第2设计荷载ppt课件

1、第第2章章 设计荷载设计荷载第一节第一节 永久荷载永久荷载第二节第二节 可变荷载可变荷载第三节第三节 偶然荷载偶然荷载第四节第四节 荷载组合荷载组合 第一节第一节 永久荷载永久荷载永久荷载：永久荷载：亦称恒载，在设计使用期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比忽略不计。永久荷载包括：永久荷载包括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、人行道及附属设备）、作用于结构上的土重及土侧压力、基础变位影响力、水浮力、混凝土收缩和徐变的影响力等。 对于预应力结构对于预应力结构 按正常使用极限状态设计时：按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久荷载； 按承载能力极限状态设计时：按承载能力极限状态设计时：预加应力不

2、作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。 但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属永久荷载。规范未作明确说明。 各种永久荷载的取值与计算，详见规范条文。 公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类用三类. . 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：最不利效应组合进行设计： 只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组只有在

3、结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。方向的最不利的作用效应进行组合。 当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。 施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及

4、结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。段。 多个偶然作用不同时参与组合。多个偶然作用不同时参与组合。第二节第二节 可变荷载可变荷载 可变荷载可变荷载 设计使用期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。 一、基本可变荷载一、基本可变荷载 包括：列车活载、汽车或平板挂车或履带车

5、、 由列车活载和汽车活载引起的冲击力、 曲线上的离心力、 由活载引起的土侧压力。 公路桥中的人群荷载。 铁路桥梁的列车横向摇摆力等。 （一）列车活载（一）列车活载v列车由机车和车辆组成，机车和车辆类型很多，轴重、轴距各异。v为规范设计，我国根据机车车辆轴重、轴距对桥梁不同影响及考虑车辆的发展趋势，制定了中华人民共和国铁路标准活载图式。v（简称“中中活载活载”）v中中活载活载160km/h、200km/hvzk活载活载250km/h、300km/h以上高速“zk活载活载”分分标准活载标准活载和和特种活载特种活载zk标准活载zk特种活载高速暂行规定：v加载时，标准活载计算图式可任意截取v单线或双线

6、桥跨：各线均应计入zk活载作用。v多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：1）按双线在最不利位置承受zk活载，其余线路不承受列车荷载；2）所有线路在最不利位置承受75的zk活载。v空车活载按10kn/m计算。“zk活载活载”分分标准活载标准活载和和特种活载特种活载桥规规定：v加载时，标准活载计算图式可任意截取v双线桥跨：两线活载之和的90%v横向稳定检算：空车+最大横向风力为最不利，空车活载标准值为10kn/m“中中活载活载”分分普通活载普通活载和和特种活载特种活载（二）（二） 汽车、平板挂车和履带车荷载汽车、平板挂车和履带车荷载 -旧公路标准旧公路标准 设计荷载设计荷载 大量、经常出现的汽车荷

7、载，以车队形式排列。汽10级、汽15级、汽20级、汽超20级 验算荷载验算荷载 偶然、个别出现的平板挂车或履带车。挂80、挂100、挂120、履带50v每一车队有一重车，主车数量不限。v三、四行车队时可折减20%和30%，但不小于两行车队计算的结果。 v履带车纵向可考虑多辆行驶，但两车净距不小于50mv平板挂车全桥均以通过一辆计算v平板挂车和履带车荷载应靠中以慢速行驶v验算时，不考虑冲击力、人群荷载和其它非经常作用在桥上的各种外力。公路工程技术标准（jtg b01-2003）v汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。v汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。v桥梁结构的

8、整体计算采用车道荷载；v桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。v车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。新规范 车道荷载的计算图式kq p k 多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。当桥涵设计多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。当桥涵设计车道数车道数22时，汽车荷载产生的效应时，汽车荷载产生的效应 应该按表应该按表6.0.6-26.0.6-2规定的多车道横向折减系数进行折减，但折规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。（三）冲击力（三）冲击力 车辆以一定速度过桥时，由于动力影响，桥梁实际产生的活载应力

9、和变形大于按活载静重计算所得的结果，这种动力效应常称为冲击作用。 根据以往的试验研究成果，构成桥梁动力影响的因素主要有：v列车以一定速度过桥时引起桥跨振动；v轮对过钢轨接头时有冲击作用；v蒸汽机车动轮上的平衡重在随动轮高速旋转中由于离心力引起的锤击作用；v桥上轨道竖向和横向不平顺引起桥梁扭转振动；v桥头线路（路面）不平整，车轮不圆等 。 桥梁设计时中以活载静重乘上动力系数来反映这种影响。v 铁路桥动力系数 1+v 公路桥冲击系数 动力系数（或冲击系数）公式中考虑了不同类型桥跨、跨度和加载长度的影响。v铁路桥动力系数铁路桥动力系数 1+ 混凝土梁混凝土梁 2 . 0146. 0277. 11m8

10、ll时，当2 . 0920. 0014. 11m8ll时，当钢板梁及钢桁梁钢板梁及钢桁梁 2 . 0176. 1000. 11l实腹钢筋混凝土拱和石砌拱桥实腹钢筋混凝土拱和石砌拱桥 l30611214h空腹钢筋混凝土无铰拱桥和系杆拱桥空腹钢筋混凝土无铰拱桥和系杆拱桥 fll/4 . 0110015111fll/4 . 0110020111空腹有铰拱桥空腹有铰拱桥v现行铁路规范铁路桥动力系数现行铁路规范铁路桥动力系数 1+ 简支或连续钢桥跨结构和钢墩台简支或连续钢桥跨结构和钢墩台 l402811钢与钢筋混凝土板构成的结合梁钢与钢筋混凝土板构成的结合梁 l402211v现行铁路规范铁路桥动力系数现

11、行铁路规范铁路桥动力系数 1+钢筋混凝土的、混凝土的、石砌的桥跨结构及涵洞、钢筋混凝土的、混凝土的、石砌的桥跨结构及涵洞、刚架桥，其顶上填土厚度刚架桥，其顶上填土厚度1.0m（从轨底算起）时不（从轨底算起）时不计冲击力。当小于计冲击力。当小于1.0m时时 l30611空腹式钢筋混凝土拱桥的拱圈和拱肋空腹式钢筋混凝土拱桥的拱圈和拱肋fl4011001511.2h)-(14v85规范规范 公路桥冲击系数公路桥冲击系数 结构种类结构种类冲击系数冲击系数混凝土梁、刚构、拱上构造、混凝土梁、刚构、拱上构造、柱式墩石柱式墩石m450m53 . 0ll混凝土拱桥的主拱混凝土拱桥的主拱m700m202 . 0

12、ll钢主桁、联合梁、桥面系、钢主桁、联合梁、桥面系、钢墩台等钢墩台等l5 .375 . 1吊桥的主桁、主索或主链、吊桥的主桁、主索或主链、塔架塔架l7050 新的新的 通用规范通用规范jtg d60jtg d60规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算：规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算： 1 1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。 2 2 填料厚度（包括路面厚度）等于

13、或大于填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。台不计冲击力。 3 3 支座的冲击力，按相应的桥梁取用。支座的冲击力，按相应的桥梁取用。 4 4 汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 5 5 冲击系数冲击系数可按下式计算：可按下式计算： 当当 hzhz时，时， =0.05=0.05 当当1.5hz 14hz1.5hz 14hz时，时，=0.1767ln=0.1767lnf f0.0157 0.0157 当当 hzhz时，时， =0.45=0.45 式中，式中，

14、f 为结构基频（为结构基频（hzhz）。）。 6 汽车荷载的局部加载及在汽车荷载的局部加载及在t梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用0.3。 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，

15、就能得到基本相同的冲击系数。的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。1.5f f14f（四）离心力（四）离心力 车辆在曲线上运行产生离心力。公路桥上离心力较小，车辆在曲线上运行产生离心力。公路桥上离心力较小，当曲线半径等于或小于当曲线半径等于或小于250m时，才考虑离心力的作用。时，才考虑离心力的作用。离心力等于车辆荷载（不计动力效应）乘以离心力等于车辆荷载（不计动力效应）乘以离心力率离心力率rc1272离心力率离心力率对铁路荷载c不应大于0.15。离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m（五）人群荷载（五）人群荷载v公路桥人群荷载一般规定为3kn/m2，v城市、郊区行人密集处可

16、为3.5kn/m2。二、其他可变荷载二、其他可变荷载 包括：制动力或牵引力、风力、温度力、流水压力、水压力和施工荷载等。对铁路桥梁，人行道荷载归为其他可变荷载。（一）制动力（一）制动力 v制动力制动力 是车辆减速或制动时的惯性力。 方向：方向： 与行车方向一致。v牵引力牵引力 是车辆起动或加速时车辆与路面 （或钢轨）间作用的摩阻力。 方向：方向： 与行车方向相反。v作用点：作用点：铁路轨顶以上2m， 公路桥面以上1.2m。v但在计算墩台时移至支座中心处，不计因此而产生的竖向力和力矩。公路公路桥规桥规规定：规定：鉴于车辆不可能全部同时刹车鉴于车辆不可能全部同时刹车v 1或2车道桥，制动力按一行汽

17、车车队总重量的 10%，但不得小于一辆重车重量的30%。v 4车道桥为上述数值的两倍。 v制动力按计算长度内列车竖向静活载标准值的15%计算，牵引力按加载长度等于或小于30m内列车静活载标准值的30%计算，按控制者设计。v当设计桥墩台时，上述制动力和牵引力按10%和15%计算，按控制者设计。v当制动力与离心力同时计算时，制动力或牵引力按列车竖向静活载标准值的5%计算。v 双线按一线计，多线按两线计。铁路铁路桥规桥规规定：规定：（二）风力（二）风力基本风压值基本风压值202gw v桥规规定，取平坦空旷地区、离地面高10m、重现期为100年的10min的平均最大风速计算基本风压强度。v铁路横向风荷

18、载标准强度计算公式：0321wkkkwt v超静定结构存在多余约束，热胀冷缩将产生内力或支座反力。v 静定和超静定结构，由于结构不同部位温度不同，内部将产生温差力。 v桥规规定：结构温度变形受外约束影响引起的温度力按结构平均温度计算。由于这种温度变化持续时间较长，对于混凝土结构在温度变化产生内力同时，混凝土徐变作用使温度影响力减小。可用折减弹性模量考虑，去受压弹性模量的0.6倍（公路0.7倍）。（三）温度力（三）温度力（四）铁路桥上人行道荷载（四）铁路桥上人行道荷载 铁路人行道桥只考虑巡道和维修人员通行，维修时放置钢轨、枕木、道碴等。v 道碴桥面：离梁中心线2.45m内按10kpa计； 2.4

19、5m以外按4kpa。 活载分项系数取1.4。v 明桥面：按4kpa计，活载分项系数取1.1。v 人行道板还应按竖向集中活载1.5kn检算。v 设计主梁时人行道活载不与列车活载同时计算。（五）施工荷载（五）施工荷载 施工荷载施工荷载是指结构在施工过程中承受的荷载。 包括：包括：自重、人群、架桥机、风载、温度力、吊机或其他机具的荷载及在构件制造、运送、吊装时作用于构件上的临时荷载。第三节第三节 偶然荷载偶然荷载 偶然荷载偶然荷载指船只或漂流物（排筏等）撞击力和地震荷载。21sinccgvf（一）（一） 船只或漂流物撞冲力船只或漂流物撞冲力 撞击力按静力法计算，假定船筏作用于墩的有效动能转化为撞击力

20、f所做的功。其计算公式为：(二二) 地震力地震力 v地震作用分竖直方向和水平方向，经验表明地震的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。v地震力大小的决定因素有：地面运动的强烈程度、结构的动力特性、结构的质量等。v基本烈度：反映地震本身的剧烈程度。v设计烈度：是由设计者选用的。地震力的计算方法分静力法静力法和动态法动态法1、静力法、静力法 静力法是用一个水平方向作用的等效静止荷载表示地震对结构的作用。 其计算公式如下： ihiiiiiiwkcxgwcxmcp2max02max02 静力法主要使用于刚度较大结构。规范规定：挡土墙、桥台用静力法计算地震力。2、反应谱

21、理论、反应谱理论 动态法主要有反应谱理论反应谱理论和时程分析法时程分析法 反应谱理论是一种简化的动态分析法，又称动静法。桥梁抗震规范主要采用这种方法计算地震力。 对于高墩或特大跨度的桥梁，应同时采用时程分析法，取最不利结果。（1 1）单质点地震力）单质点地震力 max*maxxxmxmpg wkxxxgxmgphgggmaxmax*max （2）多质点系统地震力）多质点系统地震力 多质点系统由于地震引起的复杂振动可以看作自振振型的迭加。 jijjhiijxkwp*njjjjhiziixkwccp1* 第四节第四节 荷载组合荷载组合（一）荷载组合（一）荷载组合 总原则：总原则：v凡存在的永久荷载

22、任一项，均应进行组合；v凡可能出现的基本可变荷载项，除个别情况外应进行组合；v纵向力与横向力不同时组合；v对其他可变荷载的组合，根据同时作用的可能性，规范具体规定了某种荷载组合时，哪些荷载不同时参与组合。 v1、一种或几种永久荷载与基本可变荷载相组合；v2、一种或几种永久荷载与基本可变荷载与一种或几种其他可变荷载相组合；v3、一种或几种永久荷载与施工荷载与一种或几种其他可变荷载相组合；v4、一种或几种永久荷载与基本可变荷载与一种偶然荷载相组合。v最不利荷载组合控制设计的最不利的工况。 根据桥规，对承载能力极限状态和正常使用极限状态，可以归纳出以下四类荷载效应组合：（二）一般组合算式与桥跨结构荷

23、载组合系数（二）一般组合算式与桥跨结构荷载组合系数 将要采用的铁路桥规是以结构可靠性理论为基础，采用分项系数表达的概率极限状态设计法。对于有两种或两种以上的可变荷载参与组合情况，引入荷载效应组合系数对荷载标准值进行折减。 荷载效应设计值一般计算式和归纳为： mjjkqjqjniikqqikgigisddqcqcggs211101（1 1）一般组合算式）一般组合算式（2 2）桥跨结构荷载分项系数或组合安全系数）桥跨结构荷载分项系数或组合安全系数可在相应的表格中查出。可在相应的表格中查出。 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最

24、不利效应组合进行设计： 只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。 当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用,考虑其作用效应的组合。 施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。 多个偶然作用不同时参与组合。按承载能力极限状态设计时的作用按承载能力极

25、限状态设计时的作用（或荷载）效应组合（或荷载）效应组合 公路桥涵结构的承载能力极限状态设计，按照可能出现的公路桥涵结构的承载能力极限状态设计，按照可能出现的作用，将其分为两种作用效应组合，作用，将其分为两种作用效应组合，即基本组合和偶然组合。 作用效应的基本组合作用效应的基本组合是指永久作用设计值效应与可变作是指永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合，这种组合用于结构的常规设计，是所有用设计值效应的组合，这种组合用于结构的常规设计，是所有公路桥涵结构都应该考虑的。作用设计值为作用的标准值乘以公路桥涵结构都应该考虑的。作用设计值为作用的标准值乘以相应的分项系数。相应的分项系数。 作用效应的

26、偶然组合作用效应的偶然组合是指永久作用标准值、可变作用代是指永久作用标准值、可变作用代表值和一种偶然作用标准值的效应组合，视具体情况，也可不表值和一种偶然作用标准值的效应组合，视具体情况，也可不考虑可变作用效应参与组合。作用效应偶然组合用于结构在特考虑可变作用效应参与组合。作用效应偶然组合用于结构在特殊情况下的设计，所以不是所有公路桥涵结构都要采用的，一殊情况下的设计，所以不是所有公路桥涵结构都要采用的，一些结构也可采取构造或其他预防措施来解决。些结构也可采取构造或其他预防措施来解决。 通用规范jtg d60规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合： 1 1 基本

27、组合基本组合 永久作用的设计值效应与可变作用永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：设计值效应相组合，其效应组合表达式为： 0ud0gigikq1q1kqjqjk12mncijssss0ud0gidq1dcqjd12mnijssss 2 2 偶然组合偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取作用的效应分项系数取1.01.0；与偶然作用同时出现的可；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行值。地震作用标准值及其表达式按现行公路工程抗公路工程抗震设计规范震设计规范规定采用。规定采用。公路桥涵结构的设计安全等级公路桥涵结构的设计安全等级 注：本表所列特大、大、中桥等系按注：本表所列特大、大、中桥等系按通用规范通用规范jtgd60jtgd60表表1.0.111.0.11中的单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大中的单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准；本表冠以跨径为准；本表冠以“重要重要”的大桥和小桥，系指的大桥和小桥，系指高速公路和高速公路和一级公路上、国防公路上及城市附近交通繁忙公路上