桥梁设计荷载

1第三章桥梁设计作用2•桥毁录像•测试实验3•引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为截然不同的两类：•一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施加于结构上的，可用“荷载”这一术语来概括。•另一类不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构的国际上普遍地将所有引起结构反应的原因统称为“作用”4现行《桥规》将“作用”定义为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。5第一节作用的分类和代表值•结构作用的分类方法有多种：•1、按时间的变异性和出现的可能性，作用可以分为三类：•永久作用、可变作用和偶然作用。这种分类是结构上作用的基本分类。•永久作用是经常作用的其数值不随时间变化或变化微小的作用；•可变作用的数值是随时间变化的；•偶然作用的作用时间短暂，且发生的机率很小。6•2、按照空间位置的变异性，可以分为两类•1）固定作用：在结构空间位置上具有固定位置的作用，但其量值是随机的，如结构重力、固定的设备等。•2）自由作用：在结构空间一定范围内可以改变位置的作用，如汽车荷载、人群荷载等。•3、按照结构的反应，可以分为两类•1）静态作用：在结构上不产生加速度或产生的加速度可以忽略不计的作用，如结构自重等。•2）动态作用：在结构上产生不可忽略的加速度的作用，如汽车荷载、地震作用等。7作用分类作用名称1234567永久作用结构重力（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89101112131415161718可变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温度（均匀温度和梯度温度）作用支座摩阻力192021偶然作用地震作用船舶或漂流物的撞击作用汽车撞击作用8《桥规》对桥梁设计作用的相关术语描述如下：作用代表值：结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，它包括作用标准值、准永久值和频遇值等。作用标准值：作用的标准值是结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值，它是结构设计的主要参数。反映了作用在设计基准期内（公路桥涵结构的设计基准期为100年）随时间的变异，并按其在设计基准期内的最大概率分布的某一分位值确定。作用频遇值：结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。作用准永久值：结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合设计时，采用的另一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.5（或略高于0.5）分位值确定。作用效应：结构对所受作用的反应，如由作用产生的结构或构件的轴力、弯矩、扭矩、位移、应力、裂缝等。9第二节永久作用•永久作用是在结构使用期间，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。•永久作用采用标准值作为代表值。永久作用的标准值，对结构重力（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。10永久作用主要有以下内容：•一、结构重力•二、预加力•三、混凝土收缩及徐变作用•四、其它永久作用•作用于墩台上的土的重力、土侧压力以及水浮力对水中结构部分的作用；基础变位影响力等。11第三节可变作用•可变作用是在结构使用期间，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。•可变作用应根据不同的极限状态分别采用取标准值、频遇值和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。12可变作用种类•一、汽车荷载车辆荷载车道荷载=140KN=22.5KN/m=37.5KN/mMQ图1-4-6城—A级车道荷载13•横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力的计算应采用车辆荷载。•主梁、主拱和主桁架等的计算应采用车道荷载。•进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道荷载的作用叠加。14公路汽车荷载•公路汽车荷载等级公路－Ⅰ级汽车荷载公路－Ⅱ级汽车荷载•公路荷载•城市道路荷载公路－Ⅰ级、Ⅱ级车辆荷载：标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重550kN1617•车道荷载应按均布荷载加一个集中荷载计算。公路－Ⅰ级、Ⅱ级车道荷载：KqPK18公路－Ⅰ级均布荷载标准值qk=10.5kN/m•跨径5m集中荷载Pk=180kN；•跨径50m集中荷载Pk=360kN5~50之间内插公路－Ⅱ级按公路公路－Ⅰ级的0.75倍19•车辆的布置——按桥梁宽度确定车道数20•车辆荷载的折减横向折减系数横向布置车队数345678横向折减系数0.780.670.600.550.520.5021城市道路汽车荷载•城市汽车荷载等级城－Ａ级汽车荷载城－Ｂ级汽车荷载•汽车荷载：车辆荷载车道荷载城－Ａ级车辆荷载：标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重700kN3.6m6.0m7.2m18.0m3.0m车轴编号12345轴重（KN）轮重（KN）总重（700KN）60301407020010016080140701.2m0.6m1.8m0.25m0.25m0.6m0.6m0.6m图1-4-4城A—级标准车辆纵、平面布置城－Ｂ级车辆荷载：标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300kN车轴编号123轴重（KN）轮重（KN）总重（300KN）603012060120601.2m0.6m1.8m0.25m0.6m0.6m图1-4-5城—B级标准车辆纵、平面布置3.6m4.8m0.25m0.25m24•城－Ａ级车道荷载和城－Ｂ级车道荷载应按均布荷载加一个集中荷载计算。•均布荷载和集中荷载的标准值应按桥梁的跨径确定。•跨径2-２０m城－Ａ级计算弯矩，车道荷载的均布荷载标准值qM=22.5kN/m；计算剪力，均布荷载标准值qQ=37.5kN/m集中荷载P=140kN城－Ａ、B级车道荷载25城－B级计算弯矩，车道荷载的均布荷载标准值qM=19.0kN/m；计算剪力，均布荷载标准值qQ=25.0kN/m集中荷载P=130kN26•城－Ａ级车道荷载•城－B级车道荷载=140KN=22.5KN/m=37.5KN/mMQ图1-4-6城—A级车道荷载=130KN=19.0KN/m=25.0KN/mMQ图1-4-7城—B级车道荷载27•跨径２０m-150m城－Ａ级计算弯矩，qM=10.0kN/m计算剪力，qQ=15.0kN/m集中荷载P=300kN车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数。计算剪力乘增长系数1.25。28城－B级计算弯矩，qM=9.5kN/m计算剪力，qQ=11.0kN/m集中荷载P=160kN车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数。计算剪力乘增长系数1.30。29•城－Ａ级车道荷载•城－B级车道荷载图1-4-8城—A级车道荷载=300KN=10.0KN/m=15.0KN/mMQ图1-4-9城—B级车道荷载=160KN=9.5KN/m=11.0KN/mMQ30车道荷载的横向布置：每车道为3m宽均布或等效荷载车轮集中力形式布置横向轮距同公路桥梁设计车道数目与行车道总宽度，车道数的横向折减：按《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77－98）的有关规定执行。31•二、汽车冲击力冲击作用：车辆以较高速度驶过桥梁时，由于桥面不平整、车轮不圆、发动机抖动等原因，使桥梁结构引起振动。冲击系数：1+µHzf5.105.0HzfHz145.10157.0ln1767.0fHzf1445.0f—结构(自振频率)基频（Hz）32三、汽车离心力•离心力是一种伴随着车辆在弯道行驶时所产生的惯性力，其以水平力的形式作用于桥梁结构，是弯桥横向受力与抗扭设计计算所考虑的主要因素。•弯道桥的曲线半径等于或小于250m时，应计算汽车荷载引起的离心力。•离心力标准值为车辆荷载标准值乘以离心力系数C计算。RVC127233四、汽车引起的土侧压力•汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载，并按下列规定计算：•车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力，可按下式换算成等代均布土层厚度h（m）计算：0BlGh34•六、汽车制动力制动力：汽车在桥上刹车时，为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力。一个车道上的制动力标准值按规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10％计算，但公路－Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN；公路－Ⅱ级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN。多车道的长桥要按跨度和车道数折减。制动力的着力点在桥面以上1.2m处，计算墩台时，可移至支座铰中心或支座底座面上。35六、人群荷载•计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为•计算跨径大于50m，人群荷载标准值为•计算跨径在50m～150m之间时，可由线性内插•城市郊区行人密集地区一般为上述规定值的1.15倍•专用人行桥梁，人群荷载标准值为23mkN22.5kNm23.5kNm36七、风荷载•风对结构作用的计算有三个不同的方面：对于顺风向的平均风压，采用静力计算方法；•对于顺风向(或横风向)的脉动风，则应按随机振动理论计算；•对于横风向的周期性风力，产生横风向振动，偏心时还产生扭转振动，通常作为确定荷载对结构进行动力计算。37八、温度（均匀温度和梯度温度）作用•均匀温度作用：温度变化导致梁体纵向均匀地位移，当结构的位移受到约束时会引起温度次内力。计算均匀温度作用引起外加变形时，应从结构受到约束（架梁或结构合龙）时的结构温度作为起点，计算结构最高和最低有效温度的作用效应。•梯度温度作用：太阳辐照作用下，使梁体沿高度方向形成非线性的温度梯度，导致结构产生次应力381）在进行结构承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时，应根据当地具体情况、结构物使用的材料和施工条件等因素考虑由温度作用而引起的结构效应。各种结构构的线膨胀系数规定于表1-3-7。线膨胀系数结构种类线膨胀系数（以摄氏度计）钢结构混凝土和钢筋混凝土及预应力混凝土结构混凝土预制块砌体石砌体0.0000120.0000100.0000090.000008表1-3-7392）计算桥梁结构因均匀温差作用引起外加变形或约束变形时，应从结构受到约束时的平均温度开始，考虑最高温度和最低温度的作用效应。如缺乏实际调查资料，公路混凝土结构和钢结构的最高和最低有效温度标准值可按表1-3-8取用。公路桥梁结构的有效温度标准值（℃）注：气候分区按下列规定：严寒地区，最冷月平均温度低于-10℃；寒冷地区，最冷月平均温度低于0℃～10℃；温热地区，最冷月平均温度高于0℃。气候分区中温热地区包括温和地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区。气候分区钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土、石桥最高最低最高最低最高最低严寒地区46-5339-3935-29寒冷地区48-3041-2238-15温热地区48-2342-1738-11表1-3-8403）计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，可采用图1-3-4所示的竖向梯温度曲线，其桥面板表面的最高规定于表1-3-9。对混凝土结构，当梁高H小于400mm时，图中A=H-100（mm）；梁高H不小于400mm时，A=300mm.•混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。•竖向日照温差计算的温度基数•T1(℃)T2（℃）混凝土铺装256.750mm沥青混凝土铺装层206.7100mm沥青混凝土铺装层145.5100mmAT1T2上部结构高度H图1-3-4竖向梯度温度表1-3-941•九、支座摩阻力、流水压力及冰压力•上部结构有相对于支座运动动的趋势，支座对梁体产生一个