橋梁工程設計之偶然作用

偶然作用:地震作用;船只或漂流物（排筏等）撞擊作用;汽車撞擊作用;施工荷載力.一地震作用

*地震區橋梁的設計計算，必須考慮地震力(earthquakeforce)。*地震力的計算涉及地震理論、結構動力學、工程地質等多方面的知識。*詳細計算方法和結構抗震設計可參見《公路工程抗震設計規范》(JTJ004)和《鐵路工程抗震設計規范》(GBJ111)。

地震波傳播→震區地面運動→橋梁基礎受到強迫運動→橋梁振動。地震力：指強烈的地面運動引起的結構自身的慣性力(地面水平運動加速度與結構質量的乘積)。它不僅與地面運動的強烈程度有關，也與結構的動力特性(頻率和振型)有關，還與橋址處的地質情況有關。

衡量地震規模的大小一般采用：

震級（magnitude）和烈度（intensity）震級M,表示地震的強弱，一次地震只有一個震級。

地震烈度I,表示地震引起的地面運動的強烈程度和對工程設施的破壞程度，一次地震有若干個烈度。

地震基本烈度：反映地震本身的劇烈程度。根據水平地震系數Kh(地面最大水平加速度的統計平均值與重力加速度g的比值)加以劃分的。設計烈度：由設計者根據建橋地區的基本烈度、橋梁的重要性、遭破壞后進行修復的難易程度選用的。根據2001年版<<中國地震動參數區劃圖》(GB18306)，采用地震動峰值加速度系數取代地震基本烈度的概念，兩者之間的關系見表3.6。抗震設防的基本要求表述為：位于地震動峰值加速度為0.1g、0.15g、0.2g和0.3g地區的橋涵工程，應進行抗震設計；位于地震動峰值加速度大于或等于0.4g地區的橋涵工程，應進行專門的抗震研究和設計。地震力的計算方法分靜力法和動態法1、靜力法

靜力法是用一個水平方向作用的等效靜止荷載表示地震對結構的作用。其計算公式如下：靜力法主要使用于剛度較大結構。規范規定：擋土墻、橋臺用靜力法計算地震力。（1）單質點地震力

水平地震系數(地面最大水平加速度的統計平均值與重力加速度g的比值)動力放大系數，表示單質點彈性體系在地震作用下的絕對水平加速度與地面最大水平加速度的比值，即以地面最大水平加速度為單位的加速度反應譜)（2）多質點系統地震力多質點系統由于地震引起的復雜振動可以看作自振振型的迭加。

目前，撞擊力通常按靜力法計算，假定船筏作用于墩的有效動能轉化為撞擊力F所做的功。鐵路規范計算公式為：V—船舶或漂流物撞擊墩臺的速度(m／s)；α—船舶或漂流物駛近方向與墩臺撞擊點處切線所形成的夾角；W——船舶或漂流物重(kN)；C1、C2—船舶或漂流物的彈性變形系數和墩臺(砌體材料)的彈性變形系數(m／kN)，缺乏資料時一般假定C1+C2=0.0005

公路橋梁規范按照“靜力法”，并依據2004年版《內河通航標準》(GB50139)：

給出了一至七級內河航道上、不同噸位的船舶可能產生的橫橋向和順橋向撞擊作用標準值。對近海通行海輪區域的船舶(噸級從3000—50000t)產生的橫橋向和順橋向撞擊作用標準值，則是根據國內外研究成果，并經綜合分析比較確定的。當橋墩配置了防撞設施時，可不計撞擊作用。三汽車撞擊作用

公路橋梁的某些結構構件(如防撞護欄，跨線橋的橋墩等)必要時可考慮汽車的撞擊作用。汽車撞擊力標準值在車輛行駛方向取1000kN，在車輛行駛垂直方向取500kN，兩個方向的撞擊力不同時考慮，撞擊力作用于行車道以上1．2m處。

對于設有防撞設施的結構構件，可視防撞設施的防撞能力，對汽車撞擊標準值予以折減，但折減后的撞擊力不應低于上述規定值的1/6。

第五節作用效應組合作用效應組合(combinationofactioneffects)為了保證橋梁結構的安全和適用,需要根據作用的特性、橋梁結構的特性、施工方法以及橋位處的環境等因素，針對結構的不同狀況、不同安全等級、不同設計或驗算內容，確定各種作用效應的取舍以及各種作用效應對結構的共同效果(疊加值)，即作用效應組合.組合總原則：作用效應組合應只涉及結構上可能同時出現的作用效應，并以橋梁在施工或運營時可能處于最不利受力狀態為原則。對鐵路橋和公路橋，由于目前所采用的設計方法不同，故作用效應組合的表達形式也不同

鐵路橋設計仍采用容許應力法。基本的組合方式有三種：

主力：表3.2中的恒載與活載的組合；主力+附加力：表3.2中的恒載、活載及附加力的組合；主力+特殊荷載：表3.2中的恒載、活載及特殊荷載的組合。

注意：①組合中的恒載等并不是表中所列的所有恒載項，而是其中需要參加組合的一項或幾項；對活載、附加力、特殊荷載，也是如此。②僅考慮主力與一個方向(橫橋向或順橋向)的附加力組合。③鐵路橋的荷載組合是各項荷載效應的直接疊加。上述①、②也適用于公路橋。在表3．1及表3．2所列的各種作用中，有些作用是不會同時發生的!!,就不可同時參與組合.例如:離心力、風力與列車橫向搖擺力;流水壓力與冰壓力;支座摩阻力與汽車制動力等就不可同時參與組合。另外，基于最不利原則，當某項可變作用對結構產生有利影響時，該項作用不參與組合。

施工階段作用效應的組合，應按計算需要及結構所處條件而定，結構上的施工人員和施工機具設備均應作為臨時荷載加以考慮。組合式橋梁，當把底梁作為施工支撐時，作用效應宜分兩個階段組合，底梁受荷為第一個階段，組合梁受荷為第二個階段。多個偶然作用不同時參與組合。在按持久狀況承載能力極限狀態設計時，按照結構可能破壞的嚴重程度，將公路橋涵劃分為三個設計安全等級，見表3.7。根據不同等級，擬定相應的結構重要性系數與作用效應組合值相乘。

一按承載能力極限狀態設計時的作用

（或荷載）效應組合

公路橋涵結構的承載能力極限狀態設計，按照可能出現的作用，將其分為兩種作用效應組合，即基本組合和偶然組合。

作用效應的基本組合是指永久作用設計值效應與可變作用設計值效應的組合。這種組合用于結構的常規設計，是所有公路橋涵結構都應該考慮的。作用設計值為作用的標準值乘以相應的分項系數。

作用效應的偶然組合是指永久作用標準值、可變作用代表值和一種偶然作用標準值的效應組合，視具體情況，也可不考慮可變作用效應參與組合。作用效應偶然組合用于結構在特殊情況下的設計，所以不是所有公路橋涵結構都要采用的，一些結構也可采取構造或其他預防措施來解決。

《通用規范JTGD60》規定，公路橋涵結構按承載能力極限狀態設計時，應采用以下兩種作用效應組合：

1基本組合

永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為：

或

2偶然組合

永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相組合。偶然作用的效應分項系數取1.0；與偶然作用同時出現的可變作用，可根據觀測資料和工程經驗取用適當的代表值。地震作用標準值及其表達式按現行《公路工程抗震設計規范》規定采用。偶然組合用于結構在特殊情況下(如地震)的設計，不是所有公路橋梁都要采用。二正常使用極限狀態設計時的作用（或荷載）效應組合

在公路橋梁結構中，對于需要進行正常使用極限狀態設計的結構，《通用規范JTGD62》規定：

需要考慮可變作用的短期效應組合和長期效應組合，其可變作用代表值采用頻遇值和準永久值。眾所周知，正常使用極限狀態設計僅涉及結構構件的抗裂、裂縫寬度和撓度，