大跨度桥梁设计之活载效应分析

第4章

活载效应分析大跨度桥梁设计本章的主要内容4.1基本可变作用4.2荷载横向分布系数计算4.3可变作用分析4.4荷载组合§4.1基本可变作用

基本可变作用也称为活载，一般指汽车作用和人群作用。

4.1.1汽车荷载（《公路工程技术标准（JTJ001-97）》）

旧规范4个等级：汽车10级、汽车15级、汽车20级和汽车超20级计算荷载——把经常地、大量出现的汽车排列形成的车队，对一般桥梁设计起控制作用。验算荷载——偶然地、个别出现的平板挂车或履带车，只对较小跨径的桥梁或局部构件起控制作用。500kN履带车（简称履带50），可多辆，间距>50m挂80、挂100和挂120，按一辆计算旧规范汽车车队纵向排列汽车的平面尺寸及横向布置平板挂车和履带车荷载

新规范中不再考虑。§4.1基本可变作用

4.1.1汽车荷载（《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2015）》）

新规范公路-Ⅰ级公路汽车荷载的分级公路-Ⅱ级车道荷载汽车荷载车辆荷载集中荷载均布荷载§4.1基本可变作用4.1.1汽车荷载新规范公路-Ⅰ级车道荷载均布荷载标准值：10.5kN/m集中荷载：计算跨径小于等于5m时，270kN

计算跨径大于等于50m时，360kN

计算跨径在5至50m之间时，直线内插。

剪力效应应再乘以1.2的系数。§4.1基本可变作用4.1.1汽车荷载新规范公路-Ⅱ级车道荷载其均布荷载标准值和集中荷载标准值，应取公路-Ⅰ级汽车荷载的车道荷载标准值的0.75倍。车道均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。§4.1基本可变作用4.1.1汽车荷载新规范车辆荷载公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级车辆荷载均采用一辆总重为550kN的标准车。§4.1基本本可可变变作作用用汽车车荷荷载载的的选选用用根据据桥桥梁梁所所在在公公路路等等级级选选用用。。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4.1.1汽车车荷荷载载新规规范范§4.1基本本可可变变作作用用4.1.2汽车车荷荷载载布布载载规规定定车辆辆的的布布置置———按桥桥梁梁宽宽度度确确定定车车道道数数§4.1基本本可可变变作作用用4.1.2汽车车荷荷载载布布载载规规定定横向向折折减减系系数数———车道道数数>2，应应考考虑虑车车道道折折减减。。但但折折减减后后效效应应≥≥2车道道的的荷荷载载效效应应。。纵向向折折减减系系数数———计算算跨跨径径>150m，应应考考虑虑纵纵向向折折减减。。多多跨跨连连续续结结构构，，按按最最大大跨跨折折减减。。§4.1基本本可可变变作作用用4.1.3汽车车冲冲击击力力车辆辆活活载载以以一一定定的的速速度度在在桥桥上上行行驶驶时时，，会会使使桥桥梁梁发发生生振振动动，，产产生生动动力力作作用用。。这这种种动动力力作作用用会会使使桥桥梁梁的的内内力力和和变变形形较较静静活活载载作作用用时时大大。。这这种种现现象象就就称称之之为为冲击作用用。冲击作用用的大小小采用冲击力来加以衡衡量。冲击力受受线路状状态、车车辆类型型以及桥桥梁结构构的型式式和跨度度等因素素的综合合影响，，目前还还难以精精确考虑虑，只能能在桥梁梁动载试试验的基基础上提提出近似计算算公式。在设计中中，引入入冲击系数数（1+）。当竖向活活载包括括冲击力力时，系系指将静静活载乘乘以冲击击系数。。§4.1基本可变变作用4.1.3汽车冲击击力冲击系数数μ可按下式式计算：：§4.1基本可变变作用4.1.3汽车冲击击力简支梁桥桥的基频频f的计算公公式连续梁桥桥的基频频f的计算公公式连续梁冲冲击力引引起的正正弯矩和和剪力效效应时，，采用f1，负弯矩矩采用f2。§4.1基本可变变作用4.1.3汽车冲击击力双塔斜拉拉桥的竖竖向弯曲曲基频f的计算公公式无辅助墩墩有辅助墩墩单跨简支支悬索桥桥的竖向向弯曲基基频f的计算公公式§4.1基本可变变作用4.1.4人群荷载载公路桥梁梁的人群荷载载一般取3kN/m2，城市、、郊区行行人密集集地区一一般取3.5kN/m2；人群荷荷载应与与汽车荷荷载同时时考虑，，但不与与验算荷荷载同时时计算。。人行道可以一块块板为单单元，按按标准值值4.0kN/m2的均布荷荷载计算算。人群作用用于栏杆上的的水平推推力按0.75kN/m考虑。作用于立柱和扶扶手的竖竖向力按1.0kN/m考虑。§4.2荷载横向分布布系数计计算荷载横向向分布系系数的概概念它是反映映荷载横横向分布布程度的的参数，，表示某某根主梁梁所承担担的最大大荷载是是轴重的的倍数。。§4.2荷载横向分布布系数计计算荷载横向向分布系系数的影影响因素素梁位荷载类型型荷载位置置梁的横向向刚度§4.2荷载横向分布布系数计计算荷载横向分布布系数的影响响因素桥梁横向刚度度对荷载横向向分布系数的的影响：§4.2荷载横向分布系数数计算荷载横向分布布系数的计算算方法横向分布的规规律与结构横横向连结刚度度关系密切，，

目前常用用的荷载横向向分布计算方方法主要有：：梁格系模型：：（1）杠杆原理法法

（2）偏心压力法法（修正的偏偏心压力法））

（3）铰接板（梁梁）法

（4）刚接梁法平板模型：（5）比拟正交异异性板法（G-M法）适用性：不同同条件简支梁桥的荷载横向分分布计算§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.1等效简支梁变变换法例题：三跨等等截面连续梁梁，计算第二二跨的横向分分布系数，则则将第二跨等等效为简支梁梁，然后利用用简支梁的横横向分布计算算理论，求出出P=1作用于第二跨跨跨中时的挠挠度。§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.1等效简支梁变变换法再取一等效简简支梁，其跨跨径与连续梁梁计算跨径相相同，其换算算刚度为，，相相应的挠度为为。。根据刚度等效效，即，，可可得等效简支支梁换算惯性性矩的的换算系数§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.1等效简支梁变变换法也可取等效简简支梁的刚度度不变，计算算等效跨径。。即取代替公式中的的l，得出等效简简支梁跨度的的换算系数§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.1等效简支梁变变换法等效刚度系数数可查表得到到，则可算出出等效跨度系系数。等效简支梁法法适应于多梁式式连续梁桥的荷载横向分分布系数的计计算，如简支支转连续的小小箱梁、T梁等。§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.1等效简支梁变变换法例题：P98§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.2增大系数法增大系数法是是计算箱形梁梁桥横向分布布系数的一种种经验方法。。将桥跨偏心荷荷载，分解为为对称荷载及及扭转荷载。。由于约束扭扭转，断面翘翘曲受到约束束而产生正应应力，一般为为桥跨结构对对称荷载产生生的正应力的的15%左右，故得到到箱梁各肋分分布荷载为：：§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.2增大系数法计算箱梁截面面剪力是，考考虑翘曲扭转转剪应力约占占弯曲剪应力力的5%，故得到箱梁梁各肋之剪力力荷载为：§4.2荷载横向分布系数数计算4.2.2增大系数法例题：某预应应力混凝土连连续梁桥，截截面采用单箱箱单室截面，，二车道布载载。当按整体箱梁分析析时，荷载横向向分布为：§4.2荷载横向分布系系数计算4.2.2增大系数法法例题：某预预应力混凝凝土连续梁梁桥，截面面采用单箱箱单室截面面，二车道道布载。当当按梁肋分析时，单肋的荷载横向向分布为：：§4.3可变作用分分析4.3.2影响线加载载在求得结构构内力影响响线后，就就可以对影影响线进行行加载，求求得可变作作用下各截截面的最大大、最小内内力。车道荷载加加载。计算截面面正效应时时，将集中中力作用在在影响线最最大值处，，将均布荷荷载作用在在正的影响响区域内。。计算截面负负效应时，，将集中力力作用在影影响线最小小值处，将将均布荷载载作用在负负的影响区区域内。§4.3可变作用分分析4.3.2影响线加载载在求得结构构内力影响响线后，就就可以对影影响线进行行加载，求求得可变作作用下各截截面的最大大、最小内内力。人群荷载为均布荷载载，则将均均布荷载作作用在正的的影响区域域或负的影影响区域即即可得到人人群荷载的的最大值、、最小值。。§4.3可变作用分分析4.3.2影响线加载载单列车在该截面上上引起的截截面弯矩的的最大值、、最小值：：人群荷载在该截面上上引起的截截面弯矩的的最大值、、最小值：：§4.3可变作用分分析4.3.2影响线加载载对于桥梁整整体结构的的汽车效应应，还应考考虑荷载横横向分布系系数、汽车车冲击系数数、车道横横向折减系系数、纵向向折减系数数等，则：：将桥梁各截截面得到的的内力最大大值、最小小值分布连连线，则得得到桥梁结结构的活载载包络图。。§4.4荷载组合§4.4荷载组合§4.4荷载组合作用效应结构对所受受作用的反反应，如弯弯矩、扭矩矩、位移等等。作用频遇值值结构或构件件按正常使使用极限状状态短期效效应组合设设计时，采采用的一种种可变作用用代表值，，其值可根根据在足够够长观测期期内作用任任意时点概概率分布的的0.95分位值确定定。作用准永久久值结构或构件件按正常使使用极限状状态长期效效应组合设设计时，采采用的另一一种可变作作用代表值值，其值可可根据在足足够长观测测期内作用用任意时点点概率分布布的0.5（或略高于于0.5）分位值确确定。分项系数为保证所设设计的结构构具有规定定的可靠度度而在设计计表达式中中采用的系系数，分作作用分项系系数和抗力力分项系数数两大类。。§4.4荷载组合承载能力极极限状态下下，作用效效应的基本本组合：§4.4荷载组合正常使用极极限状态下下，作用短短期效应组组合：§4.4荷载组合正常使用极极限状态下下，作用长长期效应组组合：§4.4荷载组合正常使用极极限状态下下，持久状状况应力效效应组合：：§4.4荷载组合1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.7*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.6*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力）1.2*恒荷载+