橋梁的設(shè)計(jì)荷載63976資料課件

第三章橋梁的設(shè)計(jì)荷載荷載的種類、型式、大小的確定是否得當(dāng)，既關(guān)系到橋梁建設(shè)的投資，也關(guān)系到橋梁的安全特點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)并不是一成不變的作用于橋梁結(jié)構(gòu)上的荷載（及其組合）可能會(huì)越來越復(fù)雜對結(jié)構(gòu)行為和材料行為的認(rèn)識(shí)在逐步加深本章內(nèi)容：介紹各類荷載及其組合的基本概念和計(jì)算方法，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)荷載取值按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展簡介（第九章）7/24/20231李亞東:橋梁工程概論第三章術(shù)語解釋（公路）作用（Action）施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力（直接作用，或荷載），或引起結(jié)構(gòu)變形的原因（間接作用）永久作用（Permanentaction）可變作用（Variableaction）偶然作用（Accidentalaction）作用代表值（Representativevalueofanaction）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，針對不同設(shè)計(jì)目的所采用的各種作用規(guī)定值，包括作用標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值和頻遇值。7/24/20232李亞東:橋梁工程概論第三章術(shù)語解釋（續(xù)）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（Designreferenceperiod）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)，考慮持久設(shè)計(jì)狀態(tài)下各項(xiàng)基本變量與時(shí)間關(guān)系所采用的基準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。100年作用標(biāo)準(zhǔn)值（Characteristicvalueofanaction）各種作用的基本代表值，其值可根據(jù)作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。作用準(zhǔn)永久值（Quasi-permanentvalueofanaction）一種可變作用代表值，作用概率分布的0.5分位值，用于正常使用極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)（經(jīng)常出現(xiàn)者）作用頻遇值（Frequentvalueofanaction）一種可變作用代表值，作用概率分布的0.95分位值，用于正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)（頻繁出現(xiàn)且量值較大者）7/24/20233李亞東:橋梁工程概論第三章作用代表值的取用永久作用－標(biāo)準(zhǔn)值可變作用－根據(jù)不同的極限狀態(tài)分別采用標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為其代表值。承載能力極限狀態(tài)－標(biāo)準(zhǔn)值按彈性階段計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度－標(biāo)準(zhǔn)值正常使用狀態(tài)按短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)－頻遇值頻遇值－標(biāo)準(zhǔn)值乘以頻遇值系數(shù)φ1正常使用狀態(tài)按長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)－準(zhǔn)永久值準(zhǔn)永久值－標(biāo)準(zhǔn)值乘以準(zhǔn)永久值系數(shù)φ2偶然作用－標(biāo)準(zhǔn)值7/24/20234李亞東:橋梁工程概論第三章第一節(jié)作用分類、代表值和作用效應(yīng)組合一、作用分類：7/24/20235李亞東:橋梁工程概論第三章術(shù)語解釋（續(xù)）作用效應(yīng)（Effectofanaction）結(jié)構(gòu)對所受作用的反應(yīng)，如彎矩、位移等（通過結(jié)構(gòu)分析得到）作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值（Designvalueofanactioneffect）作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與分項(xiàng)系數(shù)的乘積。分項(xiàng)系數(shù)（Partialsafetyfactor）為保證結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度而在設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用的系數(shù)，分為作用分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)。作用效應(yīng)組合（Combinationforactioneffects）結(jié)構(gòu)上幾種作用分別產(chǎn)生的效應(yīng)的隨機(jī)疊加作用效應(yīng)組合系數(shù)（Coefficientofcombinationforactioneffects）考慮幾個(gè)獨(dú)立可變作用效應(yīng)最不利值同時(shí)出現(xiàn)的概率較小而對作用采用的折減系數(shù)7/24/20236李亞東:橋梁工程概論第三章二、作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)組合－各種作用效應(yīng)的取舍以及它們同時(shí)作用的可能性組合原則－以橋梁在施工和運(yùn)營時(shí)可能處于最不利的受力狀態(tài)為原則

基本組合方式（公、鐵）：作用效應(yīng)基本組合，即僅考慮主力；作用效應(yīng)偶然組合，即主力與特殊荷載同時(shí)作用；作用短期效應(yīng)組合，即主力與附加力同時(shí)作用；作用長期效應(yīng)組合。即主力與附加力同時(shí)作用。7/24/20237李亞東:橋梁工程概論第三章術(shù)語解釋（續(xù)）作用效應(yīng)基本組合（Fundamentalcombinationforactioneffects）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合作用效應(yīng)偶然組合（Accidentalcombinationforactioneffects）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合作用短期效應(yīng)組合（Combinationforshort-termactioneffects）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合作用長期效應(yīng)組合（Combinationforlong-termactioneffects）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合7/24/20238李亞東:橋梁工程概論第三章公路橋涵結(jié)構(gòu)

按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的基本組合結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，1.1,1.0,0.9承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值第i個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)第i個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值汽車荷載效應(yīng)（含沖擊力、離心力）的分項(xiàng)系數(shù)汽車荷載效應(yīng)（含沖擊力、離心力）的標(biāo)準(zhǔn)值除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)除汽車荷載效應(yīng)、風(fēng)荷載外的其他第j個(gè)可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)除汽車荷載效應(yīng)外的其他第j個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值7/24/20239李亞東:橋梁工程概論第三章公路橋涵結(jié)構(gòu)

按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的短期組合第一項(xiàng)：作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值第二項(xiàng)：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值（不乘系數(shù)）第三項(xiàng)：可變作用效應(yīng)的頻遇值的組合第j個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)7/24/202310李亞東:橋梁工程概論第三章公路橋涵結(jié)構(gòu)

按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的長期組合第一項(xiàng)：作用長期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值第二項(xiàng)：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值（不乘系數(shù)）第三項(xiàng)：可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值的組合第j個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)7/24/202311李亞東:橋梁工程概論第三章其他可變荷載不同時(shí)組合表（公路）編號(hào)荷載名稱不與該荷載同時(shí)參與組合的荷載號(hào)15汽車制動(dòng)力流水壓力，冰壓力，支座摩阻力16流水壓力汽車制動(dòng)力，冰壓力17冰壓力汽車制動(dòng)力，流水壓力19支座摩阻力汽車制動(dòng)力7/24/202312李亞東:橋梁工程概論第三章第二節(jié)

永久作用作用于橋梁上部結(jié)構(gòu)的恒載－結(jié)構(gòu)的重力和附屬設(shè)備等外加重力；作用在橋梁下部結(jié)構(gòu)的恒載－由支座傳遞的上部結(jié)構(gòu)的重力、墩臺(tái)本身的重力、土壓力和水壓（?。┝Φ?。結(jié)構(gòu)重力＝結(jié)構(gòu)體積與材料容重（重力密度）的乘積土的重力及土側(cè)壓力計(jì)算涉及結(jié)構(gòu)型式、填料性質(zhì)、墩臺(tái)位移和地基變形，也與氣象、水文和外加荷載等因素有關(guān)水浮力指由地表水或地下水通過地基土壤的孔隙而傳遞給建筑物基礎(chǔ)底面的（由下而上的）水壓力；對位于碎石類土、砂類土、粘砂土等透水性地基上的墩臺(tái)，需在設(shè)計(jì)中考慮水浮力。對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，在檢算結(jié)構(gòu)的使用性能（如混凝土應(yīng)力）時(shí)，預(yù)加應(yīng)力當(dāng)視為恒載；在檢算結(jié)構(gòu)的承載能力（如抗彎強(qiáng)度）時(shí)，預(yù)加應(yīng)力不作為恒載，但把預(yù)應(yīng)力鋼筋視為結(jié)構(gòu)抗力的一部分，但在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)中，仍需考慮其次效應(yīng)。在外部超靜定的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土收縮、徐變影響力是長期存在并起作用的?；A(chǔ)變位一旦發(fā)生，其對結(jié)構(gòu)的影響也是長期的。7/24/202313李亞東:橋梁工程概論第三章第三節(jié)

可變作用一、車輛、人群活載（一）車輛活載

車輛荷載指橋梁承受的機(jī)動(dòng)交通活載。對鐵路橋，指列車活載；對公路橋，指汽車、掛車、履帶車等。車輛荷載的種類繁多，因此，需要對車輛荷載進(jìn)行調(diào)查分析和綜合概括，并按照安全、適用和經(jīng)濟(jì)的原則，確定出設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)活載。對于不包括沖擊效應(yīng)的車輛活載，可稱之為靜活載。7/24/202314李亞東:橋梁工程概論第三章鐵路中－活載我國鐵路活載標(biāo)準(zhǔn)的情況是：20年代開始自行制訂鐵路建筑標(biāo)準(zhǔn)，1938年公布中華活載標(biāo)準(zhǔn)，1951年制訂了中－Z活載標(biāo)準(zhǔn)，1975年對中－Z活載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，形成目前所用的中－活載標(biāo)準(zhǔn)。7/24/202315李亞東:橋梁工程概論第三章國際鐵路聯(lián)盟（UIC）活載圖式

考察我國目前實(shí)際運(yùn)行的列車及其發(fā)展趨勢，可以看出，1975年制訂的中－活載標(biāo)準(zhǔn)已不太適用。例如，蒸汽機(jī)車已停止生產(chǎn)，內(nèi)燃和電力機(jī)車得到廣泛應(yīng)用；貨車的重載軸重時(shí)常高于機(jī)車的軸重。根據(jù)這些情況可以認(rèn)為，我國新的列車活載標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與國際鐵路聯(lián)盟（UIC）制訂的活載標(biāo)準(zhǔn)較為一致。目前，荷載修訂工作仍在進(jìn)行之中。7/24/202316李亞東:橋梁工程概論第三章公路汽車荷載汽車荷載等級(jí)－公路－I級(jí)、公路II級(jí)汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成，兩者的作用不得疊加（取加載不利者）車道荷載：均布荷載＋集中荷載，用于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算加載：均布荷載滿布于同號(hào)影響線區(qū)域，集中荷載只作用在相應(yīng)影響線中的一個(gè)最大峰值處7/24/202317李亞東:橋梁工程概論第三章公路等級(jí)與汽車荷載等級(jí)的關(guān)系公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三級(jí)公路四級(jí)公路汽車荷載等級(jí)公路－I級(jí)公路－I級(jí)公路－II級(jí)公路－II級(jí)公路－II級(jí)7/24/202318李亞東:橋梁工程概論第三章橋涵設(shè)計(jì)車道數(shù)車道荷載的加載倍數(shù)由設(shè)計(jì)車道數(shù)決定行車道7/24/202319李亞東:橋梁工程概論第三章多車道汽車荷載的橫向折減設(shè)計(jì)車道數(shù)（條）橫向折減系數(shù)21.030.7840.6750.6060.5570.5280.507/24/202320李亞東:橋梁工程概論第三章鐵路中－活載的折減對鐵路橋梁的主要構(gòu)件：單線活載不考慮折減雙線活載取雙線標(biāo)準(zhǔn)活載之和的90%三線及三線以上者取各線標(biāo)準(zhǔn)活載之和的80%對僅承受局部活載的構(gòu)件則不考慮折減。7/24/202321李亞東:橋梁工程概論第三章大跨度橋梁上汽車荷載的縱向折減計(jì)算跨徑L0（m）縱向折減系數(shù)150＜L0＜4000.97400≤L0＜6000.96600≤L0＜8000.95800≤L0＜10000.94L0≥10000.93對多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，按最大計(jì)算跨徑進(jìn)行縱向折減7/24/202322李亞東:橋梁工程概論第三章車輛荷載的立面、平面尺寸7/24/202323李亞東:橋梁工程概論第三章車輛荷載的橫向布置車輛荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)等公路－I級(jí)和公路－II級(jí)汽車荷載采用相同的車輛荷載車道荷載橫向分布系數(shù)應(yīng)按設(shè)計(jì)車道數(shù)如圖布置車輛荷載進(jìn)行計(jì)算7/24/202324李亞東:橋梁工程概論第三章（二）沖擊力車輛活載以一定的速度在橋上行駛時(shí)，會(huì)使橋梁發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力作用。這種動(dòng)力作用會(huì)使橋梁的內(nèi)力和變形較靜活載作用時(shí)大。這種現(xiàn)象就稱之為沖擊作用。沖擊作用的大小采用沖擊力來加以衡量。沖擊力與結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)（剛度越小，對動(dòng)荷載的緩沖作用越強(qiáng)），目前根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及橋梁動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果提出基于結(jié)構(gòu)基頻的近似計(jì)算公式。在設(shè)計(jì)中，引入沖擊系數(shù)（1+）。當(dāng)豎向活載包括沖擊力時(shí)，系指將汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)（1+）7/24/202325李亞東:橋梁工程概論第三章的表達(dá)式鐵路橋梁：公路橋梁：當(dāng)f＜1.5Hz時(shí)，＝0.05當(dāng)1.5Hz≤f≤14Hz時(shí)，＝0.1767f－0.0157當(dāng)f＞14Hz時(shí)，＝0.45f為結(jié)構(gòu)基頻（Hz），按有限元分析或簡化公式計(jì)算7/24/202326李亞東:橋梁工程概論第三章（三）人群荷載鐵路橋梁明橋面4kN/m2。鐵路橋梁道碴橋面，距離梁中心2.45米以內(nèi)的人行道，取10kN/m2；距離梁中心2.45米以外的人行道，取4kN/m2。公路橋梁的人群荷載集度：3kN/m2（L0≤50m），2.5kN/m2（L0≥150m），其間線性內(nèi)插；城市郊區(qū)行人密集地區(qū)取上述值的1.15倍；專用人行橋取3.5kN/m2。人行道板還應(yīng)以4kN/m2（公）或1.5kN（鐵）的荷載進(jìn)行檢算，人群作用于欄桿上的水平推力按0.75kN/m考慮，作用于立柱和扶手的豎向力按1.0kN/m考慮。7/24/202327李亞東:橋梁工程概論第三章（四）離心力

離心力是指車輛行駛在曲線線路上時(shí)，因速率方向變化而引起的橫向水平力。離心力的大小等于車輛活載（不計(jì)沖擊力）乘以離心力系數(shù)C，C值按下式計(jì)算 （3-4）式中V——設(shè)計(jì)行車速度（km/h）；

R——曲線半徑（m）。離心力的著力點(diǎn)在橋面以上1.2m處（公路橋）或軌頂面上2m處（鐵路橋）。7/24/202328李亞東:橋梁工程概論第三章二、其他可變作用（一）風(fēng)荷載平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓

橫橋向風(fēng)荷載按下式計(jì)算

Fwh——橫橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN）

Wd——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)壓（kN/m2）k0——設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)k1——風(fēng)載阻力系數(shù)k3——地形、地理?xiàng)l件系數(shù)鐵路橋風(fēng)壓計(jì)算見教材7/24/202329李亞東:橋梁工程概論第三章（二）車輛制動(dòng)力或（列車）牽引力

車輛制動(dòng)力（或牽引力）是指車輛在剎車時(shí)（或啟動(dòng)時(shí)）為克服車輛的慣性力而在路面或軌道與車輪之間發(fā)生的滑動(dòng)摩擦力。制動(dòng)力或牽引力是墩臺(tái)設(shè)計(jì)的重要荷載，是作用在橋上的縱向水平力，但兩者的作用方向恰好相反。采用簡化辦法進(jìn)行計(jì)算。對鐵路橋梁，規(guī)定列車制動(dòng)力或牽引力按豎向靜活載的重力的10%計(jì)算，其作用點(diǎn)一般在軌頂以上2m處。公路橋梁中只考慮制動(dòng)力。一個(gè)設(shè)計(jì)車道上的制動(dòng)力為車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計(jì)算的總重力的10%，同向行駛雙車道：兩倍；同向行駛?cè)嚨溃?.34倍；同向行駛四車道：2.68倍。

7/24/202330李亞東:橋梁工程概論第三章（三）溫度影響力溫度影響力指因溫度的變化而引起的結(jié)構(gòu)變形和附加力溫度的變化：（年平均）氣溫變化和溫差。氣溫變化對靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的影響溫差對靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的影響氣溫變化的幅度，可按橋梁所在地區(qū)的氣溫條件（一般取當(dāng)?shù)刈罡吆妥畹驮缕骄鶜鉁兀┐_定；氣溫變化值，應(yīng)自結(jié)構(gòu)合龍時(shí)的溫度算起。各種材料的線膨脹系數(shù)，可按設(shè)計(jì)規(guī)范采用。7/24/202331李亞東:橋梁工程概論第三章（四）列車橫向搖擺力由于軌道不平等原因，列車在行進(jìn)中會(huì)發(fā)生左右搖擺，產(chǎn)生一種橫橋向的水平力。這種橫向搖擺力很難準(zhǔn)確計(jì)算，現(xiàn)規(guī)定其作用于軌頂面，數(shù)值為5.5kN/m。因橫向搖擺力的取值與豎向活載有一比例，故一般不再檢算空車荷載的橫向搖擺力。另外，橫向搖擺力應(yīng)與橫向風(fēng)力進(jìn)行比較，取其大者參與荷載組合。7/24/202332李亞東:橋梁工程概論第三章（五）流水壓力、冰壓力和支座摩阻力位于河流中的橋墩會(huì)受到流水壓力的作用

位于冰凌河流或水庫的橋梁墩臺(tái)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乇璧木唧w條件及墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，考慮冰荷載的作用。（公路橋梁）

支座上的摩阻力是因上部結(jié)構(gòu)由溫度等引起的變位而產(chǎn)生的，其作用方向與上部結(jié)構(gòu)的變位方向相反，作用點(diǎn)在支座處，計(jì)算公式為：7/24/202333李亞東:橋梁工程概論第三章第四節(jié)

偶然荷載偶然荷載－地震荷載、船只或漂流物（如排筏）的撞擊力以及施工荷載。