其它荷载与作用2014

其它荷载与作用 第一节 温度作用
四、桥梁结构的温度作用
气温变化：常年的气温变化导致桥梁沿纵向均匀地位移，
这种位移不产生结构内力，只有当结构的位移受到约束时才 会引起温度次应力。（均匀温度作用）
结构温差：由于太阳的辐射，使结构沿高度方向形成非线
性的温度梯度，导致结构产生次应力。（梯度温度作用） 沿桥梁横向也存在梯度温度，由于影 响小，设计时不再计及其作用。
其它荷载与作用 第一节 温度作用
（2）构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。
①简支屋面梁，在日照作用 下屋面温度高于室内温度， 简支梁沿梁高受到不均匀温 差作用，产生翘曲变形，在 梁中引起应力。
②大体积混凝土梁结硬时， 水化热使得中心温度较高， 两侧温度偏低，内外温差 不均衡在截面引起应力。
2. 冲击波和压力波 超压 爆炸会在瞬间压缩周围空气而产生超压，爆炸压 力超过正常大气压，核爆、化爆和燃爆都产生不 同幅度的超压，其作用效应相当于静压。
其它荷载与作用 第四节 爆炸作用
核爆、化爆 在极短的时间内压力达到峰值，气体急速地被挤压和推进 而产生冲击波。冲击波所到之处，除产生超压外，还带动 波阵面后空气质点高速运动引起动压，动压与物体形状和 受力面方位有关，类似于风压。
其它荷载与作用 第二节 变形作用
二、混凝土收缩和徐变
混凝土收缩：
混凝土在硬化时，由于水泥胶体的凝缩和干燥失水以及碳化
作用引起的体积减小的现象。如果受到外部支承条件或内部 钢筋的约束，会在混凝土中产生拉应力，加速裂缝的产生和 发展，影响构件的耐久性和疲劳强度等性能。 工程设计中如何考虑？
其它荷载与作用 第二节 变形作用
冻土
含有水分的土体温度降低到其冻结温度时，土中孔 隙水冻结成冰，并将松散的土颗粒胶结在一起。 多年冻土
根据存在时间长短分为
季节冻土 瞬时冻土
季节冻土地基在冻结和融化过程中，往往产生冻胀和融陷， 过大的冻融变形，将造成结构物的损伤和破坏。
其它荷载与作用 第三节 冻胀力
冻胀力 土体冻结体积增大，土体膨胀变形受到约束时产生，约束 越强，冻胀力也就越大。当冻胀力达到一定界限时不再增 加，这时的冻胀力就是最大冻胀力。
三、温度变化的考虑 温度变化：由气温变化和结构温差引起 气温变化：一年中大气气温年温差，通常取最高月和最低月 平均气温的差值。我国长江中下游一带大气气温年温差约为 30℃。 结构温差：由于日照、骤冷等天气原因或高温车间、低温冷 库等使用情况造成的结构内外温度差异，应考虑房屋散热和 保暖条件，按实际调查情况确定温差取值。
简支屋面梁温差引起的应力分布
大体积混凝土梁水化热引起的应力分布
其它荷载与作用 第一节 温度作用
二、温度应力计算
根据不同的结构形式和约束条件考虑 温度变化对结构内力和变形的影响。 静定结构： 由于温度变化引起的材料膨胀和收缩变形是自由的，故在 结构上不引起内力，其变形可由虚功原理计算。 超静定结构： 存在多余约束，其温度作用效应的计算，一般根据变形协调 条件，按结构力学或弹性力学方法确定。
其它荷载与作用 第四节 爆炸作用
一、爆炸的概念 爆炸 就是物质系统迅速释放能量的物理或化学过程，它 在极短的时间内迸发大量能量，并以波的形式对周 围介质施加高压。
按照爆炸发生机理和作用性质分： 物理爆炸、化学爆炸、燃气爆炸和核爆炸等多种类型。
其它荷载与作用 第四节 爆炸作用
二、爆炸力学性质 1. 压力时间曲线 从压力时间曲线看： 核爆升压时间很快； 化爆升压时间相对较慢，峰值压力亦较核爆为低； 燃爆升压最慢，峰值压力也更低。
带混凝土桥面板的钢结构： A=300mm，图中的t为混凝土桥 面板的厚度(mm)。
其它荷载与作用 第一节 温度作用
竖向日照正温差计算的温度基数 结构类型 T1（℃） 凝土铺装层 100mm沥青混凝土铺装层
25
20 14
6.7
6.7 5.5
混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构 的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
其它荷载与作用 第二节 变形作用
变形作用 由于外界因素的影响（如结构或构件的支座移动或地基发生 不均匀沉降），或自身原因构件发生伸缩变形（如混凝土构 件发生徐变），使得结构物被迫发生变形和内力。 静定结构： 允许产生符合其约束条件的位移，结构内不会产生应力和应变 超静定结构： 多余约束限制结构自由变形，从而产生应力和应变
荷载与结构设计方法
其它荷载与作用
其它荷载与作用
本章内容
第一节 温度作用
第二节 变形作用 第三节 冻胀力 第四节 爆炸作用 第五节 行车动态作用
第六节 预加力
其它荷载与作用 第一节 温度作用
一、温度作用基本概念及原理 温度作用——因温度变化引起的结构变形和附加力。 具体表现： 当结构或构件的温度发生变化时，体内任一点（单元体） 热变形（膨胀或收缩）由于受到周围相邻单元体的约束 （内约束）或边界受到其他结构或构件的约束（外约 束），使体内该点产生温度应力。 温度作用大小影响因素： 环境温度变化 约束条件
其它荷载与作用 第二节 变形作用
刚架桥，当右端支柱 基础下沉，刚架梁柱相 应产生附加弯矩。横梁 节点处产生裂缝。 连续梁桥，墩台沉降不均 匀引起梁内附加力，如两端 桥台下沉较大，则中间桥墩 上梁身所受负弯矩增大，顶 部会产生自上而下的裂缝。
下沉
下沉
下沉
下沉
下沉
下沉
刚架桥右侧支柱下沉引起裂缝
连续梁桥两端桥台沉陷引起裂缝
其它荷载与作用 第三节 冻胀力
（1）切向冻胀力平行于结构物基础侧面产生上拔力，下 图所示基础侧面作用的侧向力T。 （2）法向冻胀力垂直于结构物基础底面，下图所示基础 底面作用的法向力N。
P
T
G
T
冻 土 深 度 冻胀力
T N
T
ho
其它荷载与作用 第三节 冻胀力
（3）水平冻胀力垂直作用于基础或结构物侧面，当水平冻 胀力对称作用于基础两侧，侧向力相互平衡，对结构无不利
应考虑混凝土收缩变形计算结构附加内力，但常常通过构 造措施降低和避免收缩影响，而不去计算收缩应力。 例如： （1）限制结构物伸缩缝距离，控制结构不要过长；
（2）设置后浇带减少混凝土早期收缩影响；
（3）收缩应力较大部位加强配筋； （4）采用补偿收缩混凝土，抵销收缩变形和约束应力等。
其它荷载与作用 第二节 变形作用
燃气爆炸 以超压为主，动压很小，可以忽略，其爆炸波属压力波。
其它荷载与作用 第四节 爆炸作用
三、爆炸对结构的影响及计算 1. 爆炸对结构的影响 爆炸对结构产生的破坏程度与爆炸的性质和爆炸物质的 数量有关。爆炸发生的环境或位置不同，其破坏作用也不同， 在封闭的房间、密闭的管道内发生的爆炸其破坏作用比在结 构外部发生的爆炸要严重的多。 燃气爆炸是建筑结构易于遭遇到的爆炸，民用燃气爆炸 升压时间与结构基本周期相比，作用时间足够缓慢，可以忽 略惯性力，把燃气爆炸对结构的作用当作静力作用，不必考 虑其动力效应。
设置后浇带
其它荷载与作用 第二节 变形作用
混凝土徐变： 荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间而增长的现象。 有利和不利影响： （1）对钢筋混凝土受压构件，徐变将荷载卸载给钢筋，使 构件中钢筋的应力或应变增加，混凝土应力减小，有利于防
止和减小结构物裂缝的形成。 （2）徐变对结构也有不利影响，如受弯构件受压区混凝土 的徐变可使挠度增加，预应力混凝土结构的徐变将引起预应 力的损失。
其它荷载与作用 第一节 温度作用
例如：厂房纵向排架结构柱嵌固于地面，排架横梁受到均 匀温差作用向两边伸长或缩短，中间有一变形不动点（位 于各柱抗侧刚度分布的中点）。变形不动点两侧横梁伸缩 变形将在柱中和横梁引起应力。
厂房纵向排架温度变形分布
其它荷载与作用 第一节 温度作用
不动点 Δ Li
Vi
E iI i
其它荷载与作用 第一节 温度作用
工程约束条件：
（1）结构物的变形受到其它物体的阻碍或支承条件的制
约，不能自由变形。
①框架结构基础梁的 伸缩变形受到柱基约 束，没有任何变形余 地。
其它荷载与作用 第一节 温度作用
②排架结构上部横梁因温度变化伸长时，横梁的变形使 柱产生侧移，在柱中引起内力；柱子对横梁施加约束， 在横梁中产生压力。
其它荷载与作用 第二节 变形作用
徐变系数： 徐变值在工作应力范围内随应力比值的增加而增 加，常用徐变系数反映这种变形增大现象，徐变系数 为极限徐变应变与初始弹性应变的比值，与受荷时混 凝土龄期、混凝土构件厚度、暴露于大气的表面积有 关，可按表6.2取用。
其它荷载与作用 第三节 冻胀力
一、土的冻胀原理及作用
建造在冻胀土上的结构物，相当于对地基的冻胀变形施加 约束，使得地基土不能自由膨胀产生冻胀力，地基的冻胀
力作用在结构物基础上，引起结构发生变形产生内力。
其它荷载与作用 第三节 冻胀力
二、冻胀性类别及冻胀力分类 平均冻胀率 地面最大冻胀量与土的冻结深度之比。
根据冻胀率的不同，地基土可分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、 强冻胀和特强冻胀五类。 《建筑地基基础设计规范》给出了地基土的冻胀性分类， 见表6.3。 冻胀力分为：切向冻胀力、法向冻胀力和水平冻胀力。
其它荷载与作用 第三节 冻胀力
（3） 水平冻胀力
对称性水平冻胀力由于作用于构件是相互平衡的， 不产生不利影响； 非对称水平冻胀力作用于基础一侧或挡土墙上，相 当于单向水平推力。
水平冻胀力与土的类别有关，几种典型土的水平冻胀力见表。
几种典型土的水平冻胀力（kPa） 土的类别 平均值 最大值 亚粘土 304 430 亚砂土 129 371 砾石土 134 281 粗砂 58 78
H
Li
排架结构温度应力计算简图
不动点右侧第i根柱的柱顶变位DLi=aTLi（忽略横梁变形） ， 第i根柱的抗侧刚度Ki=3EiIi/H3，则该柱受到的柱顶剪力为：