荷載系數法公路橋梁設計規范 LRFD 第三章 荷載及荷載系數

第三章 荷載及荷載系數
目 錄
3.1 本章范圍 ............................................................................................................................................. 3-1
3.2 定義 ..................................................................................................................................................... 3-1
3.3 符號 ..................................................................................................................................................... 3-2
3.3.1—般規定 ...................................................................................................................................... 3-3
3.3.2 荷載及荷載名稱 ....................................................................................................................... 3-10
3.4 荷載系數和組合 .................................................................................................................................. 3-12
3.4.1 荷載系數和荷載組合 .............................................................................................................. 3-12
3.4.2 用于施工荷載和荷載系數 ...................................................................................................... 3-17
3.4.2.1 強度極限狀態下的評估 …………………………………………………………3-17
3.4.2.2 使用極限狀態下的撓度評估..............................................................................3-18
3.4.3 用于頂推力和后張力的荷載系數 ........................................................................................... 3-18
3.4.3.1 頂推力........................................................................................................................3-18
3.4.3.2 后張力........................................................................................................................3-18
3.5 永久荷載 .............................................................................................................................................. 3-18
3.5.1 恒載:DC,DW,EV ............................................................................................................ 3-18
3.5.2 土荷載:EH,ES,DD ........................................................................................................... 3-19
3.6 活載 ...................................................................................................................................................... 3-19
3.6.1 重力荷載:LL,PL ................................................................................................................. 3-19
3.6.1.1 設計汽車活載.........................................................................................................3-19
3.6.1.1.1 設計車道數........................................................................................................3-19
3.6.1.1.2 多車道布置活載................................................................................................3-19
3.6.1.2 汽車活載.......................................................................................................................3-20
3.6.1.2.1—般規定...........................................................................................................3-20
3.6.1.2.2 設計貨車............................................................................................................3-24
3.6.1.2.3 設計雙軸............................................................................................................3-25
3.6.1.2.4 設計車道荷載....................................................................................................3-25
3.6.1.2.5 輪胎著地面積....................................................................................................3-25
3.6.1.2.6 輪荷載穿過填土的分布....................................................................................3-25
3.6.1.3 設計車輛活載的取用...................................................................................................3-26
3.6.1.3.1—般規定.............................................................................................................3-26
3.6.1.3.2 可選的活載加載撓度評估........................................................................3-26
3.6.1.3.3 橋面板,橋面系和箱涵頂板的設計荷載........................................................3-27
3.6.1.3.4 橋面懸臂荷載......................................................................................3-27
3.6.1.4 疲勞荷載......................................................................................................................3-28
3.6.1.4.1 大小及形狀.......................................................................................................3-28
3.6.1.4.2 頻率...................................................................................................................3-28
3.6.1.4.3 疲勞荷載分布...................................................................................................3-28
3.6.1.4.3a 精確法.....................................................................................................3-28
3.6.1.4.3b 近似法.....................................................................................................3-28
3.6.1.5 軌道運輸荷載..............................................................................................................3-28
AASHTO LRFD 橋梁設計規范(2010)
3-II
3.6.1.6 人群荷載......................................................................................................................3-29
3.6.1.7 欄桿荷載......................................................................................................................3-29
3.6.2 動荷載放大率:IM .................................................................................................................. 3-29
3.6.2.1—般規定.........................................................................................................................3-29
3.6.2.2 埋置式構件..................................................................................................................3-30
3.6.2.3 木構件..........................................................................................................................3-30
3.6.3 離心力:CE .............................................................................................................................. 3-30
3.6.4 制動力:BR ............................................................................................................................. 3-31
3.6.5 汽車撞擊力:CT ...................................................................................................................... 3-32
3.7 水荷載:WA ........................................................................................................................................ 3-33
3.7.1 靜壓力 ....................................................................................................................................... 3-33
3.7.2 浮力 ........................................................................................................................................... 3-33
3.7.3 水流壓力 ................................................................................................................................... 3-33
3.7.3.1 縱向壓力......................................................................................................................3-33
3.7.3.2 側向壓力......................................................................................................................3-34
3.7.4 水波荷載 ................................................................................................................................... 3-35
3.7.5 沖刷極限狀態造成的基礎變化 .............................................................................................. 3-35
3.8 風荷載:WL 和WS ............................................................................................................................ 3-35
3.8.1 水平風壓力 ............................................................................................................................... 3-35
3.8.1.1—般規定 .......................................................................................................................3-35
3.8.1.2 作用在結構上的風壓:WS..........................................................................................3-36
3.8.1.2.1 總括...................................................................................................................3-36
3.8.1.2.2 上部結構荷載...............................................................................3-37
3.8.1.2.3 直接施加在下部結構的力................................................................................3-37
3.8.1.3 車輛上的風壓力:WL..................................................................................................3-37
3.8.2 豎向風壓 ................................................................................................................................... 3-38
3.8.3 氣動彈性失穩 ........................................................................................................................... 3-38
3.8.3.1—般規定.........................................................................................................................3-38
3.8.3.2 氣動彈性力學現象......................................................................................................3-38
3.8.3.3 動力反應控制..............................................................................................................3-39
3.8.3.4 風洞試驗......................................................................................................................3-39
3.9 冰荷載:IC .......................................................................................................................................... 3-39
3.9.1—般規定 .................................................................................................................................... 3-39
3.9.2 作用在橋墩上的動冰力 ........................................................................................................... 3-40
3.9.2.1 有效冰強度..................................................................................................................3-40
3.9.2.2 破碎和彎折 .................................................................................................................... 3-41
3.9.2.3 小河流 ............................................................................................................................ 3-42
3.9.2.4 縱向力與橫向力的組合..............................................................................................3-42
3.9.2.4.1 平行于冰流的橋墩...........................................................................................3-42
3.9.2.4.2 斜交于冰流的橋墩...........................................................................................3-43
3.9.2.5 纖細及柔性橋墩..........................................................................................................3-43
3.9.3 作用在橋墩上的靜冰荷載 ....................................................................................................... 3-43
3.9.4 懸壩和流冰堆積 ....................................................................................................................... 3-43
3.9.5 冰的粘著引起的豎向力 ........................................................................................................... 3-44
AASHTO 橋梁設計規范 3-III
3-III
3.9.6 上部結構的冰雪荷載 ............................................................................................................... 3-45
3.10 地震效應:EQ................................................................................................................................... 3-45
3.10.1—般規定 .................................................................................................................................. 3-45
3.10.2 地震危害性 ............................................................................................................................. 3-46
3.10.2.1 一般程序....................................................................................................................3-47
3.10.2.2 場地特定過程............................................................................................................3-75
3.10.3 場地效應 ................................................................................................................................. 3-75
3.10.3.1 場地等級定義.............................................................................................................3-76
3.10.3.2 場地系數.....................................................................................................................3-78
3.10.4 震害特征 ................................................................................................................................. 3-80
3.10.4.1 設計反應譜...............................................................................................................3-80
3.10.4.2 地震彈性反應系數.....................................................................................................3-80
3.10.5 操作分級 .............................................................................................................................. 3-81
3.10.6 地震特性分區 ...................................................................................................................... 3-81
3.10.7 反應修正系數 ......................................................................................................................... 3-81
3.10.7.1 一般規定.....................................................................................................................3-82
3.10.7.2 應用............................................................................................................................3-82
3.10.8 地震力效應的組合 ................................................................................................................. 3-83
3.10.9 設計力的計算 ......................................................................................................................... 3-83
3.10.9.1 一般規定....................................................................................................................3-83
3.10.9.2 地震區1......................................................................................................................3-83
3.10.9.3 地震區2 .....................................................................................................................3-84
3.10.9.4 地震區3 和4 ..............................................................................................................3-84
3.10.9.4.1—般規定..........................................................................................................3-84
3.10.9.4.2 修正的設計力..................................................................................................3-84
3.10.9.4.3 非彈性的鉸接力................................................................................................3-84
3.10.9.4.3a—般規定.................................................................................................3-84
3.10.9.4.3b 單柱和橋墩...........................................................................................3-85
3.10.9.4.3c 兩柱或多柱橋墩.....................................................................................3-85
3.10.9.4.3d 柱和排架樁的設計應力........................................................................3-86
3.10.9.4.3e 墩的設計力............................................................................................3-86
3.10.9.4.3f 基礎設計應力.........................................................................................3-87
3.10.9.5 縱向約束裝置.............................................................................................................3-87
3.10.9.6 下扣裝置....................................................................................................................3-87
3.10.10 臨時橋梁和階段施工的要求 .............................................................................................. 3-87
3.11 土壓力:EH、ES、LS 和DD ....................................................................................................... 3-88
3.11.1—般規定 .................................................................................................................................. 3-88
3.11.2 壓實 ......................................................................................................................................... 3-88
3.11.3 水的存在 ................................................................................................................................. 3-89
3.11.4 地震影響 ................................................................................................................................. 3-89
3.11.5 土壓力:EH ............................................................................................................................ 3-89
3.11.5.1 側向土壓力.................................................................................................................3-90
3.11.5.2 靜止側向土壓力系數o k ............................................................................................3-91
AASHTO LRFD 橋梁設計規范(2010)
3-IV
3.11.5.3 主動側向土壓力系數a k ............................................................................................3-91
3.11.5.4 被動側向土壓力系數p k ...........................................................................................3-93
3.11.5.5 估算朗金側向土壓力的等效流體法........................................................................3-95
3.11.5.6 非重力懸臂墻的側向土壓力.....................................................................................3-96
3.11.5.7 錨墻的表觀土壓力..................................................................................................3-101
3.11.5.7.1 非粘性土.......................................................................................................3-101
3.11.5.7.2 粘性土............................................................................................................3-102
3.11.5.7.2a 硬到堅硬 ............................................................................................3-102
3.11.5.7.2b 軟到中硬.............................................................................................3-103
3.11.5.8 機械方法穩定土墻的側向土壓力..........................................................................3-104
3.11.5.8.1 一般規定.......................................................................................................3-104
3.11.5.8.2 內部穩定性...................................................................................................3-105
3.11.5.9 預制模塊墻的側向土壓力......................................................................................3-106
3.11.6 壓頂荷載:ES 和LS ............................................................................................................ 3-107
3.11.6.1 點,線,帶狀荷載:限制移動的墻............................................................................3-108
3.11.6.2 均勻壓頂荷載..........................................................................................................3-108
3.11.6.3 帶狀荷載(ES)可彎曲墻..........................................................................................3-112
3.11.6.4 活載壓頂荷載(LS)..................................................................................................3-112
3.11.6.5 壓頂荷載的折減......................................................................................................3-115
3.11.7 由于土壓力而引起的折減 ................................................................................................... 3-116
3.11.8 下拉荷載 ............................................................................................................................... 3-116
3.12 附加變形引起的力效應:TU,TG,SH,CR,SE ................................................................. 3-119
3.12.1 —般規定 ............................................................................................................................ 3-119
3.12.2 均勻溫度 ............................................................................................................................... 3-119
3.12.2.1 方法A 的溫度范圍..................................................................................................3-119
3.12.2.2 方法B 的溫度范圍...................................................................................................3-119
3.12.2.3 設計熱變形..............................................................................................................3-121
3.12.3 溫度梯度 ............................................................................................................................... 3-121
3.12.4 不均勻收縮 ........................................................................................................................... 3-122
3.12.5 徐變 ....................................................................................................................................... 3-122
3.12.6 沉降 ....................................................................................................................................... 3-123
3.12.7 后張法PS 引起的次內力 ................................................................................................... 3-123
3.13 摩擦力:FR ..................................................................................................................................... 3-123
3.14 船只撞擊:CV ................................................................................................................................ 3-123
3.14.1—般規定 ................................................................................................................................ 3-123
3.14.2 業主的職責 ........................................................................................................................... 3-125
3.14.3 重要性分類 ........................................................................................................................... 3-125
3.14.4 設計船只 ............................................................................................................................... 3-125
3.14.5 倒塌年頻率 ........................................................................................................................... 3-125
3.14.5.1 船只頻率分布..........................................................................................................3-126
3.14.5.2 偏航概率..................................................................................................................3-127
3.14.5.2.1—般規定..........................................................................................................3-127
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3-V
3.14.5.2.2 統計法...........................................................................................................3-127
3.14.5.2.3 近似法...........................................................................................................3-127
3.14.5.3 幾何概率..................................................................................................................3-128
3.14.5.4 倒塌概率..................................................................................................................3-192
3.14.5.5 安全系數..................................................................................................................3-130
3.14.6 設計撞擊速度 ....................................................................................................................... 3-132
3.14.7 船只撞擊能量 ....................................................................................................................... 3-132
3.14.8 輪船對橋墩的撞擊力 ........................................................................................................... 3-133
3.14.9 船頭損壞長度 ....................................................................................................................... 3-134
3.14.10 輪船對上部結構的撞擊力 ................................................................................................. 3-135
3.14.10.1 與船頭碰撞............................................................................................................3-134
3.14.10.2 與甲板艙的碰撞....................................................................................................3-135
3.14.10.3 與桅桿的碰撞........................................................................................................3-135
3.14.11 駁船對橋墩的撞擊力 ......................................................................................................... 3-135
3.14.12 駁船船頭損壞長度 ............................................................................................................. 3-136
3.14.13 在極端極限狀態時的損壞 ................................................................................................. 3-136
3.14.14 撞擊力的取用 ..................................................................................................................... 3-137
3.14.14.1 下部結構設計........................................................................................................3-137
3.14.14.2 上部結構設計........................................................................................................3-137
3.14.15 下部結構的防護 ................................................................................................................. 3-137
3.14.16 安全性考慮 .................................................................................................................... 3-139
3.15 爆炸荷載 ......................................................................................................................................... 3-139
3.15.1 概述 ....................................................................................................................................... 3-139
3.16 參考文獻 ......................................................................................................................................... 3-141
附錄A3—地震設計流程圖 .................................................................................................................... 3-148
附錄B3—超強抗力 ................................................................................................................................ 3-149
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