桥梁设计荷载

第三章桥梁的设计作用(荷载)第一节作用分类与效应组合第二节永久荷载第三节可变荷载第四节偶然荷载返回返回目录第一节作用分类与组合一、作用的定义二、作用的分类三、作用的取值四、作用的代表值取用五、作用效应组合返回返回目录引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为两类:一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施于结构上的，可用“荷载”这一术语来概括;另一类不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构的,如果也称“荷载”，容易引起人们的误解。因此，目前国际上普遍地将所有引起结构反应的原因统称为“作用”,而“荷载”仅限于表达施加于结构上的直接作用。一、作用的定义返回返回目录二、作用分类永久作用可变作用偶然作用公路桥梁作用返回目录

公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。

1.永久作用应采用标准值作为代表值。

2.可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值为可变作用的代表值。

3偶然作用取其标准值为代表值。三、作用的取值返回返回目录1、永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确定。2、可变作用的标准值应按本规范有关章节中的规定采用。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数。3、偶然作用应根据试验资料，结合工程经验确定其标准值。4、作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数四、作用的代表值取用返回返回目录五、作用效应组合1.作用效应组合的定义2.作用效应组合的分类返回返回目录1.作用效应组合的定义作用效应组合——是指在确定出各种桥梁作用后，需要根据作用特性、桥梁结构特性、施工方法以及桥位处的环境等因素，针对不同的安全等级、不同设计或验算内容来决定各种作用的取舍以及它们同时作用的可能性。作用效应组合只涉及结构上可能同时出现的作用效应，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返回返回目录2.作用效应组合的分类1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时4）公路桥涵结构效应组合表达式3）公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值返回返回目录1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时（1）基本组合（2）偶然组合返回返回目录

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：（1）基本组合返回返回目录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。偶然作用的效应分项系数取1.0；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值。地震作用标准值及其表达式按《公路工程抗震设计规范》JTJ004规定采用。（2）偶然组合返回返回目录2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时（1）作用短期效应组合（2）作用长期效应组合返回返回目录永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：（1）作用短期效应组合返回返回目录永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：

（2）作用长期效应组合返回返回目录结构重要性系数，按规范表1.0.9规定的结构设计安全等级采用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9；汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；

在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第4.3.5条规定的人行道板等局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风荷载的分项系数取1.1；3）公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值返回返回目录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+1.4*汽车荷载+0.5*（1.4*人群荷载

+1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力）4）公路桥涵结构效应组合表达式返回返回目录第二节永久作用（恒载）一、永久作用（恒载）的定义二、永久作用的计算返回返回目录一、永久作用（恒载）的定义永久作用是指结构永久承受的荷载（恒载），其作用位置和大小、方向固定不变的荷载。桥梁上部结构的恒载：结构重力、桥面铺装、附属设备等外加力。桥梁下部结构的恒载：由支座传递下来的结构重力、墩台本身的重力、土压力及水浮力等。返回返回目录二、永久作用的计算结构重力＝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，目前按库仑理论推导的公式计算土侧压力。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，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。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。（图）对于超净定结构，基础变位一旦发生，其对结构的影响也是长期的。返回目录1.车辆活载2.冲击力3.人群荷载4.离心力5.风荷载6.车辆制动力和（列车）牵引力7.温度作用8.列车横向摇摆力（铁路）9.流水压力10.冰压力11.支座摩阻力返回返回目录第三节可变作用

可变作用是指在设计使用年限内其作用位置、大小和方向随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用1.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。（1）列车荷载（铁路）（2）公路汽车荷载（3）标准荷载的折减返回返回目录中－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，中—活载象征性的模拟列车载重的情况。返回目录国际铁路联盟（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。返回目录（2）公路汽车荷载

1）旧规范公路汽车荷载

2）新规范公路汽车荷载返回返回目录1）旧规范公路汽车荷载公路车辆荷载是按实际情况（车辆轮轴数目、前后轴间距和轴重，荷载发展趋势等）进行了标准化的活载。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，共分为4个等级：汽车

10级、汽车

15级、汽车

20级和汽车

超20级验算荷载；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，分为500kN履带车（简称履带

50），挂

80、挂

100和挂

120返回目录汽车车队纵向排列汽车的平面尺寸和横向布置平板挂车和履带车荷载返回目录交通部在2004年6月28日颁布,并于当年10月1日实施的《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004)对原来的《公路桥涵设计通用规范》(JTJ21－81)行了修订。

2）新规范公路汽车荷载

《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004）另外将汽车冲击系数以跨径（荷载长度）为主要影响因素的计算方法,改为以结构基频为主要因素的计算方法。

其中取消了原标准的汽车荷载等级,改为采用公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级标准汽车荷载。取消了挂车和履带车验算荷载,将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载当中。汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级；除高速公路和一级公路采用公路-Ⅰ级外,其余均采用公路-Ⅱ级；根据所计算的结构构件的不同,汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。

（一）、汽车荷载标准车道荷载由集中荷载和均布荷载组成，用来计算桥梁结构的整体。1、车道荷载1）在车道荷载中,当采用公路-Ⅰ级时,qk=10.5kN/m。

Pk

的值与桥梁的计算跨径l有关。当l

≤5m时，Pk=180kN。当l

≥50m时,Pk=360kN，两者之间则采用内插法求得。计算剪力效应时,则Pk应乘以1.2的系数。车道荷载布置图2）如果采用公路-Ⅱ级，则其值应按公路-Ⅰ级的0.75倍采用。3）在整个桥梁结构计算的加载过程中，加载方式因内力影响线而定。其中,qk应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，而Pk

作用于影响线的最大峰值处。车辆荷载则用来计算桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台以及挡土墙土压力等。车辆荷载立面布置车辆荷载平面布置车辆荷载横断面布置2、车辆荷载返回目录标准活载的加载公路桥梁1.横向折减：在多车道桥梁上行驶的车辆活载使桥梁结构产生某种最大作用效应时，不同车道上的车辆活载同时处于最不利位置的可能性大小。车道数越多可能行越小，根据上述可能性的大小对总的车辆活载进行折减。2.纵向折减：在制定车道荷载标准时，采用的自然堵塞的车间间距；在确定荷载大小时，采用的重车居多的调查资料。但是对于大跨径桥梁，随着跨径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐渐缓解，因此对汽车荷载按跨度进行折减。铁路桥梁仅考虑横向折减。用于设计的双线活载取双线标准活载之和的90%，三线及三线以上者取各线标准活载之和的80%；对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。返回目录（1）冲击力的产生车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发生振动，产生竖向动力作用。这种动力作用会使桥梁的内力和变形较静活载作用时大。这种现象就统称为冲击作用。冲击力受线路状态、车辆类型（机车的偏心轮作用）以及桥梁结构的形式和跨度等因素的综合影响。目前还难以精确考虑。通常的做法是：在桥梁动载试验的基础上提出近似计算公式，把动力问题简化为静力问题来处理。冲击作用的大小采用冲击力来衡量。为简化设计，引入冲击系数（1+μ）来反应车辆活载的动力影响。目录2.冲击力（2）冲击系数μ计算：目前桥梁计算中常用的计算方法是采用结构基频来计算冲击系数，结构自振频率（基频）可以综合的反映出结构尺寸、类型、材料等动力特性，直接表达了冲击系数与桥梁结构之间的关系。

目录返回3.人群荷载铁路桥梁明桥面取竖向静活载为4kN/m2。铁路桥梁道碴桥面，距离梁中心2.45米以内的人行道，取10kN/m2；距离梁中心2.45米以外的人行道，取4kN/m2。公路桥梁的人群荷载一般取3kN/m2，城市郊区行人密集地区一般取3.5kN/m2；人群荷载应与汽车荷载同时考虑，但不与验算荷载同时计算。人行道（钢筋混凝土）板还应以4kN（公）或1.5kN（铁）的集中荷载进行检算，人群作用于栏杆上的水平推力按0.75kN/m考虑，作用于立柱和扶手的竖向力按1.0kN考虑。返回目录4.离心力1.定义:

离心力是指车辆行驶在曲线线路上时，因速率方向变化而引起的横向水平力。2.计算：

离心力的大小等于车辆活载（不计冲击力）乘以离心力系数C，C值按下式计算:

式中V——设计行车速度（km/h）；

R——曲线半径（m）。离心力的着力点在桥面以上1.2m处（公路桥）或轨顶面上2m处（铁路桥）。返回目录返回返回目录5.风荷载1.定义：当风以一定速度运动并受到桥梁的阻碍时，桥梁就承受风压,风压分为顺风向和横风向。2.计算：顺风向的风压：可视为平均风压或脉动风压。采用静力计算方法处理平均风压对结构的影响；对脉动风压，要按随机振动理论进行分析。横桥向风荷载：按式3.13计算1.定义：车辆制动力或（列车牵引力）是指车辆在刹车或启动时为克服车辆的惯性力或阻力而在路面或轨道与车轮之间发生的滑动摩擦力。制动力或牵引力时墩台设计计算的重要荷载，是作用在桥上的纵向水平力，但两者的方向相反。2.计算：制动力或（列车牵引力）的传递与分布规律，尚代研究。目前仍采用简化的办法进行计算。对铁路桥梁：规定列车制动力或牵引力按作用在桥跨结构范围内的竖向静活载的10%计算，其作用点一般在轨顶以上2m处。对公路桥梁：只考虑制动力，一个车道上的制动力标准值按加载长度范围内车道荷载总重力的10%计算，但公路-Ⅰ级汽车制动力标准值不小于165kN;但公路-Ⅱ级汽车制动力标准值不小于90kN;制动力作用点一般在桥面以上1.2m处。返回返回目录6.车辆制动力和（列车）牵引力（1）概述温度影响力指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。温度的变化可分为均匀温度变化和温度梯度两种情况，前者可说明结构整体在一年中的温度变化，后者则可解释为结构截面上的不同点或不同材料之间的温差。对静定结构，气温的变化通常只会导致结构的伸长或缩短；在超静定结构中，由于气温的变化引起的变形受到约束，导致结构产生相应的附加力。

目录7、温度作用均匀温度取值，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定。气温变化值应自结构合龙时的温度算起。计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，可采用图3.10所示的竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的温度T1规定于表2-3。对混凝土结构，梁高H不小于400mm时，A=300mm。对带混凝土桥面板的钢结构，A=300mm。混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。（2）温度影响力的计算目录T1（℃）T2（℃）混凝土铺装256.750mm沥青混凝土铺装层206.7100mm沥青混凝土铺装层145.5返回目录T1—桥面板表面最高温度T2—桥面板表面下100mm处的温度H—梁高A—对应温度梯度曲线上零点与T2间的结构高度T—结合梁中混凝土桥面板的厚度8.列车横向摇摆力由于轨道不平等原因，列车在进行中会发生左右摇摆，产生横向的水平力。这种横向摇摆力较难准确计算，规定其作用在轨顶面，数值为5.5kN/m.因横向摇摆力的取值与竖向活载有一比例，故一般不再检算空车荷载的横向摇摆力。另外横向摇摆力应与横向风力进行比较，取其大者参与荷载组合。返回返回目录位于河流中的桥墩会受到流水压力的作用。通常桥墩上游迎水一侧会形成高压区，下游一侧会形成低压区。前后的压力差便构成水流对桥墩的压力。流水压力与桥墩的截面形状、圬工粗糙率、水流流速和形态等有关γ——水的容重（kN/m3)ν——水的设计流速（m/s)A——桥墩阻水面积（m2)，一般计算至一般冲刷线处；g——重力加速度9.81m/s2;K——有实验测得的桥墩形状系数。计算公式为：9.流水压力返回目录10.冰压力位于冰凌河流或水库的桥梁墩台，应根据当地的具体情况及墩台的结构形式考虑冰荷载的作用；冰荷载可分为以下几种：①河流流冰产生的动压力；②由于冰和水流作用于大面积冰层产生的静压力；③冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静压力④冰锥体推移产生的静压力⑤冰层因水位升降产生的竖向作用力。影响冰压力的自然因素众多且实验资料欠缺，目前对冰压力的研究还不成熟，在援引国外各种计算方法时，应结合具体工点情况进行分析。返回返回目录11.支座摩阻力支座摩阻力是上部结构由温度