《桥梁承载力分析》课件.ppt
桥梁承载力分析桥梁结构力学分析安全评估与性能优化
课程简介目标掌握桥梁承载力分析方法内容理论基础与实际案例结合意义提高桥梁安全性
桥梁在交通工程中的作用交通枢纽保证道路网络连接跨越障碍跨越河流山谷统计数据全国桥梁总数超80万座
桥梁安全现状统计158事故数近十年事故总量42%弯曲破坏最常见失效类型27%剪切破坏第二常见失效类型
桥梁承载力分析的现实意义防患于未然事前分析与加固降低安全风险节约社会资源成本对比预防费用：工程造价1-3%事故修复：工程造价30-50%不可计量的生命损失
桥梁的基本类型梁桥跨径小中型结构简单经济拱桥造型美观充分利用材料强度斜拉桥跨径大施工便捷悬索桥特大跨径柔性结构
桥梁结构主要构件上部结构主梁、桥面系下部结构桥墩、桥台基础桩基、扩大基础
承载力相关基本概念极限承载力结构破坏临界点表示结构耐荷能力上限允许承载力考虑安全系数后实际使用值保证结构安全运行极限状态承载极限状态：结构失效使用极限状态：功能丧失
荷载的分类永久荷载恒载、预应力可变荷载车辆、风、温度偶然荷载地震、撞击荷载特性随机性、时变性
桥梁承载力标准设计通用规范JTGD60-2015设计基准期一般为100年安全等级特级、一级、二级
桥梁结构失效模式剪切破坏斜裂缝发展弯曲破坏中跨下挠过大压溃破坏墩柱混凝土剥落
国内外桥梁承载力研究进展1日本高铁设计寿命更新至120年2欧洲规范考虑非线性材料特性3美国AASHTO考虑设计多工况组合4中国进展完善本土化荷载谱
承载力分析理论基础理论力学基本平衡方程结构简化空间结构离散化计算方法线性/非线性分析
材料力学性能指标材料类型抗压强度抗拉强度弹性模量C40混凝土40MPa2.39MPa32.5GPaHRB400钢筋-400MPa200GPaQ345钢材-345MPa206GPa
截面力和内力分析
荷载效应组合
极限状态设计方法1确定设计状况常遇、罕遇、偶然状况2荷载分项系数基于统计数据取值3材料分项系数考虑材料波动性4极限状态判定效应≤抗力设计值
承载极限理论弹性阶段结构变形与荷载成正比弹塑性阶段部分材料进入屈服状态塑性阶段材料大面积屈服破坏失稳结构失去承载能力
可靠度分析基础概率极限状态法考虑荷载与抗力随机性基于统计理论计算安全系数法基于经验确定系数简单直观易理解可靠指标β表示结构安全程度一级桥梁β≥3.7
承载力分析基本流程模型建立几何建模参数选取材料特性荷载输入多种荷载工况响应分析计算内力应力
结构建模常用工具
桥梁恒载分析结构自重混凝土：25kN/m3附属设施桥面铺装：2~4kN/m2辅助构件栏杆、灯具：1~2kN/m
活载分析方法公路桥公路-I级：车道荷载10.5kN/m公路-II级：车道荷载8.0kN/m铁路桥中国铁路列车标准荷载客运专线荷载：ZK活载特殊荷载超重车辆：120t~300t需专项评估通行条件
桥梁风荷载分析风荷载计算风压=1/2ρV2风速标准基本风速50年一遇值颤振分析大跨度桥风致振动
地震荷载简述0.1g地震加速度一般地区设计值0.4g高烈度区四川等地设计值7度抗震设防重要桥梁最低设防
温度效应分析平均温度(°C)最大温差(°C)
其他偶然荷载船撞内河1000~3000kN漂浮物洪水期木材冲击爆炸重要桥梁恐怖袭击防护
截面承载力计算截面受力内力平衡方程应变分布平截面假定破坏条件混凝土压应变限值承载力验算截面承载力≥内力效应
节点与连接部位承载力焊接焊缝强度检验焊接质量控制螺栓高强螺栓摩擦型抗滑移能力计算铆接传统连接方式老桥改造评估重点
下部结构承载力墩台抗弯、抗压、抗剪基础竖向承载力地基沉降和稳定性
检验与评估方法静载试验加载车辆布置主跨挠度测量动载试验冲击系数测定固有频率识别监测应用应变长期监测结构健康评估
实际案例分析一：江阴大桥基本参数跨径布置：1377m设计荷载汽车荷载：公路-I级环境条件基本风速：28.7m/s建成通车1999年投入使用
案例一分析结果
实际案例分析二：武汉天兴洲长江大桥1桥型介绍三塔四跨斜拉桥2关键工况台风+洪水联合作用3分析方法全桥有限元建模4评定依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》
案例二分析结论检测结果主缆应力水平达设计值85%趋势分析近5年应力增长7%安全评定二类桥梁，满足安全要求
实际案例分析三：苏通大桥风险点斜拉索疲劳试验车型6轴重型车监测方式光纤应变实时监测
案例三分析启示技术成效高强材料应用减轻结构自重20%节约钢材8000吨关键难点风致振动控制高强钢焊接技术索力精确控制
既有桥梁承载力评定流程检测结构几何尺寸测量鉴定材料性能试验评定承载能力计算加固必要时进行结构补强
交通荷载增长对既有桥影响
桥梁结构加固工程案例粘贴钢板适用小跨径梁桥截面增大适用承载不足桥墩外加预应力适用大跨径桥
影响承载力的关键因素结构型式不同结构受力特点材料特性强