桥梁上部结构施工技术之三桥梁的设计荷载14

任务三桥梁的设计荷载荷载的种类、型式、大小的确定是否得当，既关系到桥梁建设的投资，也关系到桥梁的安全特点荷载标准并不是一成不变的作用于桥梁结构上的荷载（及其组合）可能会越来越复杂对结构行为和材料行为的认识在逐步加深本章内容：介绍各类荷载的基本概念和计算方法，实际设计时荷载取值按《铁路桥涵设计规范》（以下简称铁桥规）和《公路桥涵设计通用规范》计算12/2/20221第一节荷载分类与组合一、荷载分类：表3-1-112/2/20222二、荷载组合荷载组合－各种荷载的取舍以及它们同时作用的可能性组合原则－以桥梁在施工和运营时可能处于最不利的受力状态为原则

基本组合方式：

组合I：恒载（的一种或几种）与基本可变活载（的一种或几种）相组合，即仅考虑主力；

组合II：组合I与其它可变荷载（的一种或几种）相组合，即主力与附加力同时作用；

组合III：组合I与偶然荷载（的一种或几种）相组合，即主力与特殊荷载同时作用。12/2/20223其他可变荷载不同时组合表（公路）编号荷载名称不与该荷载同时参与组合的荷载号14风力－15汽车制动力16，17，1816流水压力15，1717冰压力15，1618温度影响力－19支座摩阻力1512/2/20224第二节

永久荷载（恒载）作用于桥梁上部结构的恒载－结构的重力和附属设备等外加重力；作用在桥梁下部结构的恒载－由支座传递的上部结构的重力、墩台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。结构重力＝结构体积与材料容重的乘积土压力计算涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与气象、水文和外加荷载等因素有关水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙而传递给建筑物基础底面的（由下而上的）水压力；对位于碎石类土、砂类土、粘砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力。对于预应力混凝土桥梁，在检算结构的使用性能（如混凝土应力）时，预加应力当视为恒载；在检算结构的承载能力（如抗弯强度）时，预加应力不作为恒载，但把预应力钢筋视为结构抗力的一部分。在外部超静定的混凝土桥梁结构中，混凝土收缩、徐变影响力是长期存在并起作用的。基础变位一旦发生，其对结构的影响也是长期的。12/2/20225第三节

可变荷载一、基本可变活载（活载）（一）车辆活载车辆荷载指桥梁承受的机动交通活载。对铁路桥，指列车活载；对公路桥，指汽车、挂车、履带车等。车辆荷载的种类繁多，因此，需要对车辆荷载进行调查分析和综合概括，并按照安全、适用和经济的原则，确定出设计采用的标准活载。对于不包括冲击效应（后述）的车辆活载，可称之为静活载。12/2/20226中－活载我国铁路活载标准的情况是：20年代开始自行制订铁路建筑标准，1938年公布中华活载标准，1951年制订了中－Z活载标准，1975年对中－Z活载标准进行修订，形成目前所用的中－活载标准。12/2/20227国际铁路联盟（UIC）活载图式考察我国目前实际运行的列车及其发展趋势，可以看出，1975年制订的中－活载标准已不太适用。例如，蒸汽机车已停止生产，内燃和电力机车得到广泛应用；货车的重载轴重时常高于机车的轴重。根据这些情况可以认为，我国新的列车活载标准应与国际铁路联盟（UIC）制订的活载标准较为一致。目前，荷载修订工作仍在进行之中。12/2/20228公路车辆活载公路车辆荷载－标准化活载4个等级：汽车10级、汽车15级、汽车20级和汽车超20级重车与主车考虑冲击力计算荷载－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，按一辆计算不计冲击力

12/2/20229汽车车队纵向排列12/2/202210汽车的的平面面尺寸寸和横横向布布置11/26/202211平板板挂挂车车和和履履带带车车荷荷载载11/26/202212标准准活活载载的的加加载载总的的车车道道活活载载的的折折减减。对铁路路桥桥梁梁的主主要要构构件件，，双双线线活活载载取取双双线线标标准准活活载载之之和和的的90%，三三线线及及三三线线以以上上者者取取各各线线标标准准活活载载之之和和的的80%；对对仅仅承承受受局局部部活活载载的的构构件件则则不不考考虑虑折折减减。。对公路路桥桥梁梁，在在按按两两行行车车队队布布载载时时，，汽汽车车活活载载不不予予折折减减；；按按三三行行车车队队布布载载时时，，汽汽车车活活载载可可在在一一定定条条件件下下折折减减20%；按按四四行行车车队队布布载载时时，，汽汽车车活活载载可可折折减减30%，但但折折减减后后不不得得小小于于用用两两行行车车队队布布载载的的计计算算结结果果。。加载载就是是按按最最不不利利原原则则布布置置标标准准活活载载，，通通过过结结构构分分析析计计算算桥桥梁梁活活载载效效应应（（内内力力、、应应力力和和变变形形等等））的的最最不不利利值值。。等代代荷荷载载（或或称称换换算算均均布布荷荷载载））11/26/202213标准活载载的等级级选定根据桥梁梁所在线线路的等等级、使使用任务务、性质质和将来来的发展展等具体体情况确确定公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四计算荷载汽－超20汽－超20汽－20汽－20汽－20汽－20汽－10验算荷载挂－120挂－120挂－100挂－100挂－100挂－100履带－5011/26/202214（二）冲击击力车辆活载载以一定定的速度度在桥上上行驶时时，会使使桥梁发发生振动动，产生生动力作作用。这这种动力力作用会会使桥梁梁的内力力和变形形较静活活载作用用时大。。这种现现象就称称之为冲击作用用。冲击作用的的大小采用用冲击力来加以衡量量。冲击力受线线路状态、、车辆类型型以及桥梁梁结构的型型式和跨度度等因素的的综合影响响，目前还还难以精确确考虑，只只能在桥梁梁动载试验验的基础上上提出近似计算公公式。在设计中，，引入冲击系数（（1+）。当竖向活活载包括冲冲击力时，，系指将静静活载乘以以冲击系数数。冲击系系数的一般般形式是：：（3-1）11/26/202215（三）人群群荷载铁路桥梁明明桥面4kN/m2。铁路桥梁道道碴桥面，，距离梁中中心2.45米以内的人人行道，取取10kN/m2；距离梁中心心2.45米以外的人人行道，取取4kN/m2。公路桥梁的的人群荷载载一般取3kN/m2，城市郊区行行人密集地地区一般取取3.5kN/m2；人群荷载应应与汽车荷荷载同时考考虑，但不不与验算荷荷载同时计计算。人行道（钢钢筋混凝土土）板还应应以1.2kN（公）或1.5kN（铁）的集中中荷载进行行检算，人人群作用于于栏杆上的的水平推力力按0.75kN/m考虑，作用用于立柱和和扶手的竖竖向力按1.0kN考虑。11/26/202216（四）离心心力离心力是指指车辆行驶驶在曲线线线路上时，，因速率方方向变化而而引起的横横向水平力力。离心力力的大小等等于车辆活活载（不计计冲击力））乘以离心心力系数C，C值按下式计计算（（3-4）式中V——设计行车速速度（km/h）；R——曲线半径（（m）。离心力的着着力点在桥桥面以上1.2m处（公路桥桥）或轨顶顶面上2m处（铁路桥桥）。11/26/202217二、基本可可变活载（（活载）（一）风力平均风压和脉动风压横向风压按下式计算算W0——基本风压值值（Pa）K1——设计风速频频率换算系系数K2——风载体型系系数K3——风压高度变变化系数K4——地形、地理理条件系数数横向风力＝横向风压压×迎风面积迎风面积＝结构的外外轮廓线面面积×折减系数11/26/202218（二）车辆辆制动力或或（列车））牵引力车辆制动力力（或牵引引力）是指指车辆在刹刹车时（或或启动时））为克服车车辆的惯性性力而在路路面或轨道道与车轮之之间发生的的滑动摩擦擦力。制动力或牵牵引力是墩墩台设计的的重要荷载载，是作用用在桥上的的纵向水平平力，但两两者的作用用方向恰好好相反。采用简化办办法进行计计算。对铁铁路桥梁，，规定列车车制动力或或牵引力按按竖向静活活载的重力力的10%计算，其作作用点一般般在轨顶以以上2m处。公路桥桥梁中只考考虑制动力力。对一或或二车道桥桥梁，规定定制动力为为一行汽车车车队总重重力的10%，但不得小小于一辆重重车的30%；对四车道道桥梁，制制动力为上上述规定值值的两倍。。制动力作作用点一般般在桥面以以上1.2m处。11/26/202219（三）温度影影响力温度影响力力指因温度的的变化而引引起的结构构变形和附附加力温度的变化化：（年平平均）气温变化和温差。气温变化对对静定和超超静定结构构的影响温差对静定定和超静定定结构的影影响气温变化的的幅度，可可按桥梁所所在地区的的气温条件件（一般取取当地最高高和最低月月平均气温温）确定；；气温变化化值，应自自结构合龙龙时的温度度算起。各种材料的的线膨胀系数数，可按设计计规范采用用。钢：0.0000118混凝土：0.00001011/26/202220（四）列车横横向摇摆力力由于轨道不不平等原因因，列车在在行进中会会发生左右右摇摆，产产生一种横横桥向的水水平力。这这种横向摇摇摆力很难难准确计算算，现规定定其作用于于轨顶面，，数值为5.5kN/m。因横向摇摆摆力的取值值与竖向活活载有一比比例，故一一般不再检检算空车荷荷载的横向向摇摆力。。另外，横横向摇摆力力应与横向向风力进行行比较，取取其大者参参与荷载组组合。11/26/202221（五）流水水压力、冰冰压力和支支座摩阻力力位于河流中中的桥墩会会受到流水水压力的作作用位于冰凌河河流或水库库的桥梁墩墩台，应根根据当地冰冰凌的具体体条件及墩墩台的结构构形式，考考虑冰荷载载的作用。。支座上的摩摩阻力是因因上部结构构由温度等等引起的变变位而产生生的，其作作用方向与与上部结构构的变位方方向相反，，作用点在在支座处，，计算公式式为：11/26/202222第四节偶偶然荷载偶然荷载－地震荷载载、船只或或漂流物（（如排筏））的撞击力力以及施工工荷载。地震力－由于地震震波在土中中传播，使使震区发生生地面运动动；桥梁墩墩台首先受受到外加的的强迫运动动，并导致致整个桥梁梁的振动。。所谓