橋梁的設(shè)計(jì)荷載（上部結(jié)構(gòu)施工）

任務(wù)三橋橋梁的的設(shè)計(jì)荷荷載荷載的種種類、型型式、大大小的確定是是否得當(dāng)當(dāng)，既關(guān)關(guān)系到橋橋梁建設(shè)設(shè)的投資資，也關(guān)關(guān)系到橋橋梁的安安全特點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)并不是是一成不不變的作用于橋橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)上的荷荷載（及及其組合合）可能能會(huì)越來來越復(fù)雜雜對(duì)結(jié)構(gòu)行行為和材材料行為為的認(rèn)識(shí)識(shí)在逐步步加深本章內(nèi)容容：介紹各類類荷載的的基本概概念和計(jì)計(jì)算方法法，實(shí)際際設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)荷載取取值按《鐵路橋涵涵設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱鐵橋橋規(guī)）和和《公路橋涵涵設(shè)計(jì)通通用規(guī)范范》計(jì)算10/27/20221第一節(jié)荷載分類類與組合合一、荷載載分類：：表3-1-110/27/20222二、荷載載組合荷載組合合－各種荷荷載的取取舍以及及它們同同時(shí)作用用的可能能性組合原則則－以橋梁梁在施工工和運(yùn)營(yíng)營(yíng)時(shí)可能能處于最最不利的的受力狀狀態(tài)為原原則基本組合合方式：組合I：恒載（的的一種或或幾種））與基本本可變活活載（的的一種或或幾種））相組合合，即僅考慮主主力；組合II：組合I與其它可可變荷載載（的一一種或幾幾種）相相組合，，即主力與附附加力同同時(shí)作用用；組合III：組合I與偶然荷荷載（的的一種或或幾種））相組合合，即主力與特特殊荷載載同時(shí)作作用。10/27/20223其他可變變荷載不不同時(shí)組組合表（（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)14風(fēng)力－15汽車制動(dòng)力16，17，1816流水壓力15，1717冰壓力15，1618溫度影響力－19支座摩阻力1510/27/20224第二節(jié)永永久久荷載（（恒載））作用于橋橋梁上部部結(jié)構(gòu)的的恒載－結(jié)構(gòu)的的重力和和附屬設(shè)設(shè)備等外外加重力力；作用在橋橋梁下部部結(jié)構(gòu)的的恒載－由支座座傳遞的的上部結(jié)結(jié)構(gòu)的重重力、墩墩臺(tái)本身身的重力力、土壓壓力和水水壓（浮浮）力等等。結(jié)構(gòu)重力力＝結(jié)構(gòu)體體積與材材料容重重的乘積積土壓力計(jì)算涉及及結(jié)構(gòu)型型式、填填料性質(zhì)質(zhì)、墩臺(tái)臺(tái)位移和和地基變變形，也也與氣象象、水文文和外加加荷載等等因素有有關(guān)水浮力指由地表表水或地地下水通通過地基基土壤的的孔隙而而傳遞給給建筑物物基礎(chǔ)底底面的（（由下而而上的））水壓力力；對(duì)位位于碎石石類土、、砂類土土、粘砂砂土等透透水性地地基上的的墩臺(tái)，，需在設(shè)設(shè)計(jì)中考考慮水浮浮力。對(duì)于預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝凝土橋梁梁，在檢檢算結(jié)構(gòu)構(gòu)的使用用性能（（如混凝凝土應(yīng)力力）時(shí)，，預(yù)加應(yīng)力力當(dāng)視為恒恒載；在在檢算結(jié)結(jié)構(gòu)的承承載能力力（如抗抗彎強(qiáng)度度）時(shí)，，預(yù)加應(yīng)應(yīng)力不作作為恒載載，但把把預(yù)應(yīng)力力鋼筋視視為結(jié)構(gòu)構(gòu)抗力的的一部分分。在外部超超靜定的的混凝土土橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)中，，混凝土收收縮、徐徐變影響響力是長(zhǎng)期存存在并起起作用的的。基礎(chǔ)變位位一旦發(fā)生生，其對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)的的影響也也是長(zhǎng)期期的。10/27/20225第三節(jié)可可變荷荷載一、基本本可變活活載（活活載）（一）車車輛活載載車輛荷載載指橋梁梁承受的的機(jī)動(dòng)交交通活載載。對(duì)鐵鐵路橋，，指列車車活載；；對(duì)公路路橋，指指汽車、、掛車、、履帶車車等。車車輛荷載載的種類類繁多，，因此，，需要對(duì)對(duì)車輛荷荷載進(jìn)行行調(diào)查分分析和綜綜合概括括，并按按照安全全、適用用和經(jīng)濟(jì)濟(jì)的原則則，確定定出設(shè)計(jì)計(jì)采用的的標(biāo)準(zhǔn)活活載。對(duì)于不包包括沖擊效應(yīng)應(yīng)（后述））的車輛輛活載，，可稱之之為靜活載。10/27/20226中－活載載我國(guó)鐵路路活載標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的情情況是：：20年代開始始自行制制訂鐵路路建筑標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，1938年公布中中華活載載標(biāo)準(zhǔn)，，1951年制訂了了中－Z活載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，1975年對(duì)中－－Z活載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)進(jìn)行修修訂，形形成目前前所用的的中－活活載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。10/27/20227國(guó)際鐵路路聯(lián)盟（UIC）活載圖式式考察我國(guó)國(guó)目前實(shí)實(shí)際運(yùn)行行的列車車及其發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)，可以以看出，，1975年制訂的的中－活活載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)已不太太適用。。例如，，蒸汽機(jī)機(jī)車已停停止生產(chǎn)產(chǎn)，內(nèi)燃燃和電力力機(jī)車得得到廣泛泛應(yīng)用；；貨車的的重載軸軸重時(shí)常常高于機(jī)機(jī)車的軸軸重。根根據(jù)這些些情況可可以認(rèn)為為，我國(guó)國(guó)新的列列車活載載標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)應(yīng)與國(guó)際際鐵路聯(lián)聯(lián)盟（UIC）制訂的活活載標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)較為一一致。目目前，荷荷載修訂訂工作仍仍在進(jìn)行行之中。。10/27/20228公路車輛輛活載公路車輛輛荷載－標(biāo)準(zhǔn)化化活載4個(gè)等級(jí)：汽車10級(jí)、汽車車15級(jí)、汽車20級(jí)和汽車車超20級(jí)重車與主主車考慮沖擊擊力計(jì)算荷載載－把經(jīng)常常地、大大量出現(xiàn)現(xiàn)的汽車車排列形形成的車車隊(duì)，對(duì)對(duì)一般橋橋梁設(shè)計(jì)計(jì)起控制制作用驗(yàn)算荷載載－偶然地地、個(gè)別別出現(xiàn)的的平板掛掛車或履履帶車，，只對(duì)較較小跨徑徑的橋梁梁或局部部構(gòu)件起起控制作作用500kN履帶車（簡(jiǎn)稱履履帶50），可多多輛，間間距>50m掛80、掛100和掛120，按一輛輛計(jì)算不計(jì)沖擊擊力10/27/20229汽車車隊(duì)縱向向排列10/27/202210汽車的平面尺尺寸和橫向布布置10/27/202211平板掛車和履履帶車荷載10/27/202212標(biāo)準(zhǔn)活載的加加載總的車道活載載的折減。對(duì)鐵路橋梁的主要構(gòu)件，，雙線活載取取雙線標(biāo)準(zhǔn)活活載之和的90%，三線及三線線以上者取各各線標(biāo)準(zhǔn)活載載之和的80%；對(duì)僅承受局局部活載的構(gòu)構(gòu)件則不考慮慮折減。對(duì)公路橋梁，在按兩行車車隊(duì)布載時(shí)，，汽車活載不不予折減；按按三行車隊(duì)布布載時(shí)，汽車車活載可在一一定條件下折折減20%；按四行車隊(duì)隊(duì)布載時(shí)，汽汽車活載可折折減30%，但折減后不不得小于用兩兩行車隊(duì)布載載的計(jì)算結(jié)果果。加載就是按最不利利原則布置標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)活載，通通過結(jié)構(gòu)分析析計(jì)算橋梁活活載效應(yīng)（內(nèi)內(nèi)力、應(yīng)力和和變形等）的的最不利值。。等代荷載（或稱換算均均布荷載）10/27/202213標(biāo)準(zhǔn)活載的等等級(jí)選定根據(jù)橋梁所在在線路的等級(jí)級(jí)、使用任務(wù)務(wù)、性質(zhì)和將將來的發(fā)展等等具體情況確確定公路等級(jí)汽車專用公路一般公路高速公路一二二三四計(jì)算荷載汽－超20汽－超20汽－20汽－20汽－20汽－20汽－10驗(yàn)算荷載掛－120掛－120掛－100掛－100掛－100掛－100履帶－5010/27/202214（二）沖擊力車輛活載以一一定的速度在在橋上行駛時(shí)時(shí)，會(huì)使橋梁梁發(fā)生振動(dòng)，，產(chǎn)生動(dòng)力作作用。這種動(dòng)動(dòng)力作用會(huì)使使橋梁的內(nèi)力力和變形較靜靜活載作用時(shí)時(shí)大。這種現(xiàn)現(xiàn)象就稱之為為沖擊作用。沖擊作用的大大小采用沖擊力來加以衡量。。沖擊力受線路路狀態(tài)、車輛輛類型以及橋橋梁結(jié)構(gòu)的型型式和跨度等等因素的綜合合影響，目前前還難以精確確考慮，只能能在橋梁動(dòng)載載試驗(yàn)的基礎(chǔ)礎(chǔ)上提出近似計(jì)算公式式。在設(shè)計(jì)中，引引入沖擊系數(shù)（1+）。當(dāng)豎向活載載包括沖擊力力時(shí)，系指將將靜活載乘以以沖擊系數(shù)。。沖擊系數(shù)的的一般形式是是：（3-1）10/27/202215（三）人群荷荷載鐵路橋梁明橋橋面4kN/m2。鐵路橋梁道碴碴橋面，距離離梁中心2.45米以內(nèi)的人行行道，取10kN/m2；距離梁中心2.45米以外的人行行道，取4kN/m2。公路橋梁的人人群荷載一般般取3kN/m2，城市郊區(qū)行人人密集地區(qū)一一般取3.5kN/m2；人群荷載應(yīng)與與汽車荷載同同時(shí)考慮，但但不與驗(yàn)算荷荷載同時(shí)計(jì)算算。人行道（鋼筋筋混凝土）板板還應(yīng)以1.2kN（公）或1.5kN（鐵）的集中荷荷載進(jìn)行檢算算，人群作用用于欄桿上的的水平推力按按0.75kN/m考慮，作用于于立柱和扶手手的豎向力按按1.0kN考慮。10/27/202216（四）離心力力離心力是指車車輛行駛在曲曲線線路上時(shí)時(shí)，因速率方方向變化而引引起的橫向水水平力。離心心力的大小等等于車輛活載載（不計(jì)沖擊擊力）乘以離離心力系數(shù)C，C值按下式計(jì)算算（（3-4）式中V——設(shè)計(jì)行車速度度（km/h）；R——曲線半徑（m）。離心力的著力力點(diǎn)在橋面以以上1.2m處（公路橋））或軌頂面上上2m處（鐵路橋））。10/27/202217二、基本可可變活載（（活載）（一）風(fēng)力平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓橫向風(fēng)壓按下式計(jì)算算W0——基本風(fēng)壓值值（Pa）K1——設(shè)計(jì)風(fēng)速頻頻率換算系系數(shù)K2——風(fēng)載體型系系數(shù)K3——風(fēng)壓高度變變化系數(shù)K4——地形、地理理?xiàng)l件系數(shù)數(shù)橫向風(fēng)力＝橫向風(fēng)壓壓×迎風(fēng)面積迎風(fēng)面積＝結(jié)構(gòu)的外外輪廓線面面積×折減系數(shù)10/27/202218（二）車輛輛制動(dòng)力或或（列車））牽引力車輛制動(dòng)力力（或牽引引力）是指指車輛在剎剎車時(shí)（或或啟動(dòng)時(shí)））為克服車車輛的慣性性力而在路路面或軌道道與車輪之之間發(fā)生的的滑動(dòng)摩擦擦力。制動(dòng)力或牽牽引力是墩墩臺(tái)設(shè)計(jì)的的重要荷載載，是作用用在橋上的的縱向水平平力，但兩兩者的作用用方向恰好好相反。采用簡(jiǎn)化辦辦法進(jìn)行計(jì)計(jì)算。對(duì)鐵鐵路橋梁，，規(guī)定列車車制動(dòng)力或或牽引力按按豎向靜活活載的重力力的10%計(jì)算，其作作用點(diǎn)一般般在軌頂以以上2m處。公路橋橋梁中只考考慮制動(dòng)力力。對(duì)一或或二車道橋橋梁，規(guī)定定制動(dòng)力為為一行汽車車車隊(duì)總重重力的10%，但不得小小于一輛重重車的30%；對(duì)四車道道橋梁，制制動(dòng)力為上上述規(guī)定值值的兩倍。。制動(dòng)力作作用點(diǎn)一般般在橋面以以上1.2m處。10/27/202219（三）溫度影影響力溫度影響力力指因溫度的的變化而引引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)變形和附附加力溫度的變化化：（年平平均）氣溫變化和溫差。氣溫變化對(duì)對(duì)靜定和超超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)的影響溫差對(duì)靜定定和超靜定定結(jié)構(gòu)的影影響氣溫變化的的幅度，可可按橋梁所所在地區(qū)的的氣溫條件件（一般取取當(dāng)?shù)刈罡吒吆妥畹驮略缕骄鶜鉁販兀┐_定；；氣溫變化化值，應(yīng)自自結(jié)構(gòu)合龍龍時(shí)的溫度度算起。各種材料的的線膨脹系數(shù)數(shù)，可按設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范采用用。鋼：0.0000118混凝土：0.00001010/27/202220（四）列車橫橫向搖擺力力由于軌道不不平等原因因，列車在在行進(jìn)中會(huì)會(huì)發(fā)生左右右搖擺，產(chǎn)產(chǎn)生一種橫橫橋向的水水平力。這這種橫向搖搖擺力很難難準(zhǔn)確計(jì)算算，現(xiàn)規(guī)定定其作用于于軌頂面，，數(shù)值為5.5kN/m。因橫向搖擺擺力的取值值與豎向活活載有一比比例，故一一般不再檢檢算空車荷荷載的橫向向搖擺力。。另外，橫橫向搖擺力力應(yīng)與橫向向風(fēng)力進(jìn)行行比較，取取其大者參參與荷載組組合。10/27/202221（五）流水水壓力、冰冰壓力和支支座摩阻力力位于河流中中的橋墩會(huì)會(huì)受到流水水壓力的作作用位于冰凌河河流或水庫庫的橋梁墩墩臺(tái)，應(yīng)根根據(jù)當(dāng)?shù)乇璧木唧w體條件及墩墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，考考慮冰荷載載的作用。。支座上的摩摩阻力是因因上部結(jié)構(gòu)構(gòu)由溫度等等引起的變變位而產(chǎn)生生的，其作