AASHTO LRFD SI4中文版.docx

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AASHTOLRFDSI4中文版

第四章目录

4.1范围

4.2定义

4.3符号

4.4认可的结构分析法

4.5建立力学模型

4.5.1一般规定

4.5.2结构材料性能

4.5.2.1弹性与非弹性性能

4.5.2.2弹性性能

4.5.2.3非弹性性能

4.5.3几何形状

4.5.3.1小挠度理论

4.5.3.2大挠度理论

4.5.3.2.1一般规定

4.5.3.2.2近似法

4.5.3.2.2a一般规定

4.5.3.2.2b弯矩放大-压弯构件

4.5.3.2.2c弯矩方法-拱

4.5.3.2.3精确法

4.5.4建立边界条件模型

4.5.5等效构件

4.6静力分析

4.6.1平面上几何形状的影响

4.6.1.1平面上长宽比

4.6.1.2水平面内成弯曲的结构

4.6.1.2.1一般规定

4.6.1.2.2具有抗扭劲性的单主梁上部结构

4.6.1.2.3混凝土多室箱梁

4.6.1.2.4钢筋多梁上部结构

4.6.1.2.4a一般规定

4.6.1.2.4bⅠ形梁

4.6.1.2.4c封闭式箱型、槽型梁

4.6.2近似分析法

4.6.2.1桥面

4.6.2.1.1一般规定

4.6.2.1.2适用性

4.6.2.1.3等效内侧板条的宽度

4.6.2.1.4在板边缘的等效板条的宽度

4.6.2.1.4a一般规定

4.6.2.1.4b纵边

4.6.2.1.4c横边

4.6.2.1.5轮载分配

4.6.2.1.6力效应计算

4.6.2.1.7横截面的框架作用

4.6.2.1.8完全填充式和部分填充式格构及未填充格构桥面板与钢筋混凝土板复合板的活载分配

4.6.2.1.9非弹性分析

4.6.2.2梁-板桥

4.6.2.2.1应用

4.6.2.2.2用于弯矩和剪力的分配系数法

4.6.2.2.2a带有木桥面的内梁

4.6.2.2.2b带有混凝土桥面的内梁

4.6.2.2.2c带波纹钢桥面的内梁

4.6.2.2.2d外梁

4.6.2.2.2e斜桥

4.6.2.2.2f桥面横梁的弯矩和剪力

4.6.2.2.3用于剪力的分配系数法

4.6.2.2.3a内梁

4.6.2.2.3b外梁

4.6.2.2.3c斜桥

4.6.2.2.4曲线钢桥

4.6.2.2.5其它交通的特殊荷载

4.6.2.3板桥的等效条宽度

4.6.2.4桁架桥和拱桥

4.6.2.5有效长度系数，K

4.6.2.6有效翼缘宽度

4.6.2.6.1一般规定

4.6.2.6.2分段式混凝土箱梁及单室现浇箱梁

4.6.2.6.3现浇多室上部结构

4.6.2.6.4正交异性钢桥面

4.6.2.7多梁桥的侧向风荷载分布

4.6.2.7.1Ⅰ形截面

4.6.2.7.2箱型截面

4.6.2.7.3施工

4.6.2.8抗震横向荷载分布

4.6.2.8.1适用性

4.6.2.8.2设计准则

4.6.2.8.3荷载分布

4.6.2.9分段式混凝土桥梁的分析

4.6.2.9.1一般规定

4.6.2.9.2撑杆与系杆模型

4.6.2.9.3有效翼缘宽度

4.6.2.9.4横向分析

4.6.2.9.5纵向分析

4.6.2.9.5a一般规定

4.6.2.9.5b安装分析

4.6.2.9.5c最终结构系统分析

4.6.2.10箱型涵洞有效条形宽度

4.6.2.10.1一般规定

4.6.2.10.2例1：

交通平行于跨度方向移动

4.6.2.10.3例2：

交通垂直于跨度方向移动

4.6.2.10.4预制箱型涵洞

4.6.3精确分析法

4.6.3.1一般规定

4.6.3.2桥面

4.6.3.2.1一般规定

4.6.3.2.2各向同性板模型

4.6.3.2.3正交异性板模型

4.6.3.3梁-板桥

4.6.3.3.1一般规定

4.6.3.3.2曲线钢桥

4.6.3.4多室及单室箱梁桥

4.6.3.5桁架桥

4.6.3.6拱桥

4.6.3.7斜拉桥

4.6.3.8悬索桥

4.6.4连续梁桥内负弯矩的重分布

4.6.4.1一般规定

4.6.4.2精确法

4.6.4.3近似法

4.6.5稳定性

4.6.6温度梯度分析

4.7动力分析

4.7.1结构动力特性的基本要求

4.7.1.1总则

4.7.1.2质量分布

4.7.1.3劲度

4.7.1.4阻尼

4.7.1.5固有频率

4.7.2弹性动力反应

4.7.2.1车辆引起的振动

4.7.2.2风致振动

4.7.2.2.1风速

4.7.2.2.2动力效应

4.7.2.2.3设计考虑

4.7.3非弹性动力反应

4.7.3.1总则

4.7.3.2塑性铰和屈服线

4.7.4对地震荷载的分析

4.7.4.1总则

4.7.4.2单跨桥

4.7.4.3多跨桥

4.7.4.3.1分析方法的选用

4.7.4.3.2单振型方法分析

4.7.4.3.2a一般规定

4.7.4.3.2b单振型谱法

4.7.4.3.2c均匀荷载

4.7.4.3.3多模态谱法

4.7.4.3.4时间历程法

4.7.4.4最小位移要求

4.7.5撞击荷载分析

4.8用物理模型分析

4.8.1比例尺模型试验

4.8.2桥梁试验

参考文献

附录A4桥面板设计表

第4章（SI）

结构分析与评价

4.1范围

本章介绍适用于桥梁设计及评价的分析方法，而且只限于结构模型的建立和力效应的确定。

基于有文件依据的材料特性及满足平衡和相容性的其它分析方法也可以使用。

一般来说，桥梁结构要按弹性进行分析。

但是，这一章允许在某些连续梁上部结构中采用非弹性分析或力效应的重分布。

对表现为非弹性的受压构件，规定用非弹性分析，而且作为对极端事件极限状态的一种变通办法。

C4.1

这一章识别并提倡适用于桥梁结构分析方法的应用。

所选用的分析方法可能由近似的直到很复杂的变化不等，取决于结构尺寸，复杂性和重要性。

采用更复杂的分析方法的主要目的是为了得到对结构表现更深入的了解，这种更深入的了解往往可以，但不总能，起到节约材料的目的。

所列出的适用于确定桥梁结构变形及力效应的分析方法业已成功地得到演示，并大多已使用了多年。

虽然许多方法为了付诸实用需要计算机，但也提供了服从于手算及（或）基于线性结构分析的现有计算机程序的更简便方法。

将计算结果与手算的相比较总是应当受到鼓励的，而且进行基本的力的平衡验算应是标准的常规作法。

随着计算技术的迅速发展，可以预料更精确更复杂的分析方法将变得更为普遍。

因此，这一章着重提出了这些方法的假定和局限性。

重要的是使用者应了解所用的方法及其有关的局限性。

一般来说，建议的分析方法基于线性材料模型，这并不意味着截面抗力被局限于线性范围，这就呈现出明显的不一致性，也就是说，对于强度极限状态，内力分析建立在材料线性的基础上，而抗力模型可以建立在非弹性性能基础上。

但是，这种不一致性同样地存在于老版《AASHTO标准规范》的荷载系数设计方法中，而且在采用乘有系数的设计方法的其它国家的设计准则中也存在这一问题。

第三章定义的荷载及荷载系数以及贯穿本规范各章规定的抗力系数，是采用概率原理结合基于线性材料模型的分析而开发出来的。

因此，只有在本规范中明确地列出了其概要的地方，才允许采用基于材料非线性的分析方法，以取得在强度极限状态下更切实际的力效应和随之而来的经济性。

在分析和抗力章节中强调了一些非线性性能的影响。

例如，长柱的性能可以通过几何非线性方法建立模型，也可以利用第五、六、七、八章中近似公式建立模型。

这两种方法均可使用，但建议使用更精确的公式。

4.2定义

已认可的分析法——种无需进一步验证的并已成为结构工程实践的一个正规部分的分析方法。

拱跨度——两个相邻支座、或其它支承点中心的距离，通过沿水平方向的弯曲单元中心线水平测得。

长宽比——个长方形的长与宽之比。

边界条件——所提供的关于结构模型的支承的和（或）结构模型之间的连续性的结构约束特性。

定出界限——为了获得保守设计，取两个或更多的参数的极限值来包络结构反应。

经典变形法（ClassicalDeformationMethod）——种分析方法，在这种方法中，结构被细分为若干构件，其劲度可以单独地计算，构件之间的平衡及相容性通过确定界面处的变形得到恢复。

经典力法（ClassicalForceMethod）——一种分析方法，在这种方法中，结构被细分成若干静定构件，其间的相容性通过确定界面力得到恢复。

封闭式箱型截面——横断面由两块垂直或倾斜的腹板组成，至少有1个完全封闭的室。

一个封闭的截面单元通过腹板与翼缘的发展中的剪力流抵抗施加的扭转是有效的。

封闭式解（Closed-formSolution）——用一个方程或更多的方程，包括基于收敛级数的方程，通过直接引入荷载和结构参数即可计算力效应。

相容性——在相连接的构件界面处位移的几何相等。

构件——要求单独设计的结构单位，与Member同义。

凝缩（Condensation）——通过用被保留的变量表达从分析中被消掉的变量，以减少所解方程的数目的过程。

核心宽度——整体式上部结构中减去桥面悬臂后上部结构的宽度。

横断面变形——由扭转荷载产生的封闭式箱型或槽形截面的横断面变形。

弯梁——在水平面弯曲的I型、封闭式箱型、槽形梁。

阻尼器——转移或减少上部结构单元和/或上部与下部结构单元之间的力的一种设备，允许热运动。

这种设备通过耗散地震、制动或其它动力荷载作用的能量提供阻尼。

桥面——指直接承受轮荷载的构件，带或不带磨耗层。

桥面系——指一上部结构，其中桥面与它的支承构件组成整体，或者其中支承构件的作用或变形对桥面性能的影响很大。

变形—一由力效应所引起的结构几何形状的改变，包括轴向位移、剪切位移和转动。

自由度——确定一个节点的位移所需要的若干平动或转动之一个。

一个构件和（或）整个结构的位移的形状可以用若干自由度来确定。

设计——定出一座桥梁的构件和连接的尺寸与细部，以满足这本规范的要求。

动力自由度——与质量或与质量效应相关的自由度。

弹性——应力与应变之比为常数且卸载后材料回复到原始的无载状态的结构材料性能。

元件——一个由同一材料组成的构件或杆件中的一部分。

端区——由于结构的不连续性和（或）集中荷载的分布，不能应用正规梁理论来计算的结构区域。

平衡——在空间任一点的力和力矩之和为零的状态。

等效梁——一条既抵抗弯曲又抵抗扭转效应的直梁或曲梁。

等效条——一个为了分析而从桥面分离出来的人为线性单元，在该线性单元内，对一条横向或纵向轮载算出的力效应极值将近似于桥面中实际发生的力效应。

有限差分法——一种在结构的离散点上满足控制微分方程的分析方法。

有限元法——一种分析方法，其中一座结构被分成在节点处相连接的若干单元，假定出一个单位移场的形状，并在鱼元界面中部分地或完全地保持相容性，通过用能量变分原理或平衡方法来确定节点的位移。

有限条法——一种把结构离散成若干平行的条的分析方法，假定出条位移场的形状并在条的界面中保持部分相容性。

模式位移参数用能量变分原理或平衡原理来确定。

一阶分析：

未变形结构在平衡状态下的分析被公式化，也就是说，变形效应不被考虑写入平衡方程中。

翼缘横向弯曲应力：

由翼缘横向弯曲引起的正常应力。

折板法——一种把结构再分成板构件并在构件界面处满足平衡和相容性两方面要求的分析方法。

轮迹——车轮与路面之间规定的接触面积。

力效应——变形、应力或应力合成，即由作用的荷载、强加变形、或体积变化引起的轴向力、剪力、弯矩或扭矩。

基础——通过将自身荷载传递给支承桥梁的土壤或岩石而产生自身抗力的支承单元。

框架作用——大桥中桥面与多室截面的腹板之间，或者桥面与主要构件之间的横向连续性。

对风的框架作用——将侧向风荷载部分或全部地传给桥面所引起的梁腹板及框架式加劲杆（如果有的话）的横向弯曲。

梁的半径——曲形梁节段的圆周中心线的半径。

总体分析——将结构作为一个整体的分析。

控制位置——引起力效应极值的瞬变荷载的位置和方向。

梁格法——一种将全部或部分上部结构离散成代表结构性能的正交异性构件的分析方法。

非弹性——任何应力与应变之比不是常数且卸载后部分变形仍保持下来的结构性能。

车道活载——双轴和均布荷载的组合，或设计货车和设计均布荷载的组合。

大挠度理论（LargeDeflectionTheory）——分析中考虑变形对力效应的影响的任一分析方法。

横向翼缘弯曲——由施加在翼缘的横向荷载和/或单元上的不均匀扭转引起的翼缘绕与翼缘平面垂直的轴的弯曲。

杠杆法则——绕一点的静力力矩之和，用以计算第二点的反力。

线性反应——变形与荷载成正比的结构表现。

局部分析——利用从总体分析得到的力效应，对构件内或构件之间的应变和应力的更深入的分析。

杆件——与构件同义。

分析方法——种确定结构的变形、力和应力的数学计算过程。

模型——座结构或构件在数学上或物理上的用于分析的理想化。

整体式结构——单室钢的和（或）混凝土的箱形桥、实体或多室现浇混凝土桥面系，以及由预制的实心或多室的纵向元件组成并通过横向后张式预加应力牢固地连在一起的桥面。

M/R方法——用于分析曲线箱梁一种近似方法，这种方法中曲线梁被当作等效直线梁来计算弯曲效应或当作相应的直线共轭梁来计算伴生的St.Venant因弯曲产生的扭转弯矩。

负弯矩——在弯曲构件顶部产生拉力的弯矩。

结点——有限元或格构件的一个交点;联系到有限差分，则为满足控制差分方程的点。

非线性反应——由于非弹性范围中的应力，或者由于变形引起力效应的重大改变，或由于这两个原因的同时作用而产生的变形与荷载不成正比。

非均匀扭转：

薄壁截面中的一种内部抵抗扭转，也被成为翘曲扭转，产生剪应力和正应力，在这种扭转作用下横断面不能保持平面。

构件通过翘曲扭转与St.Venant扭转抵抗体外施加的扭转。

内部抵抗扭转的这些构件每个都随构件长度而变化，虽然体外施加的集中扭矩可能是均匀地沿着两个相邻扭转作用约束点之间的构件施加。

在开口断面构件上，翘曲扭转比St.Venant扭转有优势，而在封口断面构件上，St.Venant扭转比翘曲扭转有优势。

开口断面：

没有封闭室的横断面。

开口断面构件通过在翼缘端引起正应力的非均匀扭转抵抗主要扭矩。

正交异性——在两个或更多的正交方向具有不同的相互垂直的物理性能。

节点——构件中心线的相交点，通常是在析架桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥中。

销接——构件之间由一理论上无摩擦的销连在一点的联结。

销接端——允许在作用平面内自由转动，但不许平动的边界条件。

反弯点——弯矩方向改变点，与反挠点（pointoflnflection）同义。

检定车辆——作为表示桥梁抗力的共同根据的车辆序列。

精细分析方法——把整个上部结构当作一个整体单元并提供要求的挠度与作用的结构分析方法。

限位装置——在一个初始松弛发生后，在地震或其它动力荷载作用下，在上部结构单元和/或上部结构与下部结构单元之间传递作用力的高强度拉索或杆系统，允许热运动发生。

刚度——由一个构件单位长度上的相应单位变形引起的力效应。

次要构件——在分析中应力不作常规估计的构件。

二阶分析——变形结构在平衡状态下的分析被公式化，也就是说，结构的变形位置被考虑写入平衡方程中。

级数法或调和法——一种分析法，在这种方法中将荷载模型细分成若干适当部分，且每一部分相应于一个描述结构变形的收敛无弯级数的一项。

剪力流——平行于板单元边界施加的每单元宽度的剪力。

剪力滞——由剪切变形引起的通过构件的正应力的非线性分布。

冲击传递装置（STU）——在地震、制动或其它动力荷载作用下，在上部结构单元和/或上部结构与下部结构单元之间提供临时刚度连接的一种设备，允许热运动发生。

斜交角——支承的中心线与垂直于道路中心线的线之间的夹角。

小挠度理论——一种不考虑变形对结构力效应影响的分析方法的原理。

梁的间距——支承线之间中心到中心的距离。

散布梁——若干相互不实际接触，支承着一个现浇混凝土桥面的梁。

劲度——单位变形产生的力效应。

应变——单位长度的伸长。

应力范围——最大与最小应力的代数和。

St.Venant扭转——在横断面上仅产生纯剪应力的构件内部抵抗扭转的部分；也称为纯扭转或均匀扭转。

子模型——总体结构模型的一个组成部分。

附加变形一一沉降、徐变、温度和（或）含水量的变化产生的影响。

叠加——一次加载产生的作用力效果能够加到由另一次加载产生的作用力效果上的情况。

当应力-应变关系是线弹性的且使用小变形理论的时候叠加的使用是唯一有效的。

双轴——两个紧靠地隔一定距离的相互用机械方式连接在一起的等重轴。

内应力——腹板或箱型翼缘中由横断面扭转引起的弯曲应力。

扭转剪应力——St.Venant扭转引起的剪应力。

槽型断面——由一个底部翼缘、两块倾斜或直立的腹板及顶部翼缘组成的一种顶部开口的断面。

未裂开的断面——断面在拉伸或压缩下假定混凝土完全有效。

V型荷载法——弯曲I型梁桥分析的一种近似方法，这种方法中，弯梁由等效直梁表示，弯曲效应由施加到交叉框架上的垂直与横向作用力表示。

翘曲应力——在横断面中翘曲扭转和/或横断面扭转产生的正应力。

轮载——一个规定的设计轴荷载的1/2。

屈服线——一条塑性铰线。

屈服线法——一种分析方法，在这种方法中为了确定承载能力检验若干个可能的屈服线模式。

4.3符号

A——纵梁、梁或构件的面积（mm2）（4.6.2.2.1）

Ab——护栏的横截面积（mm2）（C4.6.2.6.1）

Ac——钢梁的换算横截面积（mm2）（C4.6.6）

Ao——诸单元的中心线所包络的面积（mm2）（C4.6.2.2.1）

As——加劲肋的总面积（mm2）（4.6.2.6.4）

a——混凝土箱梁有效翼缘宽度过渡区长度（mm）；正交异性钢桥面中纵向加劲肋的间距或肋宽（mm）（4.6.2.6.2）（4.6.2.6.4）

B——横梁间距（mm）（4.6.2.6.4）

b——轴胎长度（mm）;梁宽度（mm）;板单元宽度（mm）;腹板每侧翼缘宽度（mm）（4.6.2.1.8）（4.6.2.2.1）（C4.6.2.2.1）（4.6.2.6.2）

be——用于确定跨度靠内部分的翼缘宽度的系数（（4.6.2.6.2）

bm——跨度靠内部分的有效翼缘宽度（mm）（4.6.2.6.2）

bn——用于作用在锚固区的法向力的有效翼缘宽度（mm）（4.6.2.6.2）

bo——投影到桥面板中平面的腹板宽度（mm）（4.6.2.6.2）

bs——用于确定支承处和悬臂有效翼缘宽度的系数（（4.6.2.6.2-2）；be的一种特殊情形（mm）（4.6.2.6.2）

C——连续性系数;劲度参数（（4.6.2.1.8）（4.6.2.2.1）

Cm——弯矩梯度系数（4.5.3.2.2b）

Csm——无量纲弹性地震反应系数（C4.7.4.3.2b）

C1——斜支承用的参数（4.6.2.2.2e）

D——水平方向弯梁的腹板深度（mm）；Dx/DY；每车道分配宽度（mm）（C4.6.1.2.4b）（4.6.2.1.8）（4.6.2.2.1）

Dx—主格条方向抗弯刚度（N-mm2/mm）（4.6.2.1.8）

DY—垂直于主格条的抗弯刚度（N-mm2/mm）（4.6.2.1.8）

d—梁或纵梁的高度（mm）;构件高度（mm）（4.6.2.2.1）（C4.6.2.7.1）

de—外梁中心与缘石或护栏内缘之间的距离（mm）（4.6.2.2.1）

do—上部结构的厚度（mm）（4.6.2.6.2）

E—弹性模量（MPa）；等效宽度（mm）；垂直跨径的等效分布宽度（mm）（4.5.3.2.2b）（4.6.2.3）（4.6.2.10.2）

EB——梁材料的弹性模量（MPa）（4.6.2.2.1）

Ec——柱的弹性模量（MPa）（C4.6.2.5）

ED——桥面板材料的弹性模量（MPa）（4.6.2.2.1）

Eg——梁或其它约束构件的弹性模量（MPa）（C4.6.2.5）

EMOD—已就非线性影响修正过的缆索弹性模量（MPa）（4.6.3.7）

Espan——平行于跨径的等效分布长度（mm）（4.6.2.10.2）

e—分布修正系数;一条车道距大梁图形重心的偏心距（mm）;正交异性钢桥面中肋的间距（mm）（4.6.2.2.1）（C4.6.2.2.2d）（4.6.2.6.4）

eg—梁重心与桥面重心之间的距离（mm）（4.6.2.2.1）

fc—乘有系数的应力，作了修正以计入二次效应（MPa）（4.5.3.2.2b）

f2b—相应于M2b的应力（MPa）（4.5.3.2.2b）

f2s—相应于M2s的应力（MPa）（4.5.3.2.2b）

G—剪切模量（MPa）（C4.6.3.3）

Ga—柱在‘`a"端的劲度与抵抗弯曲的诸构件劲度之比值（C4.6.2.5）

Gb—柱在“b”端的劲度与诸构件抵抗柱弯曲的劲度之比值（（C4.6.2.5）

Gd——设计荷载产生的作用力效果（kN或kN-mm）（4.6.2.2.4）

Gp——汽车超载产生的作用力效果（kN或kN-mm）（4.6.2.2.4）

g—分配系数:

重力加速度（m/s2）（4.6.2.2.1）（C4.7.4.3.2）

gm——多车道活载分配系数（4.6.2.2.4）

gl——单车道活载分配系数（4.6.2.2.4）

H—所考虑支承位置的下部结构的平均高度（mm）（4.7.4.4）

H,H1,H2—缆力的水平分量（N）（4.6.3.7）

h—桥面高度（mm）（4.6.2.1.3）

I－惯性矩（mm4）（4.5.3.2.2b）

Ic—柱的惯性矩（mm4）;钢梁换算横截面的惯性矩（mm4）（C4.6.2.5）（C4.6.6）

Ig—起约束柱弯曲作用的构件的惯性矩（mm4）（C4.6.2.5）

IM—动荷载增计值（C4.7.2.1）

IP—极惯性矩（mm4）（4.6.2.2.1）

IS—等效板条的惯性矩（mm4）（4.6.2.1.5）

J—圣文南扭转常数（mm4）（4.6.2.2.1）

K—拱肋有效长度系数;不同形式的构造的常数;柱的有效长度系数（4.5.3.2.2b）（4.6.2.2.1）（4.6.2.5）

Kg—纵向劲度参数（mm4）（4.6.2.2.1）

k—用于多梁桥计算