05 第五章 其他作用.pptx

第1页：第5章 其他作用 章节目录

第5章 其他作用

• §5.1 温度作用
• §5.2 变形作用
• §5.3 爆炸作用
• §5.4 浮力作用
• §5.5 冲击力和撞击力
• §5.6 制动力
• §5.7 离心力
• §5.8 预加力

第2页：温度作用的基本概念与温度应力

§5.1.1 温度作用基本概念及原理

温度应力

结构或构件的温度发生变化时，任一点的热变形（膨胀或收缩）受到周围相邻单元体的约束（内约束）或其边界受到其他结构或构件的约束（外约束），使体内该点产生一定的应力

第3页：温度作用的典型工程实例

§5.1.1——温度作用实例

• 1）各类建筑的屋面板，产生温度应力和温度变形
• 2）浇筑地下构筑物和高层建筑筏形基础等大体积混凝土结构时，水化热温升和降温散热引起贯穿裂缝
• 3）钢结构的焊接过程中，焊缝及附近温度最高，可达1600℃以上，其邻近区域温度急剧下降，不均匀的温度场使材料产生不均匀的膨胀

说明：源文本中焊接温度连写为「16000C」，按钢结构焊接常识修正为1600℃，未改变原意。

第4页：火灾作用与火灾荷载

§5.1.1——火灾作用

火灾对于工程结构来说也是一种危害较大的作用，它对人们的生命财产安全、对环境的破坏十分巨大。火灾作用是一种荷载作用，火灾荷载为：

q₁＝W₀/A_F

• q₁—火灾荷载
• W₀—火灾区域纤维类燃料的质量
• A_F—火灾区域的地板面积

第5页：温度应力和变形的计算

§5.1.2 温度应力和变形的计算

• A.静定结构：温度变化引起材料膨胀和收缩变形是自由的，在结构上不引起内力，变形由虚功原理导出
• B.超静定结构：存在赘余约束，温度变化引起的杆件变形不是自由的、受到约束，在结构上产生内力，此内力与结构的刚度大小有关；超静定结构中的温度作用效应根据变形协调条件按弹性理论方法计算

第6页：变形作用的概念

§5.2 变形作用

变形

结构或构件的支座或地基发生不均匀沉降等，使结构物被迫产生的变形

• A.静定结构：允许构件产生符合其约束条件的位移，结构不产生应力和应变
• B.超静定结构：多余约束束缚结构的自由变形，产生应力和应变

第7页：变形作用实例与混凝土收缩

§5.2——变形作用实例与混凝土收缩

• 1）地基土的不均匀性引起的变形
• 2）地基土发生冻融、冻胀、湿陷等现象
• 3）地基比较均匀，上部结构荷载、刚度相差过大，产生沉降，都会引起结构内力

混凝土的收缩

混凝土在空气中硬化时体积减小的现象，在混凝土中产生拉应力，加速裂缝的产生和发展

第8页：混凝土的徐变及其不利影响

§5.2——混凝土的徐变

混凝土的徐变

在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而增长的现象

徐变对结构的不利影响：

• A：在长期荷载作用下的受弯构件，徐变使挠度增大1～2倍
• B：长细比较大的偏心受压构件，徐变引起的附加偏心距增大，构件的强度降低约20%
• C：过度的变形会影响到路面的平整度

第9页：变形作用的结构设计意义

§5.2——变形作用的设计意义

工程中大量的结构都属于超静定结构，结构由变形作用引起的内力足够大时，可能引起房屋开裂、影响结构正常使用甚至倒塌，在结构设计计算中必须考虑变形作用。

第10页：爆炸的概念与分类

§5.3.1 爆炸的概念

爆炸是物质运动急剧增速，由一种状态迅速转变成另一种状态，并将其内含的能量在瞬时集中释放的现象。结构工程中遇到的爆炸主要有四类：

• ①燃料爆炸：汽油和煤气等燃料以及易燃化工产品在一定条件下起火爆炸
• ②工业粉尘爆炸：面粉厂、纺织厂等生产车间充斥着颗粒极细的粉尘，在一定的温度和压力条件下突然起火爆炸
• ③武器爆炸：战争期间的常规武器和核武器的轰击、汽车炸弹的袭击以及军火仓库的爆炸
• ④定向爆炸：为拆除现有结构而设计的爆炸

第11页：爆炸的破坏作用

§5.3.2 爆炸的破坏作用

• ①震荡作用：在破坏作用的区域内有一个能使物体震荡、使之松散的力量
• ②冲击波作用：随爆炸的出现，冲击波最初出现正压力，而后出现负压力；负压力是气压下降后的空气振动，称为吸引作用
• ③碎片的冲击作用：爆炸产生的碎片飞散范围100～500米，碎片体积越小、飞散速度越大，危害越严重
• ④热作用（火灾）：爆炸温度约在2000～3000℃左右，爆炸气体扩散发生在极短的瞬时，一般可燃物质不足以起火燃烧；建筑物内遗留大量的热会把从破坏设备内部流出的可燃气体或易燃、可燃蒸气点燃，使建筑物内的可燃物全部起火，加重爆炸的破坏程度

说明：源文本中爆炸温度连写为「2000—30000C」，按爆炸温度常识修正为2000～3000℃。

第12页：水浮力的概念与抗浮验算

§5.4 浮力作用

水浮力

作用于建筑物底面由下向上的水压力，等于建筑物排开同体积的水重力

水浮力对处于地下水中的结构受力和工作性能有明显影响。例：贮液池底面位于地下水位以下时，若贮液池为空载情况，浮力可能会使整个贮液池或底板局部上移，使底板和顶盖顶裂，贮液池应进行整体抗浮验算。

第13页：水浮力的计算规定

§5.4——水浮力的计算规定

• A：存在静水压力的透水性土（如砂类土、碎石土、粘砂土等），计算水浮力
• B：桥梁墩台，水浮力对墩台的稳定性不利，验算墩台的稳定
• C：基础嵌入不透水性地基，不计算水浮力
• D：完整岩石上的基础，当基础与基底岩石之间灌注混凝土且接触良好时，水浮力不计

第14页：汽车竖向冲击力的概念

§5.5.1 汽车竖向冲击力

冲击作用

车辆在正常或较高时速在桥上行驶时，由于车辆荷载的快速施加以及桥面的不平整等原因，引起桥梁结构的振动

第15页：汽车冲击力的近似计算

§5.5.1——冲击力的计算

冲击作用目前没有完全符合实际情况的理论分析和实际计算，采用粗糙的近似方法。设计时，汽车荷载的冲击力为汽车荷载乘以冲击系数。

第16页：汽车水平撞击力

§5.5.2 汽车水平撞击力

《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）规定，计算桥上人行道栏杆时，考虑作用在栏杆上的汽车撞击力：防撞栏杆采用80kN横向集中力进行验算，作用点在防撞栏杆板的中心。

第17页：船只或漂流物的撞击力

§5.5.3 船只或漂流物的撞击力

通航河流或有漂流物河流中的桥梁墩台应考虑船只或漂流物的撞击力。撞击力有时十分巨大，达1000kN以上，采用实测资料计算。

第18页：汽车制动力的概念

§5.6.1 汽车制动力

汽车制动力

汽车刹车时车轮和路面接触面之间产生的水平摩擦力，等于摩擦因数乘以车辆的总重力

第19页：制动力影响因素与路面摩擦因数

§5.6.1——制动力的影响因素

影响制动力大小的因素：路面的粗糙状况及充气压力的大小、制动装置的灵敏性、行车速度等。

说明：摩擦因数根据气候条件和路面潮湿情况不同而变化。

第20页：城—A级汽车荷载的制动力取值

§5.6.1——制动力的取值

《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）规定一个设计车道的制动力按下列要求取值：采用城—A级汽车荷载设计时，制动力采用160kN或10%车道荷载，取两者中的较大值，不包括冲击力。

第21页：城—B级汽车荷载的制动力取值

§5.6.1——制动力的取值（续）

• 采用城—B级汽车荷载设计时，制动力应采用90kN或10%车道荷载，并取两者中的较大值，不包括冲击力
• 四车道的桥梁：制动力按上述规定数值增加1倍
• 履带车和平板挂车不计制动力

第22页：吊车制动力的分类

§5.6.2 吊车制动力

工业厂房中，吊车起吊重物，吊车在启动和运行中的刹车产生制动力。吊车制动力（水平荷载）分为纵向制动力（纵向水平荷载）与横向制动力（横向水平荷载）。

第23页：吊车制动力示意页

本页为吊车制动力的示意页，源文件未提取到正文文字，仅有图片，建议对照原课件图片补充纵向与横向制动的示意说明。

第24页：吊车纵向与横向制动力的定义

§5.6.2——吊车制动力的定义

吊车纵向制动力

吊车（大车）沿厂房纵向启动或刹车时，吊车自重和吊重所引起的纵向水平惯性力

吊车的横向制动力

小车吊有额定最大起重量时，沿厂房横向启动或刹车引起的横向水平惯性力

第25页：吊车纵向水平荷载的规定

§5.6.2——吊车纵向水平荷载

《建筑结构荷载规范》规定，吊车纵向水平荷载按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定，吊车纵向水平荷载设计值以其标准值乘以分项系数求得，作用位置为轨道顶面。

第26页：硬钩吊车的横向水平荷载

§5.6.2——硬钩吊车的横向水平荷载

对于硬钩吊车，横向水平荷载按规范公式计算，式中Q为吊车的额定起重量，Q₁为小车重量，g为重力加速度，α为吊车横向水平荷载系数（横向制动系数）。

第27页：吊车横向水平荷载的传递

§5.6.2——横向水平荷载的传递

假设吊车横向水平荷载等分于大车的两侧，由轨道上的车轮平均传至轨道，方向与轨道垂直，并考虑正、反两个方向的刹车情况。

第28页：离心力的概念与离心力系数

§5.7 离心力

• 1.概念：桥梁离心力是车辆在弯道行驶时产生的惯性力，以水平力的形式作用于桥梁结构；《城市桥梁设计荷载标准》规定，位于曲线上桥梁的墩台，曲率半径小于或等于250m时计算离心力，离心力为车辆荷载乘以离心力系数C
• 2.离心力系数C＝v²/(127R)，式中v为设计速度（m/s，按桥梁所在路线设计速度采用），R为弯道曲线半径（m）

第29页：离心力的计算要点

§5.7——离心力的计算要点

• 式中若v以km/h计，则采用相应的换算形式
• 3.计算多车道离心力时，计入车道的横向折减系数
• 4.离心力的着力点：在汽车的重心上，离桥面1.2m，也可移到桥面上
• 5.离心力对墩台的影响：将离心力均匀分布在桥跨上由两墩平均分担

第30页：预加应力的概念

§5.8.1 预加应力的概念

构件未受力之前，对钢筋混凝土构件的受拉区预先施加压应力，使构件在使用荷载下产生的拉应力大部分被预压应力抵消，达到改善普通混凝土缺点的目的；混凝土构件在使用荷载下提高构件的抗裂能力（可不出现拉应力或允许出现拉应力而不致开裂、或推迟开裂、或者限制裂缝宽度大小）。

第31页：外部预加力与内部预加力

§5.8.2 预加应力的方法

• 外部预加力：结构杆件中的预加力来自结构之外时所加的预加力（例：混凝土拱桥的拱顶用千斤顶施加水平预压力）
• 内部预加力：大多数工程中采用，通过张拉预应力筋来实现

第32页：先张法的定义与工序

§5.8.2——1.先张法

• （1）定义：先张拉钢筋，后浇灌混凝土构件
• （2）工序（先张法施工的三个阶段）：a.张拉钢筋；b.支模、浇灌混凝土和养护；c.混凝土达到一定强度，放松钢筋建立预应力

第33页：先张法施工示意页

本页为先张法施工的示意页，源文件未提取到正文文字，仅有图片，建议对照原课件图片补充台座与张拉示意。

第34页：先张法的预应力传递与适用范围

§5.8.2——先张法的结论与适用范围

• 结论：先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的，这种力的传递过程需要经过一段传递长度l_tr才能完成
• 适用范围：先张法构件采用工厂化的生产方式，工序少、工艺简单、质量易保证，适用于生产中小型构件，如楼板、屋面板

第35页：后张法的定义与工序

§5.8.2——2.后张法

• （1）定义：先浇灌混凝土构件，后张拉钢筋
• （2）工序：浇砼、预留孔道→达到强度、穿筋→张拉钢筋、锚固→孔道灌浆

第36页：后张法施工示意页

本页为后张法施工的示意页，源文件未提取到正文文字，仅有图片，建议对照原课件图片补充孔道与锚具示意。

第37页：后张法的预应力传递与适用范围

§5.8.2——后张法的结论与适用范围

• 结论：后张法预应力构件，预应力是依靠钢筋端部的锚具来传递的
• 适用范围：后张法施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备和特制锚具，用钢量大；不需要固定的张拉台座，可在现场施工，应用灵活，适用于不便于运输的大型构件

第38页：无粘结预应力混凝土结构

§5.8.2——无粘结预应力混凝土结构

• 常见的预应力结构为无粘结预应力混凝土结构，属后张法
• 钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑，避免预留孔洞、穿筋、灌浆等繁杂过程
• 适用于跨度大于6m的楼板及大跨度梁

第39页：预应力损失的概念

§5.8.3 预应力损失

预应力钢筋的张拉应力在预应力混凝土构件施工及使用过程中，由于张拉工艺和材料特性等原因是在不断降低的，经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种预应力钢筋应力的降低称为预应力损失。预应力的建立是通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，引起预应力损失的原因有六大类。

第40页：预应力损失的六大类

§5.8.3——预应力损失的分类

• A.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σ_l1
• B.张拉预应力钢筋时预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失σ_l2
• C.混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失σ_l3
• D.钢筋应力松弛引起的预应力损失σ_l4
• E.混凝土的收缩徐变引起的预应力损失σ_l5
• F.当环形构件直径d≤3m时，用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土局部挤压引起的预应力损失σ_l6