第6章其他作用6.1温度作用6.2变形作用6.3爆炸作用6.4浮力作用6.5制动力与冲击力6.6离心力6.7预
加力6.1温度作用6.2变形作用5.3爆炸作用爆炸的破坏作用6.3.2爆炸荷载的计算冲击波对地面结构物的作用
冲击波对地下结构物的作用6.4浮力作用6.5制动力与冲击力6.5.2吊车制动力6.5.3车辆竖向冲击力6.6离
心力6.7预加力6.1.1基本概念及温度作用原理固体的温度发生变化时，会产生热变形。如果热变形受到约束，固体
内部将产生应力，这个应力称为温度应力或热应力。因此温度变化是一种作用。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；3）钢结构的焊接过程，焊缝及附近温度
最高，可达1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。不均匀的温度场使材料产生不均匀的膨胀。4）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。0.7x10-50.9x10-51.0x10-51.2x10-5
线膨胀系数砖砌块混凝土砌块混凝土结构钢结构结构种类常用材料线膨胀系数a（1/℃）线膨胀系数:固体物质的温度每改变
1℃时，其长度的变化和它在0℃时长度之比。近似地认为是恒量。伸长量：温度的变化对结构物内部产生一定的影响，其影响的计算应根据
不同结构类型区别对待。静定结构在温度变化时不对温度变形产生约束，故不产生内力，但由于材料具合热胀冷缩的性质，可使静定结构自由
地产生符合其约束条件的位移，这种位移可由变形体系的虚功原理计算。超静定结构，由于存在多余约束，当温度改变时引起的温度变形会受
到约束，从而在结构内产生内力，这也是超静定结构不同于静定结构的特征之一。超静定结构的温度作用效应，一般可根据变形协调条件，按结构力
学方法计算。力法典型方程为：应用上式时，比较虚拟状态的变形与实际状态由于温度变化引起的变形，若二者变形方向相同，面积取
正号，反之，则取负号。相应地，式中t0及Dt均只取绝对值。例6-1如图所示两铰刚架，其内侧温度升高25℃，外侧升高15℃，材料
的线膨胀系数为a，各杆矩形等截面的高h=0.1l，试求刚架最终弯矩图解：用力法求解超静定问题此刚架有一个多余约束，取图（b）作
为基本结构力法方程为：作内力图如(c)、(d)：于是作最终弯矩图如图(e)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。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。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。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等，在结构设计计算中必须考虑变形作用。常见的变形作用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。钢筋混凝土结构，存在
着两种特殊的变形作用，即混凝土的收缩和徐变。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。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。变形作用计算—按力学基本原理求解将
多余约束释放掉，利用被迫变形等于约束力变形条件。5.3.1爆炸概念在足够小的容积内以极短的时间突然释放出的能
量，以致产生一个从爆源向有限空间传播开去的一定幅度的压力波（冲击波）。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。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，
而后又出现负压力，即吸引作用。③碎片的冲击作用：爆炸产生的碎片，飞散范围100—500米，碎片的体积越小，飞散的速度越大，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，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。爆心高压波
顶盖前墙背墙地下室爆炸产生的冲击波对地上和地下结构的作用的特性和强度存在很大差别，应区分对待结构
承受的爆炸荷载都是偶然性瞬间作用，当爆炸冲击波与结构物相遇时，会引起压力、密度、温度和质点速度迅速变化，对结构物施加荷载，此荷载是
入射冲击波特性(超压、动压、衰减和持续时间等)以及结构特性(大小、形状、方位等)的函数。入射冲击波与物体间的相互作用是一个复杂的过
程。冲击波超压：爆炸产生的高温、高压膨胀，在周围介质中形成连续向外传播的压力脉冲（或冲击波），冲击波阵面传播到空间某点时，超过周
围环境大器的压力称超压；冲击波动压：空气粒子高速随波阵面运动产生的冲击压力称动压总压=超压+动压1）深度h处压缩波
峰值压力Ph理论公式：Ph=DPde-ahh：深度（m）；DPd：地面冲击波超压，可按《人民防空地下室
设计规范》（GB50038-2005）公式计算；a：衰减系数2)结构顶盖、侧墙、底板的动载其中，Kf,x,h分别为
综合反射系数、侧压系数、底压系数，由《规范》中查表可得。浮力的计算取决于土的物理特性：透水性产生浮力的必要条
件：地下水能否通过土的空隙、连通或溶入到结构基底当不能确定地基是否透水时，应将透水和不透水两种情况与其他荷载组合，取其
最不利者。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；6.5.1车辆制动力和（列车）
牵引力汽车制动力：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。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。路面摩擦因素：水泥混凝土路面：0.74
沥青混凝土路面：0.62平整的泥结碎石路面：0.60(根据气候条件和路面潮湿情况不同而变化）。《公路桥涵设计通用规范》
（JTGD60-2004）规定一个设计车道的制动力按下列要求取值：采用公路-Ⅰ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。采用公路-Ⅱ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。二、三、四车道时：制动力按上述规定数值的2倍、2.34倍、2.68倍。制动力的作用位置1）一般制
动力的着力点在桥面以上1.2m处或铁轨以上2m处。2）计算墩台时，制动力可移至支座中心或支座底座面上，不计由此产生的竖向力和力
矩。3）计算刚构桥、拱桥时，制动力可移至桥面上，不计由此产生的竖向力和力矩。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）。吊车横向水平制动力
《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。吊车横向水平制动力小车制动或启动时小车轮子与桥架之间
产生的滑动摩擦力小车总制动力Tx=a(G+W)?—制动系数，
G—小车重量W—吊车额定起重量软钩吊车：当W?10t时,?=0
.12当W=16?50t时,?=0.10当W?75t时,
?=0.08硬钩吊车：?=0.20汽车以较高速度驶
过桥梁时，由于桥面的不凭平整以及车轮的不圆和发动机的抖动等原因，会引起桥梁结构的振动，这种动力效应通常称为冲击作用。在这
种情况下，运动中的车辆荷载对桥梁结构所引起的应力和变形必同样大小的静荷载所引起的大。汽车荷载的冲击力可用汽车荷载乘以冲击系数μ计算
。冲击系数是根据在已建成的实桥上所做的振动试验的结果分析整理确定的，设计中可按不同结构种类和跨度大小选用相应的冲击系数。
影响公路桥梁冲击系数的因素，归纳起来大致可分为三类：(1)汽车荷载本身的几何与动力特性；(2)桥梁结构的几何与动力特性；(3)激
振及冲击的条件。鉴于结构物上的填料能缓冲及扩散冲击荷载的作用，故对于拱桥和涵洞以及重力式墩台，当填料厚度（包括路面厚度）等于或大于50cm时，可以不计冲击作用。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。《规范》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：式中v—设计速度，m/s，按桥梁所在路线设计速度采用；R—弯道曲线半径，m； |
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