桥梁所受的作用课件

04十一月2022桥梁所受的作用02十一月2022桥梁所受的作用1§1.4桥梁的设计作用（荷载）

Action(Loads)onBridges1.4.1桥梁作用分类1.4.2作用计算1.4.3作用效应组合§1.4桥梁的设计作用（荷载）

2

一、桥梁作用分类

一、桥梁作用分类

3桥梁所受作用示意图

桥梁所受作用示意图4作用的分类

【永久作用】

permanentaction：量值不随时间变化或变化值可忽略。如：结构重力，预加应力，混凝土收缩和徐变作用等【可变作用】variableaction：量值随时间变化且变化值不可忽略。如：汽车荷载、人群荷载、风荷载、温度作用等【偶然作用】accidentalaction：作用时间短暂，发生的机率小。如：地震作用、船撞力和汽车撞击作用作用的分类5编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船只或漂浮物撞击力21汽车撞击作用编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构6

二、作用的计算（上）

二、作用的计算（上）

7永久作用结构自重，按设计尺寸和材料的重力密度计算确定。常用材料的重力密度材料种类重力密度（kN/m3）材料种类重力密度（kN/m3）钢78.5浆砌片石23钢筋混凝土或预应力混凝土25~26沥青混凝土23~24混凝土24填土17~18永久作用结构自重，按设计尺寸和材料的重力密度计算确8（1）公路桥梁汽车荷载依据：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路—Ⅰ级公路—Ⅰ级公路—Ⅱ级公路—Ⅱ级公路—Ⅱ级

汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。桥梁结构整体计算采用车道荷载，桥梁结构局部加载、桥台等计算采用车辆荷载。二者作用效应不得叠加。（1）公路桥梁汽车荷载依据：《公路桥涵设计通用规范》（9汽车荷载

——车道荷载汽车荷载等级均布荷载标准值qk集中荷载标准值Pk公路-I级10.5kN/m计算跨径≤5mPk=180kN计算跨径≥50mPk=360kN公路-II级按公路-I级车道荷载的0.75倍采用汽车荷载汽车荷载等级均布荷载标准值qk集中荷载标准值P10公路-I级和公路-II级采用相同的车辆荷载550kN立面布置平面布置汽车荷载

——车辆荷载公路-I级和公路-II级采用相同的车辆荷载550kN立面布11汽车荷载的横向布置横向分布系数计算时，按图示的方式进行偏心加载。横向布置的最大车辆数不超过设计车道数。汽车荷载的横向布置12汽车荷载折减系数

横向布置车道数

2345678横向折减系数10.780.670.60.550.520.5横向折减系数纵向折减系数计算跨径l（m）

150<l<400400≤l<600600≤l<800800≤l<1000l>1000纵向折减系数0.970.960.950.940.93汽车荷载折减系数

横向布置车道数2345678横向13城市桥梁汽车荷载

汽车荷载组成：车道荷载和车辆荷载荷载等级划分为城-A级和城-B级荷载折减系数：只考虑横向折减系数

依据：《城市桥梁设计荷载标准》CJJ77—98城市桥梁汽车荷载依据：《城市桥梁14城－Ａ级车道荷载城－B级车道荷载城－Ａ级车道荷载15（2）汽车荷载冲击力

冲击作用：汽车以较高速度过桥时，由于桥面不平整等原因，引起桥梁结构振动，内力增大。冲击力=汽车荷载标准值×冲击系数。（填料厚度≥0.5m的拱桥和重力式墩台不计冲击力）。冲击系数μ

：竖向动力效应的增大系数，以结构基频f为指标。

f<1.5HZμ=0.051.5HZ≤f≤14HZμ=0.1767lnf-0.0157f>14HZμ=0.45

城市桥梁

μ与l相关（2）汽车荷载冲击力

f<1.16

（3）汽车荷载的其它影响力

汽车荷载离心力（弯桥半径≤250m）：车辆荷载标准值×C离心力系数汽车荷载制动力：刹车时在路面与车辆之间发生的滑动摩阻力。制动力标准值=加载长度内车道荷载的10%。公路一级荷载：制动力标准值≥165kN，公路二级荷载：制动力标准值≥90kN.（3）汽车荷载的其它影响力公路一17（4）人群荷载桥梁计算跨径（m）人群荷载（kN/m2）≤50m3.0≥150m2.5城市郊区行人密集区，人群荷载取上述规定值的1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5

kN/m2（4）人群荷载桥梁计算跨径（m）人群荷载（kN/m2）≤18

二、作用的计算（下）

二、作用的计算（下）

19中华人民共和国铁道标准活载（简称“中-活载”）ZK-活载铁路列车荷载中华人民共和国铁道标准活载（简称“中-活载”）铁路列车荷载20风荷载的研究Tay桥跨桥事故（1879年）风荷载的研究Tay桥跨桥事故21TayBridgeTayBridge22塔科马桥风毁事件（1940）板式钢梁风速：19m/s扭转颤振塔科马桥风毁事件板式钢梁23TacomabridgeTacomabridge24风荷载取值桥梁横桥向：风荷载标准值=横桥向风压×迎风面积桥梁顺桥向：可不计桥面系及上承式梁所受的风荷载桥墩：顺桥向风荷载值=70%横桥向风压×迎风面积桥塔：顺桥向风荷载值=横桥向风压×迎风面积风洞试验风荷载取值桥梁横桥向：风荷载标准值=横桥向风压25温度作用均匀温差（年温差）：导致桥梁各截面的均匀温升或温降、伸长或缩短。梯度温差：由日照辐射或骤然温降所引起。在结构各截面上分布是不均匀，非线性的。温度作用均匀温差（年温差）：导致桥梁各截面的均匀温26桥梁结构损伤形态：落梁、支承连接件破坏、墩台和基础破坏偶然作用

——地震作用偶然作用

——地震作用27桥梁结构的抗震设计地震动峰值加速度≥0.10g地区的桥涵，抗震设计。地震动峰值加速度≤0.05g地区的桥涵，简易设防。桥梁结构的抗震设计地震动峰值加速度≥0.10g地区的桥涵，抗28船舶的撞击力内河船舶撞击作用内河航道等级船舶吨级（t）横桥向撞击作用（kN）顺桥向撞击作用（kN）一300014001100二20001100900三1000800650四500550450五300400350六100250200七50150125船舶的撞击力内河船舶撞击作用内河航道等级船舶吨级（t）横桥向29广东南海九江大桥事故

通航孔桥墩：横桥向撞击力1200t非通航孔桥墩：横桥向撞击力40t【事故鉴定】大桥质量优良，防撞设计具有前瞻性。广东南海九江大桥事故【事故鉴定】大桥质量优良，防撞设计具有30

三、作用效应组合

三、作用效应组合

31桥梁极限状态设计方法承载能力极限状态：作用效应的组合设计值≤承载力设计值正常使用极限状态：裂缝宽度、挠度等验算桥梁结构特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞设计安全等级一级二级三级结构重要性系数1.11.00.9桥梁结构的结构重要性系数桥梁极限状态设计方法承载能力极限状态：作用效应的组合设计值≤32承载能力极限状态——基本组合

γ0——结构重要性系数SGik——永久作用效应的标准值SQ1k——汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值SQjk——其它可变作用效应的标准值Ψc——组合系数（0.8—0.7—0.6—0.5）永久作用与可变作用相结合

γ——分项系数

γ

Gi——1.2γ

Q1——1.4γQi——1.4（风荷载取1.1）承载能力极限状态——基本组合永久作用与33例：1.1×（1.2结构重力+1.4汽车荷载+0.8×1.4人群荷载）1.0×[1.2结构重力+1.4汽车荷载+0.7×(1.4人群荷载+1.1风荷载）]例：1.1×（1.2结构重力+1.4汽车荷载+0.8×134承载能力极限状态——偶然组合永久作用与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用相结合。多个偶然作用不同时参与组合，偶然作用的效应分项系数取1.0承载能力极限状态——偶然组合永久作用与可变作用某种代表值效应35正常使用极限状态

——作用短期效应组合永久作用标准值与可变作用频遇值相组合汽车荷载（不计冲击力）ψ1=0.7人群荷载ψ1=1.0风荷载ψ1=0.75温度梯度作用ψ1=0.8其他作用ψ1=1.0ψ1——频遇值系数正常使用极限状态

36正常使用极限状态

——作用长期效应组合永久作用标准值与可变作用准永久值相组合汽车荷载（不计冲击力）ψ2=0.4人群荷载ψ2=0.4风荷载ψ2=0.75温度梯度作用ψ2=0.8其他作用ψ2=1.0ψ2——准永久值系数正常使用极限状态

37习题1计算跨径l=15.5m的钢筋混凝土简支梁，其跨中截面的弯矩标准值为：梁自重作用产生的弯矩标准值MG1k=399.806kN·m；桥面铺装、栏杆、人行道等自重（二期恒载）作用产生的弯矩标准值MG2k=302.715kN·m；汽车荷载作用（计入冲击系数μ=0.352）产生的弯矩标准值MQ1k=726.507×1.352=982.237kN·m；人群荷载作用产生的弯矩标准值MQ2k=21.014kN·m。试进行作用效应组合的计算。（1）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状态的短期效应组合（3）正常使用极限状态的长期效应组合习题1计算跨径l=15.5m的钢筋混凝土简支梁，其跨中截面的38习题2计算跨径为29.16m的预应力钢筋混凝土简支T形截面梁，其支点截面的剪力标准值VG1k=275.71kN；桥面铺装、栏杆、人行道等自重作用（二期恒载）产生的剪力标准值VG2k=94.92kN；汽车荷载作用（计入冲击系数μ=0.1188）产生的剪力标准值VQ1k=374.65kN；人群荷载作用产生的剪力标准值VQ2k=16.34kN。试进行作用效应组合计算。

习题2计算跨径为29.16m的预应力钢筋混凝土简支T形截面梁39习题3主孔净跨径为60m的等截面悬链线空腹式无铰拱桥的拱圈为石板拱。在拱圈的拱顶截面上，由荷载作用在单位拱圈宽度上产生的效应标准值见表1-2。试求其基本组合设计值。作用最大弯矩（kN·m）相应的轴向力（kN）恒载91.052430.72人群16.819.18汽车160.1387.46温度下降34.37-10.41习题3主孔净跨径为60m的等截面悬链线空腹式无铰拱桥的拱圈为40习题1答案（1）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状态的短期效应组合（3）正常使用极限状态的长期效应组合习题1答案（1）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状41习题2答案（1）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状态的短期效应组合（3）正常使用极限状态的长期效应组合习题2答案（1）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状4204十一月2022桥梁所受的作用02十一月2022桥梁所受的作用43§1.4桥梁的设计作用（荷载）

Action(Loads)onBridges1.4.1桥梁作用分类1.4.2作用计算1.4.3作用效应组合§1.4桥梁的设计作用（荷载）

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一、桥梁作用分类

一、桥梁作用分类

45桥梁所受作用示意图

桥梁所受作用示意图46作用的分类

【永久作用】

permanentaction：量值不随时间变化或变化值可忽略。如：结构重力，预加应力，混凝土收缩和徐变作用等【可变作用】variableaction：量值随时间变化且变化值不可忽略。如：汽车荷载、人群荷载、风荷载、温度作用等【偶然作用】accidentalaction：作用时间短暂，发生的机率小。如：地震作用、船撞力和汽车撞击作用作用的分类47编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船只或漂浮物撞击力21汽车撞击作用编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构48

二、作用的计算（上）

二、作用的计算（上）

49永久作用结构自重，按设计尺寸和材料的重力密度计算确定。常用材料的重力密度材料种类重力密度（kN/m3）材料种类重力密度（kN/m3）钢78.5浆砌片石23钢筋混凝土或预应力混凝土25~26沥青混凝土23~24混凝土24填土17~18永久作用结构自重，按设计尺寸和材料的重力密度计算确50（1）公路桥梁汽车荷载依据：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路—Ⅰ级公路—Ⅰ级公路—Ⅱ级公路—Ⅱ级公路—Ⅱ级

汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。桥梁结构整体计算采用车道荷载，桥梁结构局部加载、桥台等计算采用车辆荷载。二者作用效应不得叠加。（1）公路桥梁汽车荷载依据：《公路桥涵设计通用规范》（51汽车荷载

——车道荷载汽车荷载等级均布荷载标准值qk集中荷载标准值Pk公路-I级10.5kN/m计算跨径≤5mPk=180kN计算跨径≥50mPk=360kN公路-II级按公路-I级车道荷载的0.75倍采用汽车荷载汽车荷载等级均布荷载标准值qk集中荷载标准值P52公路-I级和公路-II级采用相同的车辆荷载550kN立面布置平面布置汽车荷载

——车辆荷载公路-I级和公路-II级采用相同的车辆荷载550kN立面布53汽车荷载的横向布置横向分布系数计算时，按图示的方式进行偏心加载。横向布置的最大车辆数不超过设计车道数。汽车荷载的横向布置54汽车荷载折减系数

横向布置车道数

2345678横向折减系数10.780.670.60.550.520.5横向折减系数纵向折减系数计算跨径l（m）

150<l<400400≤l<600600≤l<800800≤l<1000l>1000纵向折减系数0.970.960.950.940.93汽车荷载折减系数

横向布置车道数2345678横向55城市桥梁汽车荷载

汽车荷载组成：车道荷载和车辆荷载荷载等级划分为城-A级和城-B级荷载折减系数：只考虑横向折减系数

依据：《城市桥梁设计荷载标准》CJJ77—98城市桥梁汽车荷载依据：《城市桥梁56城－Ａ级车道荷载城－B级车道荷载城－Ａ级车道荷载57（2）汽车荷载冲击力

冲击作用：汽车以较高速度过桥时，由于桥面不平整等原因，引起桥梁结构振动，内力增大。冲击力=汽车荷载标准值×冲击系数。（填料厚度≥0.5m的拱桥和重力式墩台不计冲击力）。冲击系数μ

：竖向动力效应的增大系数，以结构基频f为指标。

f<1.5HZμ=0.051.5HZ≤f≤14HZμ=0.1767lnf-0.0157f>14HZμ=0.45

城市桥梁

μ与l相关（2）汽车荷载冲击力

f<1.58

（3）汽车荷载的其它影响力

汽车荷载离心力（弯桥半径≤250m）：车辆荷载标准值×C离心力系数汽车荷载制动力：刹车时在路面与车辆之间发生的滑动摩阻力。制动力标准值=加载长度内车道荷载的10%。公路一级荷载：制动力标准值≥165kN，公路二级荷载：制动力标准值≥90kN.（3）汽车荷载的其它影响力公路一59（4）人群荷载桥梁计算跨径（m）人群荷载（kN/m2）≤50m3.0≥150m2.5城市郊区行人密集区，人群荷载取上述规定值的1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5

kN/m2（4）人群荷载桥梁计算跨径（m）人群荷载（kN/m2）≤60

二、作用的计算（下）

二、作用的计算（下）

61中华人民共和国铁道标准活载（简称“中-活载”）ZK-活载铁路列车荷载中华人民共和国铁道标准活载（简称“中-活载”）铁路列车荷载62风荷载的研究Tay桥跨桥事故（1879年）风荷载的研究Tay桥跨桥事故63TayBridgeTayBridge64塔科马桥风毁事件（1940）板式钢梁风速：19m/s扭转颤振塔科马桥风毁事件板式钢梁65TacomabridgeTacomabridge66风荷载取值桥梁横桥向：风荷载标准值=横桥向风压×迎风面积桥梁顺桥向：可不计桥面系及上承式梁所受的风荷载桥墩：顺桥向风荷载值=70%横桥向风压×迎风面积桥塔：顺桥向风荷载值=横桥向风压×迎风面积风洞试验风荷载取值桥梁横桥向：风荷载标准值=横桥向风压67温度作用均匀温差（年温差）：导致桥梁各截面的均匀温升或温降、伸长或缩短。梯度温差：由日照辐射或骤然温降所引起。在结构各截面上分布是不均匀，非线性的。温度作用均匀温差（年温差）：导致桥梁各截面的均匀温68桥梁结构损伤形态：落梁、支承连接件破坏、墩台和基础破坏偶然作用

——地震作用偶然作用

——地震作用69桥梁结构的抗震设计地震动峰值加速度≥0.10g地区的桥涵，抗震设计。地震动峰值加速度≤0.05g地区的桥涵，简易设防。桥梁结构的抗震设计地震动峰值加速度≥0.10g地区的桥涵，抗70船舶的撞击力内河船舶撞击作用内河航道等级船舶吨级（t）横桥向撞击作用（kN）顺桥向撞击作用（kN）一300014001100二20001100900三1000800650四500550450五300400350六100250200七50150125船舶的撞击力内河船舶撞击作用内河航道等级船舶吨级（t）横桥向71广东南海九江大桥事故

通航孔桥墩：横桥向撞击力1200t非通航孔桥墩：横桥向撞击力40t【事故鉴定】大桥质量优良，防撞设计具有前瞻性。广东南海九江大桥事故【事故鉴定】大桥质量优良，防撞设计具有72

三、作用效应组合

三、作用效应组合

73桥梁极限状态设计方法承载能力极限状态：作用效应的组合设计值≤承载力设计值正常使用极限状态：裂缝宽度、挠度等验算桥梁结构特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞设计安全等级一级二级三级结构重要性系数1.11.00.9桥梁结构的结构重要性系数桥梁极限状态设计方法承载能力极限状态：作用效应的组合设计值≤74承载能力极限状态——基本组合

γ0——结构重要性系数SGik——永久作用效应的标准值SQ1k——汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值SQjk——其它可变作用效应的标准值Ψc——组合系数（0.8—0.7—0.6—0.5）永久作用与可变作用相结合

γ——分项系数

γ

Gi——1.2γ

Q1——1.4γQi——1.4（风荷载取1.1）承载能力极限状态——基本组合永久作用与75例：1.1×（1.2结构重力+1.4汽车荷载+0.8×1.4人群荷载）1.0×[1.2结构重力+1.4汽车荷载+0.7×(1.4人群荷载+1.1风荷载）]例：1.1×（1.2结构重力+1.4汽车荷载+0.8×176承载能力极限状态——偶然组合永久作用与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用相结合。多个偶然作用不同时参与组合，偶然作用的效应分项系数取1.0承载能力极限状态——偶然组合永久作用与可变作用某种代表值效应77正常使用极限状态

——作用短期效应组合永久作用标准值与可变作用频遇值相组合汽车荷载（不计冲击力）ψ1=0.7人群荷载ψ1=1.0风荷载ψ1=0.75温度梯度作用ψ1=0.8其他作用ψ1=1.0ψ1——频遇值系数正常使用极限状态

78正常使用极限状态