力)取0.4,

人群荷载取0.4,风荷载0.8,其他取1.0;

?2jSQjk— 第j按作用效应的准永久值。

总之,不同的计算均应按照规范或具体情况的要求,采用不同的作用效应组合和不同的组合系数,构件在吊装运输时,构件重力应乘以相应的动力系数。

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