第四章 活載效應(yīng)分析

1、第第 4 章章 活載效應(yīng)分析活載效應(yīng)分析大跨度橋梁設(shè)計大跨度橋梁設(shè)計本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容l 4.1 基本可變作用基本可變作用l 4.2 荷載橫向分布系數(shù)計算荷載橫向分布系數(shù)計算l 4.3 可變作用分析可變作用分析l 4.4 荷載組合荷載組合4.1 基本可變作用基本可變作用 基本可變作用也稱為活載，一般指汽車作用和人群作用。基本可變作用也稱為活載，一般指汽車作用和人群作用。 4.1.1 汽車荷載汽車荷載（公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTJ 001-97） 舊規(guī)范舊規(guī)范 4個等級：汽車個等級：汽車 10級、汽車級、汽車 15級、級、 汽車汽車 20級和汽車級和汽車 超超20級級計算

2、荷載計算荷載把經(jīng)常地、大量出現(xiàn)的汽車排列形成的車隊，把經(jīng)常地、大量出現(xiàn)的汽車排列形成的車隊，對一般橋梁設(shè)計起控制作用。對一般橋梁設(shè)計起控制作用。驗算荷載驗算荷載偶然地、個別出現(xiàn)的平板掛車或履帶車，只偶然地、個別出現(xiàn)的平板掛車或履帶車，只對較小跨徑的橋梁或局部構(gòu)件起控制作用。對較小跨徑的橋梁或局部構(gòu)件起控制作用。500kN履帶車（簡稱履帶履帶車（簡稱履帶 50），可多輛，間距），可多輛，間距50m 掛掛 80、掛、掛 100和掛和掛 120，按一輛計算，按一輛計算舊舊規(guī)規(guī)范范汽汽車車車車隊隊縱縱向向排排列列汽汽車車的的平平面面尺尺寸寸及及橫橫向向布布置置平平板板掛掛車車和和履履帶帶車車荷荷載載

3、新規(guī)范中不再考慮。新規(guī)范中不再考慮。4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.1 汽車荷載汽車荷載（公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60- 2015） 新規(guī)范新規(guī)范公路公路-級級公路汽車荷載的分級公路汽車荷載的分級公路公路-級級車道荷載車道荷載汽車荷載汽車荷載車輛荷載車輛荷載集中荷載集中荷載均布荷載均布荷載4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.1 汽車荷載汽車荷載 新規(guī)范新規(guī)范l公路公路-級車道荷載級車道荷載均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 10.5kN/m集中荷載：集中荷載： 計算跨徑小于等于計算跨徑小于等于5m時，時，270kN 計算跨徑大于等于計算跨徑大于等于5

4、0m時，時，360kN 計算跨徑在計算跨徑在5至至50m之間時，直線內(nèi)插。之間時，直線內(nèi)插。 剪力效應(yīng)應(yīng)再乘以剪力效應(yīng)應(yīng)再乘以1.2的系數(shù)。的系數(shù)。4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.1 汽車荷載汽車荷載 新規(guī)范新規(guī)范l公路公路-級車道荷載級車道荷載 其均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)取公路其均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)取公路-級級汽車荷載的車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值的汽車荷載的車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值的0.75倍。倍。 車道車道均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上，同號影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個只作用

5、于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。最大影響線峰值處。4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.1 汽車荷載汽車荷載 新規(guī)范新規(guī)范車輛荷載車輛荷載 公路公路級和公路級和公路級車輛荷載均采用一輛總重為級車輛荷載均采用一輛總重為550kN的標(biāo)準(zhǔn)車。的標(biāo)準(zhǔn)車。4.1 基本可變作用基本可變作用l汽車荷載的選用汽車荷載的選用根據(jù)橋梁所在公路等級選用。根據(jù)橋梁所在公路等級選用。公路等級公路等級高速公路高速公路一級公路一級公路二級公路二級公路三級公路三級公路四級公路四級公路汽車荷載汽車荷載等級等級公路公路-級級公路公路-級級公路公路-級級公路公路-級級公路公路-級級 4.1.1 汽車荷載汽車荷載 新規(guī)范新規(guī)

6、范4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.2 汽車荷載布載規(guī)定汽車荷載布載規(guī)定車輛的布置車輛的布置按橋梁寬度確定車道數(shù)按橋梁寬度確定車道數(shù)4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.2 汽車荷載布載規(guī)定汽車荷載布載規(guī)定橫向折減系數(shù)橫向折減系數(shù)車道數(shù)車道數(shù)2，應(yīng)考慮車道折減。但折減后效，應(yīng)考慮車道折減。但折減后效應(yīng)應(yīng)2車道的荷載效應(yīng)。車道的荷載效應(yīng)?？v向折減系數(shù)縱向折減系數(shù)計算跨徑計算跨徑150m，應(yīng)考慮縱向折減。多跨，應(yīng)考慮縱向折減。多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，按最大跨折減。連續(xù)結(jié)構(gòu)，按最大跨折減。 4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.3 汽車沖擊力汽車沖擊力車輛活載以一定的速度在橋上行駛時，會使橋梁

7、發(fā)生振動，車輛活載以一定的速度在橋上行駛時，會使橋梁發(fā)生振動，產(chǎn)生動力作用。這種動力作用會使橋梁的內(nèi)力和變形較靜產(chǎn)生動力作用。這種動力作用會使橋梁的內(nèi)力和變形較靜活載作用時大。這種現(xiàn)象就稱之為活載作用時大。這種現(xiàn)象就稱之為沖擊作用沖擊作用。沖擊作用的大小采用沖擊作用的大小采用沖擊力沖擊力來加以衡量。來加以衡量。沖擊力受線路狀態(tài)、車輛類型以及橋梁結(jié)構(gòu)的型式和跨度沖擊力受線路狀態(tài)、車輛類型以及橋梁結(jié)構(gòu)的型式和跨度等因素的綜合影響，目前還難以精確考慮，只能在橋梁動等因素的綜合影響，目前還難以精確考慮，只能在橋梁動載試驗的基礎(chǔ)上提出載試驗的基礎(chǔ)上提出近似計算公式近似計算公式。在設(shè)計中，引入在設(shè)計中，引

8、入沖擊系數(shù)（沖擊系數(shù)（1+ ）。）。當(dāng)豎向活載包括沖擊力當(dāng)豎向活載包括沖擊力時，系指將靜活載乘以沖擊系數(shù)。時，系指將靜活載乘以沖擊系數(shù)。4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.3 汽車沖擊力汽車沖擊力沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)可按下式計算：可按下式計算：4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.3 汽車沖擊力汽車沖擊力l簡支梁橋的基頻簡支梁橋的基頻 f 的計算公式的計算公式l連續(xù)梁橋的基頻連續(xù)梁橋的基頻 f 的計算公式的計算公式連續(xù)梁沖擊力引起的正連續(xù)梁沖擊力引起的正彎矩和剪力效應(yīng)時，采彎矩和剪力效應(yīng)時，采用用f1，負(fù)彎矩采用，負(fù)彎矩采用f2。4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.3 汽車沖擊力汽

9、車沖擊力l雙塔斜拉橋的豎向彎曲基頻雙塔斜拉橋的豎向彎曲基頻 f 的計算公式的計算公式無輔助墩無輔助墩有輔助墩有輔助墩l單跨簡支懸索橋的豎向彎曲基頻單跨簡支懸索橋的豎向彎曲基頻 f 的計算公式的計算公式4.1 基本可變作用基本可變作用 4.1.4 人群荷載人群荷載 公路橋梁的公路橋梁的人群荷載人群荷載一般取一般取3kN/m2，城市、郊區(qū)行人，城市、郊區(qū)行人密集地區(qū)一般取密集地區(qū)一般取3.5kN/m2；人群荷載應(yīng)與汽車荷載同；人群荷載應(yīng)與汽車荷載同時考慮，但不與驗算荷載同時計算。時考慮，但不與驗算荷載同時計算。 人行道人行道可以一塊板為單元，按標(biāo)準(zhǔn)值可以一塊板為單元，按標(biāo)準(zhǔn)值4.0kN/m2的均布

10、的均布荷載計算。荷載計算。 人群作用于人群作用于欄桿上的水平推力欄桿上的水平推力按按0.75kN/m考慮。考慮。 作用于作用于立柱和扶手的豎向力立柱和扶手的豎向力按按1.0kN/m考慮?？紤]。4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算荷載橫向分布系數(shù)的概念荷載橫向分布系數(shù)的概念 它是反映荷載橫向分布程度的參數(shù)，表示某根主梁所承它是反映荷載橫向分布程度的參數(shù)，表示某根主梁所承擔(dān)的最大荷載是軸重的倍數(shù)。擔(dān)的最大荷載是軸重的倍數(shù)。4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算荷載橫向分布系數(shù)的影響因素荷載橫向分布系數(shù)的影響因素梁位梁位荷載類型荷載類型荷載位置荷載位置梁的橫向剛度梁的橫向剛度4

11、.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算荷載橫向分布系數(shù)的影響因素荷載橫向分布系數(shù)的影響因素橋梁橫向剛度對荷載橫向分布系數(shù)的影響：橋梁橫向剛度對荷載橫向分布系數(shù)的影響：4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算荷載橫向分布系數(shù)的計算方法荷載橫向分布系數(shù)的計算方法橫向分布的規(guī)律與結(jié)構(gòu)橫向連結(jié)剛度關(guān)系密切，橫向分布的規(guī)律與結(jié)構(gòu)橫向連結(jié)剛度關(guān)系密切，目前常用的荷載橫向分布計算方法主要有：目前常用的荷載橫向分布計算方法主要有： 梁格系模型梁格系模型 ： （ 1 ）杠桿原理法）杠桿原理法（ 2 ）偏心壓力法（修正的偏心壓力法）偏心壓力法（修正的偏心壓力法）（ 3 ）鉸接板（梁）法）鉸接板（梁

12、）法（ 4 ）剛接梁法）剛接梁法 平板模型：平板模型： （ 5 ）比擬正交異性板法（）比擬正交異性板法（ G-M 法）法） 適用性：不同適用性：不同條件條件簡支梁橋簡支梁橋的荷載橫向分的荷載橫向分布計算布計算4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.1 等效簡支梁變換法等效簡支梁變換法例題：三跨等截面連續(xù)梁，計算第二跨的橫向分布系數(shù)，例題：三跨等截面連續(xù)梁，計算第二跨的橫向分布系數(shù)，則將第二跨等效為簡支梁，然后利用簡支梁的橫向分布計則將第二跨等效為簡支梁，然后利用簡支梁的橫向分布計算理論，求出算理論，求出P=1作用于第二跨跨中時的撓度。作用于第二跨跨中時的撓度。4.2 荷載荷載

13、橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.1 等效簡支梁變換法等效簡支梁變換法再取一等效簡支梁，其跨徑與連續(xù)梁計算跨徑相同，其換再取一等效簡支梁，其跨徑與連續(xù)梁計算跨徑相同，其換算剛度為算剛度為 ，相應(yīng)的撓度為，相應(yīng)的撓度為 。根據(jù)剛度等效，即根據(jù)剛度等效，即 ，可得等效簡支梁換算慣性，可得等效簡支梁換算慣性矩矩 的換算系數(shù)的換算系數(shù)4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.1 等效簡支梁變換法等效簡支梁變換法也可取等效簡支梁的剛度不變，計算等效跨徑。即取也可取等效簡支梁的剛度不變，計算等效跨徑。即取 代替公式中的代替公式中的l，得出等效簡支梁跨，得出等效簡支梁跨度的換算系數(shù)度

14、的換算系數(shù)4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.1 等效簡支梁變換法等效簡支梁變換法等效剛度系數(shù)可查表得到，則可算出等效跨度系數(shù)。等效剛度系數(shù)可查表得到，則可算出等效跨度系數(shù)。等效簡支梁法等效簡支梁法適應(yīng)于多梁式連續(xù)梁橋適應(yīng)于多梁式連續(xù)梁橋的荷載橫向分布系數(shù)的荷載橫向分布系數(shù)的計算，如簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的小箱梁、的計算，如簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的小箱梁、T梁等。梁等。4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.1 等效簡支梁變換法等效簡支梁變換法例題：例題：P984.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.2 增大系數(shù)法增大系數(shù)法增大系數(shù)法是計算箱形梁橋橫向分布系數(shù)

15、的一種經(jīng)驗方法。增大系數(shù)法是計算箱形梁橋橫向分布系數(shù)的一種經(jīng)驗方法。將橋跨偏心荷載，分解為對稱荷載及扭轉(zhuǎn)荷載。由于約束將橋跨偏心荷載，分解為對稱荷載及扭轉(zhuǎn)荷載。由于約束扭轉(zhuǎn)，斷面翹曲受到約束而產(chǎn)生正應(yīng)力，一般為橋跨結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，斷面翹曲受到約束而產(chǎn)生正應(yīng)力，一般為橋跨結(jié)構(gòu)對稱荷載產(chǎn)生的正應(yīng)力的對稱荷載產(chǎn)生的正應(yīng)力的15%左右，故得到箱梁各肋分布左右，故得到箱梁各肋分布荷載為：荷載為：4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.2 增大系數(shù)法增大系數(shù)法計算箱梁截面剪力是，考慮翹曲扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力約占彎曲剪應(yīng)計算箱梁截面剪力是，考慮翹曲扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力約占彎曲剪應(yīng)力的力的5%，故得到箱梁各肋之剪力荷

16、載為：，故得到箱梁各肋之剪力荷載為：4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.2 增大系數(shù)法增大系數(shù)法例題：某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，截面采用單箱單室截面，例題：某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，截面采用單箱單室截面，二車道布載。當(dāng)按二車道布載。當(dāng)按整體箱梁分析整體箱梁分析時，荷載橫向分布為：時，荷載橫向分布為：4.2 荷載荷載橫向分布系數(shù)計算橫向分布系數(shù)計算 4.2.2 增大系數(shù)法增大系數(shù)法例題：某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，截面采用單箱單室截面，例題：某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，截面采用單箱單室截面，二車道布載。當(dāng)按二車道布載。當(dāng)按梁肋分析梁肋分析時，時，單肋單肋的荷載橫向分布為：的荷載橫向分布

17、為：4.3 可變作用分析可變作用分析 4.3.2 影響線加載影響線加載在求得結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響線后，就在求得結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響線后，就可以對影響線進行加載，求得可以對影響線進行加載，求得可變作用下各截面的最大、最可變作用下各截面的最大、最小內(nèi)力。小內(nèi)力。車道荷載加載車道荷載加載。計算截面正效應(yīng)時，將集中力作用在影響線。計算截面正效應(yīng)時，將集中力作用在影響線最大值處，將均布荷載作用在正的影響區(qū)域內(nèi)。最大值處，將均布荷載作用在正的影響區(qū)域內(nèi)。計算截面負(fù)效應(yīng)時，將集中力作用在影響線最小值處，將均計算截面負(fù)效應(yīng)時，將集中力作用在影響線最小值處，將均布荷載作用在負(fù)的影響區(qū)域內(nèi)。布荷載作用在負(fù)的影響區(qū)域內(nèi)。4.3 可

18、變作用分析可變作用分析 4.3.2 影響線加載影響線加載在求得結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響線后，就在求得結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響線后，就可以對影響線進行加載，求得可以對影響線進行加載，求得可變作用下各截面的最大、最可變作用下各截面的最大、最小內(nèi)力。小內(nèi)力。人群荷載人群荷載為均布荷載，則將均布荷載作用在正的影響區(qū)域或為均布荷載，則將均布荷載作用在正的影響區(qū)域或負(fù)的影響區(qū)域即可得到人群荷載的最大值、最小值。負(fù)的影響區(qū)域即可得到人群荷載的最大值、最小值。4.3 可變作用分析可變作用分析 4.3.2 影響線加載影響線加載單列車單列車在該截面上引起的截面彎矩的最大值、最小值：在該截面上引起的截面彎矩的最大值、最小值：人群荷載人群荷

19、載在該截面上引起的截面彎矩的最大值、最小值：在該截面上引起的截面彎矩的最大值、最小值：4.3 可變作用分析可變作用分析 4.3.2 影響線加載影響線加載對于橋梁整體結(jié)構(gòu)的汽車效應(yīng)，還應(yīng)考慮荷載橫向分布系數(shù)、對于橋梁整體結(jié)構(gòu)的汽車效應(yīng)，還應(yīng)考慮荷載橫向分布系數(shù)、汽車沖擊系數(shù)、車道橫向折減系數(shù)、縱向折減系數(shù)等，則：汽車沖擊系數(shù)、車道橫向折減系數(shù)、縱向折減系數(shù)等，則：將橋梁各截面得到的內(nèi)力最大將橋梁各截面得到的內(nèi)力最大值、最小值分布連線，則得到值、最小值分布連線，則得到橋梁結(jié)構(gòu)的活載包絡(luò)圖。橋梁結(jié)構(gòu)的活載包絡(luò)圖。4.4 荷載組合荷載組合永久荷載（恒載）基本可變荷載 其他可變荷載可變荷載偶然荷載（公路

20、）橋梁荷載4.4 荷載組合荷載組合4.4 荷載組合荷載組合作用效應(yīng)作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)，如彎矩、扭矩、位移結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)，如彎矩、扭矩、位移等。等。作用頻遇值作用頻遇值 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計時，采用的一種可變作用代表值，其值可根據(jù)在足合設(shè)計時，采用的一種可變作用代表值，其值可根據(jù)在足夠長觀測期內(nèi)作用任意時點概率分布的夠長觀測期內(nèi)作用任意時點概率分布的0.95分位值確定。分位值確定。作用準(zhǔn)永久值作用準(zhǔn)永久值 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合設(shè)計時，采用的另一種可變作用代表值，

21、其值可根據(jù)組合設(shè)計時，采用的另一種可變作用代表值，其值可根據(jù)在足夠長觀測期內(nèi)作用任意時點概率分布的在足夠長觀測期內(nèi)作用任意時點概率分布的0.5（或略高于（或略高于0.5）分位值確定。）分位值確定。分項系數(shù)分項系數(shù) 為保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度而在為保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度而在設(shè)計表達(dá)式中采用的系數(shù)，分作用分項系數(shù)和抗力分項系設(shè)計表達(dá)式中采用的系數(shù)，分作用分項系數(shù)和抗力分項系數(shù)兩大類。數(shù)兩大類。4.4 荷載組合荷載組合l承載能力極限狀態(tài)下，作用效應(yīng)的基本組合：承載能力極限狀態(tài)下，作用效應(yīng)的基本組合：)(2111QjknjQjcKQQGiKmiGioudSSSS4.4 荷載組合荷載組

22、合l正常使用極限狀態(tài)下，作用短期效應(yīng)組合：正常使用極限狀態(tài)下，作用短期效應(yīng)組合：QjknjjmiGiksdSSS1114.4 荷載組合荷載組合l正常使用極限狀態(tài)下，作用長期效應(yīng)組合：正常使用極限狀態(tài)下，作用長期效應(yīng)組合：QjknjjmiGikldSSS1214.4 荷載組合荷載組合l正常使用極限狀態(tài)下，持久狀況應(yīng)力效應(yīng)組合：正常使用極限狀態(tài)下，持久狀況應(yīng)力效應(yīng)組合：4.4 荷載組合荷載組合1.21.2* *恒荷載恒荷載+1.4+1.4* *汽車荷載汽車荷載1.21.2* *恒荷載恒荷載+1.4+1.4* *汽車荷載汽車荷載+0.8+0.8* *1.41.4* *人群荷載人群荷載1.21.2* *恒荷載恒荷載+1.4+1.4* *汽車荷載汽車荷載+ + 0.7 0.7* *（