1-4橋梁設計荷載

1、第一篇 總論 Introduction 1 概論 2 橋梁的基本組成和分類 3 橋梁總體規(guī)劃和設計要點 4 橋梁的設計荷載 4-1規(guī)范中有關設計荷載的規(guī)定 4-1 規(guī)范中有關設計荷載的規(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：分類： 1 1）永久作用）永久作用 Permanent action Permanent action在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值不在結(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。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

2、2）可變作用）可變作用 Variable action Variable action在結(jié)構(gòu)使用期間，其量值隨時在結(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。間變化，且其變化值與平均值比較不可忽略的作用。 3 3）偶然作用）偶然作用 Accidental action Accidental action在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率在結(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。很小，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。 規(guī)范中有關設計荷載的規(guī)定 作作 用 用 分 分 類 類 永久作用 一、永久作用（恒載）一、永久作用（恒載） 包括：包括：結(jié)構(gòu)

3、重力、預加應力、土的重力、土側(cè)壓力、混凝土結(jié)構(gòu)重力、預加應力、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變位作用等收縮及徐變作用、混凝土收縮及徐變作用和基礎變位作用等 七種。七種。 結(jié)構(gòu)物自身重力及橋面鋪裝、附屬設施等外加重力結(jié)構(gòu)物自身重力及橋面鋪裝、附屬設施等外加重力均屬于結(jié)均屬于結(jié) 構(gòu)重力，它們可按照結(jié)構(gòu)物的實際體積或設計擬定的構(gòu)重力，它們可按照結(jié)構(gòu)物的實際體積或設計擬定的體積乘體積乘 以材料的容重以材料的容重計算。計算。 永久作用 預加應力預加應力在結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設計和使用階段構(gòu)件應力在結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設計和使用階段構(gòu)件應力 計算時，應作為永久荷載來

4、計算其主、次效應，并計入相應計算時，應作為永久荷載來計算其主、次效應，并計入相應 階段的預應力損失；在結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設計時，預加階段的預應力損失；在結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設計時，預加 應力不作為荷載，而將預應力鋼筋作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分。應力不作為荷載，而將預應力鋼筋作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分。 但在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)中，仍需考慮預加力引起的次效應。但在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)中，仍需考慮預加力引起的次效應。 對于對于超靜定的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)超靜定的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)等均應考慮等均應考慮 混凝土的收縮和徐變作用的影響，預應力構(gòu)件還涉及其預應混凝土的收縮和徐變作用的影響，預應力構(gòu)件還

5、涉及其預應 力損失問題。力損失問題。 可變作用 二、可變作用（活載） （一）汽車荷載（一）汽車荷載 v 汽車荷載分為汽車荷載分為公路公路-I級級和和公路公路-級級。 v 汽車荷載由汽車荷載由車輛荷載車輛荷載和和車道荷載車道荷載組成。組成。 汽車荷載 1.1.車道荷載車道荷載（整體計算）（整體計算） 車道車道 荷載荷載 均布荷載標準值均布荷載標準值 q qk k=10.5kN/m=10.5kN/m 集中荷載標準值集中荷載標準值 lm PkN k 550 180 360 注：注： 1.1.計算計算剪力效應剪力效應時，集中荷載標準值時，集中荷載標準值P PK K應應 乘以乘以1.21.2的系數(shù)。的系

6、數(shù)。 2.2.均布荷載標準值均布荷載標準值應滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 最不利效應的同號影響線上；最不利效應的同號影響線上； 3. 3.集中荷載標準值集中荷載標準值只作用于相應影響線只作用于相應影響線 中一個最大影響線峰值處。中一個最大影響線峰值處。 3 3. .公路公路-級車道荷載的標準值級車道荷載的標準值q qk k 和和P PK K按按 公路公路-級車道荷載的級車道荷載的0.750.75倍采用。倍采用。 汽車荷載 2.2.車輛荷載車輛荷載 （局部計算）（局部計算） 73 1.4 30 120 120 1.4 140 140 (a) 立面布置車輛荷載主要技術(shù)指標 車輛荷載主要技術(shù)指

7、標 2.5 7 . 0 1 5 . 0 1.8 1 . 44 . 01 . 4 b ) 平 面 尺 寸 3.0 汽車荷載 3.3.車輛橫向布置車輛橫向布置 0 . 6 1 . 31 . 8 2 . 5 單 位 ： m 1 . 8 0 . 5 2 . 5 汽車荷載 4.4.折減系數(shù)折減系數(shù) 注：注：當橫向布置車隊數(shù)大于當橫向布置車隊數(shù)大于2 2時，應計入橫向折減，但折減后不得小于時，應計入橫向折減，但折減后不得小于 用兩行車隊計算的結(jié)果。用兩行車隊計算的結(jié)果。 注：注：當橋梁計算跨徑大于當橋梁計算跨徑大于150m150m時，應考慮計算荷載效應的縱向折減。時，應考慮計算荷載效應的縱向折減。 汽車沖

8、擊力 （二）汽車沖擊力 1.產(chǎn)生原因： v 汽車高速駛過橋梁、橋面不平整、發(fā)動機震動等會引起橋梁 結(jié)構(gòu)振動，從而造成內(nèi)力增大，這種動力效應稱為沖擊作用。 2.沖擊系數(shù)： v 汽車過橋時對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動力效應的增大系數(shù)。 3.需要計算的規(guī)定： v 鋼橋、鋼筋混凝土及預應力混凝土橋、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，應計算汽車沖擊作用。 汽車沖擊力 4.計算： v 以結(jié)構(gòu)基頻為主要影響因素 v 計算方法： 當 f1.5Hz時， 0.05 當1.5Hzf14Hz時， 0.1767lnf 0.0157 當 f14Hz時， 0.45 當汽車荷載的局部加

9、載及在T梁、箱梁懸臂板上時，0.3。 橋梁結(jié)構(gòu)的基頻反映了結(jié)構(gòu)的尺寸、類型、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)之間的關系。不管橋沖擊系數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)之間的關系。不管橋 梁的建筑材料、結(jié)構(gòu)類型是否有差別，也梁的建筑材料、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)。載下，就能得到基本相同的沖擊系數(shù)。 汽車沖擊力 v 結(jié)構(gòu)基頻估算公式： （1）簡

10、支梁橋： 汽車沖擊力 v 結(jié)構(gòu)基頻估算公式： （2）連續(xù)梁橋： 正彎矩效應和剪力效應正彎矩效應和剪力效應 負彎矩效應負彎矩效應 汽車荷載離心力 （三）汽車荷載離心力 1.產(chǎn)生原因： v 當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： v 車輛荷載（不計沖擊力）標準值乘以離心力系數(shù)C。離心力 系數(shù)按下式計算： 離心力作用點：鐵路軌頂以上2m，公路橋面以上1.2m。 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： v 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：式中：

11、 土的容重，以土的容重，以kN/mkN/m3 3計；計； B B 橋臺的計算寬度或擋土墻的計算長度，以橋臺的計算寬度或擋土墻的計算長度，以m m計計 ； l l0 0 橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體長度，以橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體長度，以m m計計 ； G G 布置在布置在B Bl l0 0面積內(nèi)的車輛車輪重力，以面積內(nèi)的車輛車輪重力，以kNkN計。計。 注：當涉及多車道加載時，車輪總重力應進行注：當涉及多車道加載時，車輪總重力應進行橫向橫向折減。折減。 l G N p d 支 撐 梁 H0 Hh N a Ec c H 2 TE 1 p 21 0 (p ) 2 (p ) 1 人群荷載 （五）

12、人群荷載 1.取值： v 城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標準值取上述 規(guī)定值的1.15倍。 v 專用人行橋梁，人群荷載標準值為4kN/m2。 lm pkN/m 人 50150 3.0 2.5 2 注：注： 對跨徑不等的連續(xù)對跨徑不等的連續(xù) 結(jié)構(gòu)，以最大計算結(jié)構(gòu)，以最大計算 跨徑為準。跨徑為準。 人群荷載 2.加載方式 在橫向應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 不利荷載效應的區(qū)段內(nèi)。 人行道板可以一塊板為單元，按標準值4.0kN/m2的均布荷載計算。 計算人行道欄桿時，作用在欄桿立柱頂上的水平推力標準值取 0.75KN/m; 作用在欄桿扶手上的豎向力標準值取1.0kN/

13、m。 汽車荷載制動力 （六）汽車荷載制動力和牽引力 v 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。 v 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： 一個設計車道時，按布置在一個設計車道時，按布置在加載長度上汽車重力的加載長度上汽車重力的 10%10%計算計算； 但公路但公路- -I I級汽車荷載制動力標準值不得小于級汽車荷載制動力標準值不得小于 165kN165kN； 公路公路- -IIII級不得小于級不得小于90kN90kN。 汽車荷載制動力 多車道時要考慮橫向折

14、減多車道時要考慮橫向折減，同向行駛雙車道的汽，同向行駛雙車道的汽 車荷載制動力標準值為一個設計車道制動力標準值車荷載制動力標準值為一個設計車道制動力標準值 的的2 2倍倍；同向行駛?cè)嚨罏橐粋€設計車道的；同向行駛?cè)嚨罏橐粋€設計車道的2.342.34倍倍 ；同向行駛四車道為一個設計車道的；同向行駛四車道為一個設計車道的2.682.68倍倍。 制動力的作用點在制動力的作用點在設計車道橋面以上設計車道橋面以上1.2m1.2m處處； 計算計算墩臺墩臺時，可移至支座中心（鉸或滾軸中心）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；，或滑動支座、橡膠支座、擺動支座的底座

15、面上； 計算計算剛構(gòu)橋、拱橋剛構(gòu)橋、拱橋時，可移至橋面上，但不計因時，可移至橋面上，但不計因 此而產(chǎn)生的豎向力和力矩。此而產(chǎn)生的豎向力和力矩。 風荷載 （七）風荷載 當風以一定的速度向前運動遇到結(jié)構(gòu)物阻礙當風以一定的速度向前運動遇到結(jié)構(gòu)物阻礙 時，結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)將將承受風壓。承受風壓。 對于大跨徑橋梁對于大跨徑橋梁，特別是斜拉橋和懸索橋，特別是斜拉橋和懸索橋， 風荷載是極為重要的設計荷載，有時甚至起風荷載是極為重要的設計荷載，有時甚至起 著決定性的作用，即對結(jié)構(gòu)的強度、剛度和著決定性的作用，即對結(jié)構(gòu)的強度、剛度和 穩(wěn)定性起控制作用。穩(wěn)定性起控制作用。 橋規(guī)規(guī)定，取平坦空 曠地區(qū)、離地面高10m、

16、 重現(xiàn)期為100年的10min 的平均最大風速計算基 本風壓強度。 橫橋向風荷載標準值 設計基準風壓值 流水壓力 （八）流水壓力 溫度作用 （九）溫度作用 1.1.產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 溫度變化將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和影響力，它的大小應根據(jù)當?shù)氐木邷囟茸兓瘜⑹菇Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和影響力，它的大小應根據(jù)當?shù)氐木?體情況、結(jié)構(gòu)物所使用的材料和施工條件等因素計算確定。體情況、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)的各種結(jié)構(gòu)的線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)見下表：見下表： 溫度作用 2.2.溫度作用包括溫度作用包括均勻溫度均勻溫度和和梯度溫度梯度溫度兩種影響。兩種影響。 v均勻溫度均勻溫度為常年氣溫變化（超

17、靜定結(jié)構(gòu)）為常年氣溫變化（超靜定結(jié)構(gòu)） 將導致全橋長度變化，當這種變化受到約束時會引起將導致全橋長度變化，當這種變化受到約束時會引起 溫度次內(nèi)力溫度次內(nèi)力。 有效溫度標準值有效溫度標準值（缺乏實地溫度調(diào)查值時參照采用）（缺乏實地溫度調(diào)查值時參照采用） 注：表中（）內(nèi)數(shù)值適用于昆明、南寧、廣州、福州地區(qū)。注：表中（）內(nèi)數(shù)值適用于昆明、南寧、廣州、福州地區(qū)。 溫度作用 v梯度溫度梯度溫度因太陽輻射而來因太陽輻射而來 （靜定、超靜定結(jié)構(gòu)）（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使結(jié)構(gòu)沿高度方向形成非線性的溫 度變化，導致結(jié)構(gòu)截面產(chǎn)生自內(nèi)力，度變化，導致結(jié)構(gòu)截面產(chǎn)生自內(nèi)力， 當這種變化受到

18、約束時也會產(chǎn)生次當這種變化受到約束時也會產(chǎn)生次 內(nèi)力。內(nèi)力。 H-100 (H400mm) 混凝土梁混凝土梁A= 組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)A= 300 mm 支座摩阻力 （十）支座摩阻力 支支 座座 摩摩 擦擦 系系 數(shù)數(shù) FW 式中式中: : W W 作用于活動支座上由上部結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應；作用于活動支座上由上部結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應； 支座摩擦系數(shù)，無實測數(shù)據(jù)時按下表取用。支座摩擦系數(shù)，無實測數(shù)據(jù)時按下表取用。 偶然作用地震作用 三、偶然作用 （一）地震作用（一）地震作用 定義：指地震時強烈的地面運動引定義：指地震時強烈的地面運動引 起的結(jié)構(gòu)慣性力，它是隨機變化的起的結(jié)構(gòu)慣性力，它是隨機變化的 動力

19、荷載，其值的大小決定于地震動力荷載，其值的大小決定于地震 強烈程度和結(jié)構(gòu)的動力特性（頻率強烈程度和結(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。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)的對應關系地震基本烈度與地震動峰值加速度系數(shù)的對應關系 抗震設防要求以地震時地面最大水平加速度的統(tǒng)計值抗震設防要求以地震時地面最大水平加速度的統(tǒng)計值即地震即地震 動峰值加速度確定。動峰值加速度確定。 偶然作用船只或漂流物撞擊 （二）（二）船只或漂流物撞擊力船只或漂流物撞擊力 船只或漂流物撞擊力在船只或漂流物撞擊力在 有可能的條件下，應采用實有可能的條件下，應采用實 測資料或模擬

20、撞擊試驗進行測資料或模擬撞擊試驗進行 計算，并籍此進行防撞設施計算，并籍此進行防撞設施 的設計。的設計。 內(nèi)河船舶撞擊作用標準值內(nèi)河船舶撞擊作用標準值 偶然作用汽車撞擊 （三）（三）汽車撞擊作用汽車撞擊作用 撞擊力標準值在行駛方向取撞擊力標準值在行駛方向取1000kN1000kN，與，與 之垂直方向取為之垂直方向取為500kN500kN，兩個方向的不同時，兩個方向的不同時 考慮；作用于行車道上考慮；作用于行車道上1.2m1.2m處，直接分布處，直接分布 于撞擊涉及的構(gòu)件上。于撞擊涉及的構(gòu)件上。 對于設有防撞設施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可視設對于設有防撞設施的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可視設 施的防撞能力予以施的防撞能力予

21、以折減折減，但折減后不應低，但折減后不應低 于上述的于上述的1/61/6。 為防止或減少因撞擊產(chǎn)生的破壞，對易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)件的相關部位應采取相受到汽車撞擊的構(gòu)件的相關部位應采取相 應的應的構(gòu)造措施構(gòu)造措施，并增設，并增設鋼筋鋼筋或或鋼筋網(wǎng)鋼筋網(wǎng)。 4-2 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的公路橋涵結(jié)構(gòu)采用以可靠度理論為基礎的概率的極限狀態(tài)設計法概率的極限狀態(tài)設計法 設計。設計。 v兩種設計極限狀態(tài)：兩種設計極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)和和正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)。 v三種情況三種情況： 1 1）持久狀態(tài)

22、：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。該狀況下的橋涵應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀況。該狀況下的橋涵應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限 狀態(tài)設計。狀態(tài)設計。 2 2）短暫狀態(tài)：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)設計，必要時才作正常使用極限狀的橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設計，必要時才作正常使用極限狀 態(tài)設計。態(tài)設計。 3 3）偶然狀態(tài)：偶然狀態(tài)：在橋涵使用過程中可能偶然出現(xiàn)的狀況。該狀況下在橋涵使用過程中可能偶然出現(xiàn)的狀況。該狀

23、況下 的橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設計。的橋涵僅作承載能力極限狀態(tài)設計。 承載能力極限狀態(tài) 一、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)設計是以承載能力極限狀態(tài)設計是以塑性理論塑性理論為基礎，其為基礎，其設計原設計原 則則即：荷載效應最不利組合的設計值與重要性系數(shù)的乘積，即：荷載效應最不利組合的設計值與重要性系數(shù)的乘積， 必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設計值。必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設計值。 承載能力極限狀態(tài) （一）基本組合（一）基本組合 式中：式中： 0 0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù), ,橋涵的抗震設計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；橋涵的抗震設計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)； S Sud ud 作用效應的組合設計值；作用效應的組合設計值； R R 構(gòu)件承載力設計值，它根據(jù)構(gòu)件的材料強度設計值和幾何參構(gòu)件承載力設計值，它根據(jù)構(gòu)件的材料強度設計值和幾何參 數(shù)設計值計算。數(shù)設計值計算。 RS ud0 橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)0 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 承載能力極限狀態(tài) 橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)0 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