橋梁設(shè)計荷載課件

第一篇總論Introduction1概論2橋梁的基本組成和分類3橋梁總體規(guī)劃和設(shè)計要點(diǎn)4橋梁的設(shè)計荷載14-1規(guī)范中有關(guān)設(shè)計荷載的規(guī)定§4-1規(guī)范中有關(guān)設(shè)計荷載的規(guī)定作用Action

——施加于結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因。前者稱直接作用，也稱荷載，后者稱間接作用。分類：1）永久作用Permanentaction——在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不隨時間而變化，或其變化值與平均值比較可忽略不計的作用。

2）可變作用Variableaction——在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值比較不可忽略的作用。3）偶然作用Accidentalaction——在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。

2規(guī)范中有關(guān)設(shè)計荷載的規(guī)定編號作用分類作用名稱1永久作用結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）2預(yù)加應(yīng)力3土的重力4土側(cè)壓力5混凝土收縮及徐變作用6水的浮力7基礎(chǔ)變位作用8可變作用汽車荷載9汽車沖擊力10汽車離心力11汽車引起的土側(cè)壓力12人群荷載13汽車制動力14風(fēng)荷載15流水壓力16冰壓力17溫度（均勻溫度和梯度溫度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船只或漂流物撞擊作用21汽車撞擊作用作用分類3永久作用一、永久作用（恒載）包括：結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加應(yīng)力、土的重力、土側(cè)壓力、混凝土收縮及徐變作用、混凝土收縮及徐變作用和基礎(chǔ)變位作用等七種。結(jié)構(gòu)物自身重力及橋面鋪裝、附屬設(shè)施等外加重力均屬于結(jié)構(gòu)重力，它們可按照結(jié)構(gòu)物的實(shí)際體積或設(shè)計擬定的體積乘以材料的容重計算。4永久作用預(yù)加應(yīng)力在結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計和使用階段構(gòu)件應(yīng)力計算時，應(yīng)作為永久荷載來計算其主、次效應(yīng)，并計入相應(yīng)階段的預(yù)應(yīng)力損失；在結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，預(yù)加應(yīng)力不作為荷載，而將預(yù)應(yīng)力鋼筋作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分。但在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)中，仍需考慮預(yù)加力引起的次效應(yīng)。對于超靜定的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)等均應(yīng)考慮混凝土的收縮和徐變作用的影響，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件還涉及其預(yù)應(yīng)力損失問題。5可變作用二、可變作用（活載）（一）汽車荷載

汽車荷載分為公路-I級和公路-Ⅱ級。汽車荷載由車輛荷載和車道荷載組成。6汽車荷載1.車道荷載（整體計算）

車道荷載均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10.5kN/m集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值

注：

1.計算剪力效應(yīng)時，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值PK應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。

2.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)的同號影響線上；3.集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。3.公路-Ⅱ級車道荷載的標(biāo)準(zhǔn)值qk和PK按公路-Ⅰ級車道荷載的0.75倍采用。7汽車荷載2.車輛荷載（局部計算）車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目單位技術(shù)指標(biāo)車輛重力標(biāo)準(zhǔn)值kN550前軸重力標(biāo)準(zhǔn)值kN30中軸重力標(biāo)準(zhǔn)值kN2×120后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值kN2×140軸距m3+1.4+7+1.4輪距m1.8前輪著地寬度及長度m0.3×0.2中、后輪著地寬度及長度m0.6×0.2車輛外形尺寸(長×寬)m15×2.53.08汽車荷載3.車輛橫向布置9汽車荷載4.折減系數(shù)注：當(dāng)橫向布置車隊(duì)數(shù)大于2時，應(yīng)計入橫向折減，但折減后不得小于用兩行車隊(duì)計算的結(jié)果。注：當(dāng)橋梁計算跨徑大于150m時，應(yīng)考慮計算荷載效應(yīng)的縱向折減。10汽車沖擊力（二）汽車沖擊力1.產(chǎn)生原因：汽車高速駛過橋梁、橋面不平整、發(fā)動機(jī)震動等會引起橋梁結(jié)構(gòu)振動，從而造成內(nèi)力增大，這種動力效應(yīng)稱為沖擊作用。2.沖擊系數(shù)μ：汽車過橋時對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動力效應(yīng)的增大系數(shù)。3.需要計算的規(guī)定：鋼橋、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋、圬工拱橋等上部構(gòu)造和剛制作、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及鋼筋混凝土柱式墩臺，應(yīng)計算汽車沖擊作用。11汽車沖擊力4.計算：以結(jié)構(gòu)基頻為主要影響因素計算方法：

當(dāng)

f＜1.5Hz時，

μ＝0.05

當(dāng)1.5Hz＜f＜14Hz時，μ＝0.1767lnf

–0.0157

當(dāng)

f＞14Hz時，

μ＝0.45當(dāng)汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上時，μ＝0.3。橋梁結(jié)構(gòu)的基頻反映了結(jié)構(gòu)的尺寸、類型、建筑材料等動力特性內(nèi)容，它直接反映了沖擊系數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。不管橋梁的建筑材料、結(jié)構(gòu)類型是否有差別，也不管結(jié)構(gòu)尺寸與跨徑是否有差別，只要橋梁結(jié)構(gòu)的基頻相同，在同樣條件的汽車荷載下，就能得到基本相同的沖擊系數(shù)。12汽車沖擊力結(jié)構(gòu)基頻估算公式：

（1）簡支梁橋：13汽車沖擊力結(jié)構(gòu)基頻估算公式：

（2）連續(xù)梁橋：正彎矩效應(yīng)和剪力效應(yīng)負(fù)彎矩效應(yīng)14汽車荷載離心力（三）汽車荷載離心力1.產(chǎn)生原因：當(dāng)彎道橋梁的曲線半徑等于或小于250m時，需考慮車輛的離心力作用。2.計算：車輛荷載（不計沖擊力）標(biāo)準(zhǔn)值乘以離心力系數(shù)C。離心力系數(shù)按下式計算：離心力作用點(diǎn)：鐵路軌頂以上2m，公路橋面以上1.2m。15汽車荷載引起的土壓力（四）汽車荷載引起的土壓力1.產(chǎn)生原因：車輛荷載作用在橋臺臺背或路堤擋土墻上，將引起臺背填土或擋土墻后填土的破壞棱體對橋臺或擋土墻的土側(cè)壓力。2.計算：式中：γ——土的容重，以kN/m3計；

B——橋臺的計算寬度或擋土墻的計算長度，以m計；

l0——橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體長度，以m計；∑G——布置在B×l0面積內(nèi)的車輛車輪重力，以kN計。注：當(dāng)涉及多車道加載時，車輪總重力應(yīng)進(jìn)行橫向折減。16人群荷載（五）人群荷載1.取值：城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取上述規(guī)定值的1.15倍。專用人行橋梁，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4kN/m2。注：對跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu)，以最大計算跨徑為準(zhǔn)。17人群荷載2.加載方式①在橫向應(yīng)布置在人行道的凈寬度內(nèi)，在縱向施加于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的區(qū)段內(nèi)。②人行道板可以一塊板為單元，按標(biāo)準(zhǔn)值4.0kN/m2的均布荷載計算。③計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂上的水平推力標(biāo)準(zhǔn)值取0.75KN/m;作用在欄桿扶手上的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值取1.0kN/m。

18汽車荷載制動力（六）汽車荷載制動力和牽引力制動力：車輛減速或制動時為克服車輛的慣性力而在路面與車輛之間發(fā)生的滑動摩擦力。作用于橋跨結(jié)構(gòu)的方向與行車方向一致。牽引力：是車輛起動或加速時車輛與路面（或鋼軌）間作用的摩阻力。與行車方向相反。2.《規(guī)范》規(guī)定：一個設(shè)計車道時，按布置在加載長度上汽車重力的10%計算；

但公路-I級汽車荷載制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN；

公路-II級不得小于90kN。19汽車荷載制動力②多車道時要考慮橫向折減，同向行駛雙車道的汽車荷載制動力標(biāo)準(zhǔn)值為一個設(shè)計車道制動力標(biāo)準(zhǔn)值的2倍；同向行駛?cè)嚨罏橐粋€設(shè)計車道的2.34倍；同向行駛四車道為一個設(shè)計車道的2.68倍。③制動力的作用點(diǎn)在設(shè)計車道橋面以上1.2m處；

計算墩臺時，可移至支座中心（鉸或滾軸中心），或滑動支座、橡膠支座、擺動支座的底座面上；

計算剛構(gòu)橋、拱橋時，可移至橋面上，但不計因此而產(chǎn)生的豎向力和力矩。20風(fēng)荷載（七）風(fēng)荷載當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前運(yùn)動遇到結(jié)構(gòu)物阻礙時，結(jié)構(gòu)將承受風(fēng)壓。對于大跨徑橋梁，特別是斜拉橋和懸索橋，風(fēng)荷載是極為重要的設(shè)計荷載，有時甚至起著決定性的作用，即對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性起控制作用?！稑蛞?guī)》規(guī)定，取平坦空曠地區(qū)、離地面高10m、重現(xiàn)期為100年的10min的平均最大風(fēng)速計算基本風(fēng)壓強(qiáng)度。橫橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)壓值21流水壓力（八）流水壓力22溫度作用（九）溫度作用1.產(chǎn)生原因： 溫度變化將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和影響力，它的大小應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況、結(jié)構(gòu)物所使用的材料和施工條件等因素計算確定。 各種結(jié)構(gòu)的線膨脹系數(shù)見下表：23溫度作用2.溫度作用包括均勻溫度和梯度溫度兩種影響。均勻溫度——為常年氣溫變化（超靜定結(jié)構(gòu)）將導(dǎo)致全橋長度變化，當(dāng)這種變化受到約束時會引起溫度次內(nèi)力。

有效溫度標(biāo)準(zhǔn)值（缺乏實(shí)地溫度調(diào)查值時參照采用）氣溫分布鋼橋面板鋼橋混凝土橋面板鋼橋混凝土橋、石橋最高最低最高最低最高最低嚴(yán)寒地區(qū)46-4339-3234-23寒冷地區(qū)46-2139-1534-10溫?zé)岬貐^(qū)46-9（-3）39-6（-1）34-3（0）注：表中（）內(nèi)數(shù)值適用于昆明、南寧、廣州、福州地區(qū)。24溫度作用梯度溫度——因太陽輻射而來 （靜定、超靜定結(jié)構(gòu)）使結(jié)構(gòu)沿高度方向形成非線性的溫度變化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)截面產(chǎn)生自內(nèi)力，當(dāng)這種變化受到約束時也會產(chǎn)生次內(nèi)力。H-100(H<400mm)300(H>400mm)混凝土梁A=組合結(jié)構(gòu)A=300mm25支座摩阻力（十）支座摩阻力支座摩擦系數(shù)支座種類支座摩擦系數(shù)滾動支座或擺動支座0.05板式橡膠支座支座與混凝土面接觸0.30支座與鋼板接觸0.20聚四氟乙烯板與不銹鋼板接觸0.06(加硅脂；溫度低于-25℃時為0.078)0.12(不加硅脂；溫度低于-25℃時為0.156)式中:

W

——作用于活動支座上由上部結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)；

μ——支座摩擦系數(shù)，無實(shí)測數(shù)據(jù)時按下表取用。26偶然作用——地震作用三、偶然作用（一）地震作用

定義：指地震時強(qiáng)烈的地面運(yùn)動引起的結(jié)構(gòu)慣性力，它是隨機(jī)變化的動力荷載，其值的大小決定于地震強(qiáng)烈程度和結(jié)構(gòu)的動力特性（頻率與阻尼等）以及結(jié)構(gòu)或桿件的質(zhì)量。地震基本烈度與地震動峰值加速度系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系地震動峰值加速度系數(shù)＜0.05g0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g≥0.40g地震基本烈度＜ⅥⅥⅦⅦⅧⅧ≥Ⅸ設(shè)計要求簡易設(shè)防抗震設(shè)計專門的抗震研究和設(shè)計

抗震設(shè)防要求以地震時地面最大水平加速度的統(tǒng)計值——即地震動峰值加速度確定。27偶然作用——船只或漂流物撞擊（二）船只或漂流物撞擊力

船只或漂流物撞擊力在有可能的條件下，應(yīng)采用實(shí)測資料或模擬撞擊試驗(yàn)進(jìn)行計算，并籍此進(jìn)行防撞設(shè)施的設(shè)計。

內(nèi)河船舶撞擊作用標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)河航道等級船舶噸級DWT（t）橫橋向撞擊作用（kN）順橋向撞擊作用（kN）一300014001100二20001100900三1000800650四500550450五300400350六100250200七5015012528偶然作用——汽車撞擊（三）汽車撞擊作用

撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值在行駛方向取1000kN，與之垂直方向取為500kN，兩個方向的不同時考慮；作用于行車道上1.2m處，直接分布于撞擊涉及的構(gòu)件上。對于設(shè)有防撞設(shè)施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可視設(shè)施的防撞能力予以折減，但折減后不應(yīng)低于上述的1/6。

為防止或減少因撞擊產(chǎn)生的破壞，對易受到汽車撞擊的構(gòu)件的相關(guān)部位應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，并增設(shè)鋼筋或鋼筋網(wǎng)。294-2荷載組合§4-2荷載組合公路橋涵結(jié)構(gòu)采用以可靠度理論為基礎(chǔ)的概率的極限狀態(tài)設(shè)計法設(shè)計。兩種設(shè)計極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。三種情況：1）持久狀態(tài)：橋涵建成后承受自重、汽車荷載等持續(xù)時間很長的狀況。該狀況下的橋涵應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。2）短暫狀態(tài)：橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。該狀況下的橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，必要時才作正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。3）偶然狀態(tài)：在橋涵使用過程中可能偶然出現(xiàn)的狀況。該狀況下的橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計。30承載能力極限狀態(tài)一、承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計是以塑性理論為基礎(chǔ)，其設(shè)計原則即：荷載效應(yīng)最不利組合的設(shè)計值與重要性系數(shù)的乘積，必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計值。

31承載能力極限狀態(tài)（一）基本組合式中：

γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),橋涵的抗震設(shè)計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；

Sud

——作用效應(yīng)的組合設(shè)計值；R——構(gòu)件承載力設(shè)計值，它根據(jù)構(gòu)件的材料強(qiáng)度設(shè)計值和幾何參數(shù)設(shè)計值計算。橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)γ0

橋涵結(jié)構(gòu)特大橋、重要大橋大橋、中橋、重要小橋小橋、涵洞設(shè)計安全等級一級二級三級結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.11.00.9注：重要橋梁系指高速公路、一級公路、國防公路及城市附近交通繁忙公路上的橋梁32承載能力極限狀態(tài)橋涵結(jié)構(gòu)的重要性