桥梁设计荷载技术材料.ppt

第一篇 总论 Introduction1 概论2 桥梁的基本组成和分类3 桥梁总体规划和设计要点4 桥梁的设计荷载4-1规范中有关设计荷载的规定§4-1 规范中有关设计荷载的规定 作用 Action —— 施加于结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因前者称直接作用，也称荷载，后者称间接作用分类：分类：1 1）永久作用）永久作用 Permanent action Permanent action————在结构使用期间，其量值不在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用 2 2）可变作用）可变作用 Variable action Variable action————在结构使用期间，其量值随时在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用 3 3）偶然作用）偶然作用 Accidental action Accidental action————在结构使用期间出现的概率在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。

很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用 规范中有关设计荷载的规定编 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 预加应力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 船只或漂流物撞击作用21汽车撞击作用作作 用用 分分 类类 永久作用一、永久作用（恒载）一、永久作用（恒载）包括：包括：结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等七种结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力均属于结均属于结构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的体积乘体积乘以材料的容重以材料的容重计算。

计算永久作用预加应力预加应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应计算时，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应对于对于超静定的混凝土结构、钢－混凝土组合结构超静定的混凝土结构、钢－混凝土组合结构等均应考虑等均应考虑混凝土的收缩和徐变作用的影响，预应力构件还涉及其预应混凝土的收缩和徐变作用的影响，预应力构件还涉及其预应力损失问题力损失问题可变作用二、可变作用（活载）（一）汽车荷载（一）汽车荷载v 汽车荷载分为汽车荷载分为公路公路-I级级和和公路公路-ⅡⅡ级级v 汽车荷载由汽车荷载由车辆荷载车辆荷载和和车道荷载车道荷载组成汽车荷载1.1.车道荷载车道荷载（整体计算）（整体计算） 车道车道 荷载荷载均布荷载标准值均布荷载标准值 q qk k=10.5kN/m=10.5kN/m集中荷载标准值集中荷载标准值 注：注： 1.1.计算计算剪力效应剪力效应时，集中荷载标准值时，集中荷载标准值P PK K应应乘以乘以1.21.2的系数。

的系数 2.2.均布荷载标准值均布荷载标准值应满布于使结构产生应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；最不利效应的同号影响线上； 3. 3.集中荷载标准值集中荷载标准值只作用于相应影响线只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处中一个最大影响线峰值处 3. 3.公路公路-Ⅱ-Ⅱ级车道荷载的标准值级车道荷载的标准值q qk k 和和P PK K按按公路公路-Ⅰ-Ⅰ级车道荷载的级车道荷载的0.750.75倍采用汽车荷载2.2.车辆荷载车辆荷载（局部计算）（局部计算）车辆荷荷载主要技主要技术指指标项目单位技术指标车辆重力标准值kN550前轴重力标准值kN30中轴重力标准值kN2×120后轴重力标准值kN2×140轴距m3+1.4+7+1.4轮距m1.8前轮着地宽度及长度m0.3×0.2中、后轮着地宽度及长度m0.6×0.2车辆外形尺寸(长×宽)m15×2.53.0汽车荷载3.3.车辆横向布置车辆横向布置汽车荷载4.4.折减系数折减系数注：当横向布置车队数大于注：当横向布置车队数大于2 2时，应计入横向折减，但折减后不得小于时，应计入横向折减，但折减后不得小于用两行车队计算的结果。

用两行车队计算的结果注：当桥梁计算跨径大于注：当桥梁计算跨径大于150m150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减时，应考虑计算荷载效应的纵向折减 汽车冲击力 （二）汽车冲击力1.产生原因：v汽车高速驶过桥梁、桥面不平整、发动机震动等会引起桥梁结构振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击作用2.冲击系数μ：v汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数3.需要计算的规定：v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刚制作、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车冲击作用汽车冲击力4.计算：v以结构基频为主要影响因素v计算方法： 当 f＜1.5Hz时， μ＝0.05 当1.5Hz＜f＜14Hz时， μ＝0.1767lnf – 0.0157 当 f＞14Hz时， μ＝0.45 当汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上时，μ＝0.3桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、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梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数载下，就能得到基本相同的冲击系数汽车冲击力v结构基频估算公式：（1）简支梁桥：汽车冲击力v结构基频估算公式：（2）连续梁桥：正弯矩效应和剪力效应正弯矩效应和剪力效应负弯矩效应负弯矩效应汽车荷载离心力 （三）汽车荷载离心力1.产生原因：v当弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，需考虑车辆的离心力作用2.计算：v车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C离心力系数按下式计算：离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m汽车荷载引起的土压力 （四）汽车荷载引起的土压力1.产生原因：v车辆荷载作用在桥台台背或路堤挡土墙上，将引起台背填土或挡土墙后填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力2.计算：式中：式中： γ γ ————土的容重，以土的容重，以kN/mkN/m3 3计；； B B ————桥台的台的计算算宽度或度或挡土土墙的的计算算长度，以度，以m m计；； l l0 0 ————桥台或台或挡土土墙后填土的破坏棱体后填土的破坏棱体长度，以度，以m m计；； ∑ ∑G G ————布置在布置在B B××l l0 0面面积内的内的车辆车轮重力，以重力，以kNkN计。

注：当涉及多注：当涉及多车道加道加载时，，车轮总重力重力应进行行横向横向折减人群荷载 （五）人群荷载1.取值：v城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍v专用人行桥梁，人群荷载标准值为4kN/m2注：注：对跨径不等的连续对跨径不等的连续结构，以最大计算结构，以最大计算跨径为准跨径为准人群荷载2.加加载方式方式① 在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内② 人行道板可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均布荷载计算③ 计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取0.75KN/m; 作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m 汽车荷载制动力 （六）汽车荷载制动力和牵引力v制动力：车辆减速或制动时为克服车辆的惯性力而在路面与车辆之间发生的滑动摩擦力作用于桥跨结构的方向与行车方向一致v牵引力：是车辆起动或加速时车辆与路面（或钢轨）间作用的摩阻力与行车方向相反2.《规范》规定：①①一个一个设计车道道时，按布置在，按布置在加加载长度上汽度上汽车重力的重力的10%10%计算算；；但公路但公路- -I I级汽汽车荷荷载制制动力力标准准值不得小于不得小于165kN165kN；； 公路公路- -IIII级不得小于不得小于90kN90kN。

汽车荷载制动力②②多多车道道时要考要考虑横向折减横向折减，同向行，同向行驶双双车道的汽道的汽车荷荷载制制动力力标准准值为一个一个设计车道制道制动力力标准准值的的2 2倍倍；同向行；同向行驶三三车道道为一个一个设计车道的道的2.342.34倍倍；；同向行同向行驶四四车道道为一个一个设计车道的道的2.682.68倍倍③③制制动力的作用点在力的作用点在设计车道道桥面以上面以上1.2m1.2m处；； 计算算墩台墩台时，可移至支座中心（，可移至支座中心（铰或或滚轴中心），中心），或滑或滑动支座、橡胶支座、支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上；支座的底座面上； 计算算刚构构桥、拱、拱桥时，可移至，可移至桥面上，但不面上，但不计因此因此而而产生的生的竖向力和力矩向力和力矩风荷载 （七）风荷载Ø当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻碍当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻碍时，结构时，结构将承受风压将承受风压Ø对于大跨径桥梁对于大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，，特别是斜拉桥和悬索桥，风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚至起风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚至起着决定性的作用，即对结构的强度、刚度和着决定性的作用，即对结构的强度、刚度和稳定性起控制作用。

稳定性起控制作用《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横桥向风荷载标准值设计基准风压值流水压力 （八）流水压力温度作用 （九）温度作用1.1.产生原因：产生原因：温度变化将使结构产生变形和影响力，它的大小应根据当地的具体温度变化将使结构产生变形和影响力，它的大小应根据当地的具体情况、结构物所使用的材料和施工条件等因素计算确定情况、结构物所使用的材料和施工条件等因素计算确定各种结构的各种结构的线膨胀系数线膨胀系数见下表：见下表：温度作用2.2.温度作用包括温度作用包括均匀温度均匀温度和和梯度温度梯度温度两种影响两种影响v均匀温度均匀温度————为常年气温变化（超静定结构）为常年气温变化（超静定结构）将导致全桥长度变化，当这种变化受到约束时会引起将导致全桥长度变化，当这种变化受到约束时会引起温度次内力温度次内力 有效温度标准值（缺乏实地温度调查值时参照采用）有效温度标准值（缺乏实地温度调查值时参照采用）气温分布气温分布钢桥面板钢桥钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土桥、石桥混凝土桥、石桥最高最高最低最低最高最高最低最低最高最高最低最低严寒地区严寒地区46-4339-3234-23寒冷地区寒冷地区46-2139-1534-10温热地区温热地区46-9（（-3））39-6（（-1））34-3（（0））注：表中（）内数注：表中（）内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。

适用于昆明、南宁、广州、福州地区温度作用v梯度温度梯度温度————因太阳辐射而来因太阳辐射而来（静定、超静定结构）（静定、超静定结构）使结构沿高度方向形成非线性的温使结构沿高度方向形成非线性的温度变化，导致结构截面产生自内力，度变化，导致结构截面产生自内力，当这种变化受到约束时也会产生次当这种变化受到约束时也会产生次内力H-100 (H<400mm)300 (H>400mm)混凝土梁混凝土梁A=组合结构组合结构A= 300 mm支座摩阻力 （十）支座摩阻力支支 座座 摩摩 擦擦 系系 数数支座种类支座摩擦系数滚动支座或摆动支座0.05板式橡胶支座支座与混凝土面接触0.30支座与钢板接触0.20聚四氟乙烯板与不锈钢板接触0.06(加硅脂；温度低于-25℃时为0.078)0.12(不加硅脂；温度低于-25℃时为0.156)式中式中: : W W ———— 作用于活作用于活动支座上由上部支座上由上部结构重力构重力产生的效生的效应；； μμ———— 支座摩擦系数，无支座摩擦系数，无实测数据数据时按下表取用按下表取用偶然作用——地震作用三、偶然作用（一）地震作用（一）地震作用 定义：指地震时强烈的地面运动引定义：指地震时强烈的地面运动引起的结构惯性力，它是随机变化的起的结构惯性力，它是随机变化的动力荷载，其值的大小决定于地震动力荷载，其值的大小决定于地震强烈程度和结构的动力特性（频率强烈程度和结构的动力特性（频率与阻尼等）以及结构或杆件的质量。

与阻尼等）以及结构或杆件的质量地震基本烈度与地震地震基本烈度与地震动峰峰值加速度系数的加速度系数的对应关系关系地震动峰值加速度系数＜0.05g0.05g0.10 g0.15g0.20g0.30g≥0.40g地震基本烈度＜ⅥⅥⅦⅦⅧⅧ≥Ⅸ设计要求简易设防抗震设计专门的抗震研究和设计 抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的统计值抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的统计值————即地震即地震动峰值加速度确定动峰值加速度确定偶然作用——船只或漂流物撞击（二）（二）船只或漂流物撞击力船只或漂流物撞击力 船只或漂流物撞击力在船只或漂流物撞击力在有可能的条件下，应采用实有可能的条件下，应采用实测资料或模拟撞击试验进行测资料或模拟撞击试验进行计算，并籍此进行防撞设施计算，并籍此进行防撞设施的设计 内河船舶撞内河船舶撞击作用作用标准准值内河航道等级船舶吨级DWT（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偶然作用——汽车撞击（三）（三）汽车撞击作用汽车撞击作用 撞击力标准值在行驶方向取撞击力标准值在行驶方向取1000kN1000kN，与，与之垂直方向取为之垂直方向取为500kN500kN，两个方向的不同时，两个方向的不同时考虑；作用于行车道上考虑；作用于行车道上1.2m1.2m处，直接分布处，直接分布于撞击涉及的构件上。

于撞击涉及的构件上 对于设有防撞设施的结构构件，可视设对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞能力予以施的防撞能力予以折减折减，但折减后不应低，但折减后不应低于上述的于上述的1/61/6 为防止或减少因撞击产生的破坏，对易为防止或减少因撞击产生的破坏，对易受到汽车撞击的构件的相关部位应采取相受到汽车撞击的构件的相关部位应采取相应的应的构造措施构造措施，并增设，并增设钢筋钢筋或或钢筋网钢筋网4-2 荷载组合§4-2 荷载组合公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率的极限状态设计法概率的极限状态设计法设计v两种设计极限状态：两种设计极限状态：承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极限状态正常使用极限状态v三种情况：三种情况：1 1）持久状态：）持久状态：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状况该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计状态设计2 2）短暂状态：）短暂状态：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况该状况下桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。

该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计3 3）偶然状态：）偶然状态：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况该状况下在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计的桥涵仅作承载能力极限状态设计 承载能力极限状态一、承载能力极限状态一、承载能力极限状态承载能力极限状态设计是以承载能力极限状态设计是以塑性理论塑性理论为基础，其为基础，其设计原则设计原则即：荷载效应最不利组合的设计值与重要性系数的乘积，必即：荷载效应最不利组合的设计值与重要性系数的乘积，必须小于或等于结构抗力的设计值须小于或等于结构抗力的设计值 承载能力极限状态（一）基本组合（一）基本组合式中：式中： γγ0 0———— 结构重要性系数构重要性系数, ,桥涵的抗震涵的抗震设计不考不考虑结构的重要性系数；构的重要性系数； S Sudud ———— 作用效作用效应的的组合合设计值；； R R ———— 构件承构件承载力力设计值，它根据构件的材料，它根据构件的材料强强度度设计值和几何参和几何参数数设计值计算。

算桥涵涵结构的重要性系数构的重要性系数γ0 桥涵结构特大桥、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注：重要注：重要桥梁系指高速公路、一梁系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁梁承载能力极限状态桥涵涵结构的重要性系数构的重要性系数γ0 桥涵结构特大桥、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注：重要注：重要桥梁系指高速公路、一梁系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁梁承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态（二）偶然组合（二）偶然组合正常使用极限状态二、正常使用极限状态二、正常使用极限状态正常使用极限状态设计是以弹性理论或弹塑性理论为正常使用极限状态设计是以弹性理论或弹塑性理论为基础，基础， 涉及构件的涉及构件的抗裂抗裂、、挠度挠度和和裂缝宽度裂缝宽度三个方面的三个方面的验算验算: : (a)(a)限制限制应力力 (b)(b)短期作用效短期作用效应下的下的变形形 (c)(c)各种作用效各种作用效应组合下的裂合下的裂缝宽度度 v正常使用极限状态的结构可靠度比承载能力极限状态设正常使用极限状态的结构可靠度比承载能力极限状态设计低很多。

其计低很多其可变作用代表值可变作用代表值采用采用频遇值频遇值和和准永久值准永久值 正常使用极限状态1.短期效应组合：短期效应组合：为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，即对应于短暂状况的设计要求，例如预应力混凝土构件抗裂组合，即对应于短暂状况的设计要求，例如预应力混凝土构件抗裂验算、裂缝宽度验算、挠度验算等，其组合表达式为：验算、裂缝宽度验算、挠度验算等，其组合表达式为：正常使用极限状态2.长期效应组合：长期效应组合：为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，即对应于持久状况的设计要求，例如抗裂验算，其表达式相组合，即对应于持久状况的设计要求，例如抗裂验算，其表达式为：为：。