《桥梁的设计原理与荷载分析》课件

桥梁的设计原理与荷载分析土木工程专业桥梁设计与荷载分析基础课程课程目标掌握基本设计流程理解荷载类型理解桥梁设计各阶段要点区分恒载、活载及特殊荷载学习荷载计算掌握主要荷载的分析方法桥梁工程的重要性万座万亿

822.714%全国公路桥梁年投资额增长率中国现有桥梁数量国内桥梁建设总投资桥梁建设年均增速桥梁发展简史古代木石结构简易桥工业革命铁桥和钢结构应用20世纪预应力混凝土技术现代超长跨径与智能化桥梁的基本组成附属构件栏杆、伸缩缝、排水系统上部结构主梁、桥面系、横向联系下部结构桥墩、桥台、基础桥梁分类方法按用途分按跨径分公路桥小跨径≤20m铁路桥中跨径20-100m人行桥大跨径≥100m按结构分按材料分梁桥钢筋混凝土桥拱桥钢桥斜拉桥组合结构桥悬索桥梁桥设计原理典型结构形式主要受力特点简支梁桥跨中受弯变形••连续梁桥支座处剪力集中••悬臂梁桥纵向应力分布••适用范围中小跨径•地形平坦•施工便利•拱桥设计原理拱的受力结构特点适用场景主要承受轴向压力拱圈、拱脚、拱上构造谷地、山区、坚硬基础斜拉桥设计原理主塔承受主要压力斜拉索传递桥面荷载至主塔主梁受力较小，截面轻盈悬索桥设计原理主缆系统吊杆桥面系统承担主要拉力，呈抛物连接主缆与桥面板轻质、高强度设计线形超大跨度可达米以上2000设计规范与标准《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》1JTG3362-2018《城市桥梁设计规范》2CJJ11-2011《公路斜拉桥设计规范》3JTG/T3365-01-2020《铁路桥梁抗震设计规范》4TB10092-2017桥梁结构布置原则跨径布置墩台位置支座设置均衡跨径受力避开不良地质固定与活动搭配•••满足通航要求降低基础难度考虑温度变形•••适应地形条件减少水流冲刷保证结构稳定•••桥梁跨径设计材料选择原则材料类型优点缺点典型应用普通混凝土经济实用抗拉弱小跨径桥预应力混凝土跨度大施工复杂梁桥钢材强度高造价高大跨径桥复合材料轻质耐久造价极高特殊节点结构安全性设计极限状态识别承载能力极限状态正常使用极限状态安全系数确定材料分项系数

1.2-

1.4荷载分项系数

1.0-

1.8设计校核强度验算变形验算稳定性验算桥梁耐久性设计防腐措施防水设计混凝土保护层桥面防水层设计年限变形适应通常为年伸缩缝设计100桥梁施工可行性设计预制工艺现浇工艺工厂化生产适应性强••质量控制优良无需大型运输••施工周期短整体性好••需大型运输设备受气候影响大••施工方案需考虑设备、人员及工期经济性与美观性原则全寿命周期成本结构优化初期建设成本维护费用更新材料用量最小化，功能最大化++改造费美学考量结构比例协调，与周边环境融合节能与环保设计新型材料能源利用生态保护高性能低碳混凝土太阳能照明系统施工期水质保护桥梁抗震设计原理抗震等级划分设计原则特殊类小震不损•A•重要类中震可修•B•次要类大震不倒•C•关键技术隔震支座•阻尼器•限位装置•桥梁所受荷载简介偶然荷载风、地震、温度、船撞活荷载车辆、人群、制动力恒荷载自重、附属设施重量恒载（自重）定义与计算材料密度钢材、混凝土

78.5kN/m³25kN/m³荷载作用永久、确定性、静态活载定义与分类偶然荷载类型风荷载地震荷载温度作用冲击荷载静风压、动风压水平地震力均匀温度变化船舶撞击涡振、颤振竖向地震力温度梯度车辆撞击风荷载基础风场特性分析风速、风向、湍流度地形影响区划静风压计算风压计算公式风压系数取值风振效应涡激振动颤振临界风速地震作用分析地震动参数基本烈度、反应谱、峰值加速度分析方法多遇地震，罕遇地震设计要求抗震措施延性设计，构造细节加强温度作用⁻⁻±25°C

1.0×10⁵

1.2×10⁵设计温度变化膨胀系数膨胀系数一般地区年温差混凝土线膨胀系数钢材线膨胀系数支座反力与支座设计荷载荷载组合极限状态组合类型荷载组合承载能力极限状态基本组合恒活风++

0.7承载能力极限状态偶然组合恒活地震+

0.7+正常使用极限状态标准组合恒活+正常使用极限状态频遇组合恒活+

0.7荷载影响线与影响面影响线定义内力随载荷位置变化曲线计算方法单位载荷法、虚功原理应用目的确定最不利荷载位置使用规则正区放活载，负区不放活载桥梁极限状态理论承载力极限状态正常使用极限状态强度破坏变形控制••整体失稳裂缝宽度••疲劳破坏振动舒适度••安全储备材料分项系数•荷载分项系数•结构重要性系数•结构分析方法简介静力分析方法动力分析方法非线性分析力法振型分解法几何非线性•••位移法时程分析法材料非线性•••矩阵刚度法谱分析法边界非线性•••桥梁有限元分析前处理几何建模，单元划分材料参数定义求解过程刚度矩阵组装边界条件应用后处理内力、位移、应力分析结果可视化超静定结构内力计算力法基本原理选择多余约束作未知量位移法基本原理以节点位移作未知量力矩分配法适用于连续梁计算正截面与斜截面内力设计正截面弯矩斜截面剪力扭矩分析验算梁中截面抗弯承载力验算支座附近抗剪承载力曲线桥或偏心荷载特有问题典型梁桥荷载分析案例工程参数荷载工况跨径连续梁公路级荷载3×40m-I分析结果计算方法跨中最大弯矩空间梁格法5600kN·m典型斜拉桥荷载分析案例320m168m主跨长度主塔高度深圳前海斜拉桥混凝土钢组合塔12kN/m²设计风荷载基本风压值典型悬索桥荷载分析案例桥墩及基础荷载分析上部荷载传递桥面系到桥墩的荷载路径桥墩受力轴力、弯矩、水平力基础受力地基承载力、沉降控制桥梁疲劳分析桥梁抗灾荷载分析抗风设计风障、减振装置、空气动力学优化抗震设计隔震支座、阻尼器、柔性结构防撞设计撞击缓冲结构、墩柱加固措施抗洪设计防冲刷保护、通航净空加大桥梁健康监测与大数据振动监测系统应变监测系统数据分析平台实时捕捉结构振动参数监测关键部位应力状态人工智能预警与决策支持桥梁荷载试验静载试验重型车辆加载测试位移动载试验振动特性与频率测定数据分析验证设计计算结果荷载分析中的常见问题荷载取值偏差分析模型局限风荷载估计不足边界条件假设偏差••动力放大因素忽略忽略非线性影响••温度变化范围不准几何简化过度••组合效应问题荷载组合不全面•荷载系数选取不当•局部效应忽略•荷载分析未来发展趋势数字孪生技术人工智能应用新型分析理论虚拟模型实时更新荷载参数智能优化多尺度分析方法•••预测性维护分析结构形式自动生成随机振动理论•••全寿命周期监测非线性分析简化灾变理论应用•••本课程总结设计原理荷载类型结构类型与选择恒载、活载定义材料与构造要点偶然荷载特点应用要点分析方法3典型结构分析案例静力与动力分析常见问题与解决方案极限状态与荷载组合拓展阅读推荐1《桥梁工程》邵旭东主编，人民交通出版社2《混凝土桥梁设计原理》范立础，人民交通出版社3《桥梁抗风设计理论与实践》杨永斌，科学出版社4《桥梁抗震设计》陈政清，同济大学出版社课后习题与思考基础习题恒载、活载计算练习简支梁内力分析提高习题2斜拉桥主缆索力计算复杂荷载组合分析思考题如何优化桥梁结构减少材料用量？气候变化对桥梁设计有何影响？问答交流课堂互动在线交流小组讨论课后答疑与讨论线上答疑平台设计案例分析与评价感谢聆听邮箱联系电话咨询后续课程办公时间周一至周五桥梁结构动力学分析bridge_design@university.edu.cn学习建议多参观实际工程，理论结合实践。