桥梁的设计作用(荷载)课件

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1、桥梁的设计作用(荷载),3-1 规范中有关设计作用的规定 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 永久作用、可变作用、偶然作用,作用：施加在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。前者称为直接作用，亦称荷载，后者称为间接作用。,一、永久作用 在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化与平均值比较可忽略不计的作用。 结构重力（包括结构附加重力）、预加力、 土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、 水的浮力、基础变位作用。,（一）结构自重其标准值按照重力密度计算,（二）预应力在正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久作用计算其主效应（内力

2、）和次效应（内力），并计入相应阶段的预应力损失，但不计由于预加力偏心距增大引起的附加效应。在结构进行承载能力极限状态设计时，预加力不作为作用，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（内力）。,二、可变作用 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。汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载；汽车制动力、风荷载、流水压力、冰压力、支座摩阻力、温度（均匀温度和梯度温度）作用。,（一）、车辆荷载 1、汽车荷载1）汽车荷载可划分为车道荷载和车辆荷载。 2）桥梁的主梁、主拱和主桁架等的计算采用车道荷载。3

3、）桥梁结构的局部加载（横隔梁、行车道板）、涵洞、 桥台或挡土墙后的土压力计算应采用车辆荷载。4）车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。,1）城市桥梁汽车荷载等级采用城A级汽车荷载和城B级汽车荷载两个等级。 、城市桥梁车道荷载 、城市桥梁车辆荷载,城-A级标准车辆纵、平面布置 单位：米,顺桥向 平面布置,城-B级标准车辆纵、平面布置 单位：米,横向布置（单位：米）,2）公路桥梁汽车荷载等级分为公路级和公路级 两个等级。 、公路桥梁车道荷载：,、公路桥梁车辆荷载,公路汽车荷载标准车辆纵、平面布置 单位：米,横向布置（单位：米）,、车轮的着地长度和宽度 前轴： 后轴： 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级规定

4、,注：二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵设计可采用公路级。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计采用的公路级车道荷载效应可乘以0.8的折减系数；车辆荷载效应可乘以0.7的折减系数。,3）等代荷载为了设计计算时（手算）的方便，用效果相同的均布荷载代替车辆荷载，这个均布荷载就称为对应车辆荷载的等代荷载。 4）横向、纵向折减系数 横向折减系数,纵向折减系数,当桥涵设计车道2时，进行折减，但折减后的效应不得小于两车道的荷载效应。,2.车辆荷载的影响力 汽车荷载的冲击力 （1）汽车的冲击系数汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。冲击作用有车体的振动和桥跨结构自身的变形和振动。 （2）计算方

5、法:一般用静力学的方法。即将车辆荷载作用的动力影响用车辆的重力乘以冲击系数来表达。 （3）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钢支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。,（1）计算公式 城市桥梁车道荷载的冲击系数,车辆荷载的冲击系数,注：1、对于简支的主梁、主桁、拱桥的拱圈等主要构件，为计算跨径的长度；2、对于悬臂梁、连续梁、刚构、桥面系构件、墩台以及仅受局部荷载的构件等， 为相应内力影响的荷载长度（各荷载区段长度之和）；,公路桥梁,式中： 结构基频（宜采用有限元方法计算） 汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。 简支梁桥估算公式

6、：,涵洞及重力式墩台当填料厚度（包括路面）50cm时，可不计冲击作用。,汽车荷载的制动力 1）、城市桥梁汽车荷载的制动力的一般规定 、1条设计车道的制动力按下列要求取值：,、 2条或2条以上设计车道的制动力，应以2条车道为准，其制动力不折减,、 同向行驶双车道的制动力，其制动力乘2倍。同向行驶三车道的制动力，其制动力乘2.34倍。同向行驶四车道的制动力，其制动力乘2.68倍。 、制动力的方向就是行车方向，作用点在桥面以上1.2m处。计算墩台时可移至支座中心（铰、滚轴）或支座的底 座面上（滑动、橡胶、摆动）；计算刚构桥、拱桥时，可 移至桥面上，但不计因此产生的力矩。 、各种支座传递的制动力见桥规

7、。,2）、公路桥梁汽车荷载的制动力的一般规定 、1条设计车道的制动力按下列要求取值：,离心力 (1)曲线桥当R250m时，考虑离心力。(2)作用点在桥面以上1.2m，或移至桥面上，但不计因此产生的力矩。 (3)多车道折减。(4)计算公式,式中：V 计算行车速度(km/h)，根据公路 的等级采用； R 曲线半径(m)； P 车辆荷载的轴重(kN)。,车辆荷载引起的土侧压力,车辆荷载在台后引起的土侧压力，可将作用在台后破坏棱体上的车轮总重换算成等代土层的厚度，按土力学方法计算。,式中：L0桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度 B桥台横向全宽或挡土墙分段长度，H挡土墙高度，对墙顶以上有填土的挡土墙，为两

8、倍墙顶填土高度加墙高。,(二)人群荷载1、城市桥梁人群荷载的一般规定： 1）人行道板（局部构件）的人群荷载按5kPa的均布荷载或1.5kN的竖向集中力分别计算，并作用在一个构件上，取其不利者。 2）梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载 。按下列公式计算且不得小于2.4kPa,式中： 单位面积上的人群荷载（kPa）加载长度单边人行道宽度（m）；在专用非机动车桥上宜取1/2桥宽，当1/2桥宽大于4m时按4m计。,3）专用人行桥梁的梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载 。按下列公式计算且不得小于2.4kPa,式中： 单位面积上的人群荷载（kPa）加载长度半桥宽，当半桥宽大于4m时按4m计,2、公路桥

9、梁人群荷载的一般规定： 1）设有人行道的桥梁计算汽车荷载时，应同时计算人行道上的人群荷载。,2）荷载标准值,跨径不等的连续结构，采用最大跨径的人群荷载标准值。 3）城镇郊区人行密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述标准值的1.15倍。 4）专用人行桥梁，人群荷载标准值3.5kN/m2 5）人群荷载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。 6）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。 7）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。,（三）其它荷载 风荷载

10、 横向风力 横向风力等于横向风压乘以迎风面积,横向风压：式中：Wd 设计基准风压值（kN/m2）；k0 、k1 、k3为修正系数。,纵向风力桥梁顺桥向可不计桥面系及上承式梁所受的风荷载，下承式桁架顺桥向风荷载标准值按其横向风压的40%乘以桁架迎风面积。桥墩上的纵向风荷载标准值，可按横向风压的70%乘以桥墩迎风面积计算。桥台的纵横向风荷载不计。悬索桥、斜拉桥桥塔上的顺桥向风荷载标准值可按照横桥向风压乘以迎风面积计算。桥上车辆的纵横向风力不计。,支座摩阻力,式中：V 作用于活动支座的竖向反力； 支座的摩擦系数。,温度影响力在以后对应章节中介绍。,偶然作用 地震力船只或漂流物撞击力 施工作用 机具、

11、人群、材料构件吊装应考虑1.2或0.85的动荷系数。,3-2 荷载组合,一、进行荷载组合的原因上述各种荷载有的是恒久存在的，有的是经常出现的，有的是偶尔出现的，有的只在特殊情况下才发生的，这些荷载并非同时作用在桥梁上。因此，在桥梁设计时，应根据荷载同时作用的可能性进行组合。只能将有可能同时作用在桥梁上的荷载组合在一起，根据具体情况规范给予了规定。,二、作用代表值 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作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

12、设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。 3、偶然作用取其标准值作为代表值。,三、作用代表值和设计值的规定 l、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的重力密度计算确定。 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、偶然作用应根据调查、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、荷载组合公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同

13、时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计： 1、只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。 2、当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，按表4.1.5规定不考虑其作用效应的组合。,3、施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支架时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一

14、个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。,4、多个偶然作用不同时参与组合。 5、公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合： （1）基本组合。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：,（2）偶然组合。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现行公路工程抗震设计规范规定采用。,1.2X恒荷载+1.4X汽车荷载 1.2X恒荷载+1.4X汽车荷载+0.8X1.4X人群荷载 1.2X恒荷载+1.4X

15、汽车荷载+0.7X（1.4X人群荷载+1.1X风荷载） 1.2X恒荷载+1.4X汽车荷载+0.6X（1.4X人群荷载+1.1X风荷载+1.4X土压力） 1.2X恒荷载+1.4X汽车荷载+0.5X（1.4X人群荷载+1.1X风荷载+1.4X土压力+1.4X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,6、公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求， 采用以下两种作用效应组合：（1）作用短期效应组合。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：,汽车荷载（不计冲击力）,人群荷载,风荷载,温度梯度,其他作用,（2）作用长期效应组合。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：,汽车荷载（不计冲击力）,人群荷载,风荷载,温度梯度,其他作用,