桥梁设计荷载.ppt
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桥梁工程 第三章 设计荷载
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3.2 规范中有关设计荷载的规定
n 一、永久荷载（恒载）
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n 一、永久荷载（恒载）
n 跨径20~150m，自重占全部设计荷载的 30~60%以上。跨径越大，比例越高。
n 预应力：正常使用极限状态设计时计入； n 承载能力极限状态设计时作为抗力。 n 收缩徐变：超静定混凝土桥梁。
15 4 15 4 10 3 7 10 4 15 4 15 1.4 1.4 汽车—超20级
图1-4-1 各级汽车车队的纵向排列（轴重力单位：KN；尺寸单位：m）
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10
2.5
1.8
2.5
1.8 1.8
4.0
4.0 1.4
7.0
8.0
100KN、150KN、200KN汽车的平面尺寸
300KN汽车的平面尺寸
n 中-活载象征性地模拟列车载重的情况 左面的5个集中荷载相当于一台机车的重量 右侧一段30m长的均布荷载大致与两台煤水
车及另一台机车相当 最右侧的均布载重表示列车的（货车）车辆
载重，其长不限。 对于跨度很短的桥，往往由3个轴重所组成
的特种荷载控制设计。
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修订的新荷载标准:与国际铁路联盟（UIC） 制订的活载标准相一致
M =10.0KN/m Q =15.0KN/m
n 城－B级车道荷载
=160KN 图1-4-9 城—B级车道荷载
M =9.5KN/m Q =11.0KN/m
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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
桥梁的设计荷载
使用寿命安全系数
根据桥梁的设计使用寿命和预期的维 修、加固等因素，综合考虑其安全系 数，以确保桥梁在整个使用寿命期间 能够保持安全和稳定。
05 桥梁设计中的结构分析
CHAPTER
静力分析
静力分析是桥梁设计中最重要的结构分析之一，用于确定桥梁在静力荷 载（如恒载和活载）作用下的响应。
静力分析的主要目的是评估桥梁的强度、刚度和稳定性，以确保桥梁在 使用过程中能够安全、可靠地承受各种荷载。
在特殊荷载组合中，需要考虑不同荷 载之间的相互作用和影响，以及这些 荷载对桥梁结构的影响。
特殊荷载组合需要考虑的是桥梁在特 殊情况下的安全性和稳定性，以确保 桥梁在这些情况下能够保持安全和性 能。
04 桥梁设计中的安全系数
CHAPTER
恒载安全系数
1 2
恒载安全系数
用于确保桥梁在长期恒定载荷作用下能够保持安 全和稳定。
尺寸优化
尺寸优化是指在给定结构的形状和布局下，通过调整结构 构件的截面尺寸或厚度等参数，以达到减小结构重量、降 低工程成本和提高结构刚度的目的。
尺寸优化方法包括线性规划法、遗传算法和模拟退火算法 等，这些方法通过数学模型和计算机技术，可以快速准确 地找到最优解。
形状优化
形状优化是指在给定结构的尺寸和布局下，通过改变结构的边界形状或轮廓线， 以达到提高结构性能、减小结构重量和降低工程成本的目的。
长期荷载组合
长期荷载组合是指桥梁在长期使 用过程中可能承受的荷载情况， 包括车辆、人群、风、雨、雪等。
长期荷载组合需要考虑的是桥梁 的耐久性和可靠性，以确保桥梁 在长期使用过程中能够保持安全
和性能。
在长期荷载组合中，需要考虑不 同荷载之间的长期效应，以及这
些荷载对桥梁结构的影响。
根据桥梁的设计使用寿命和预期的维 修、加固等因素，综合考虑其安全系 数，以确保桥梁在整个使用寿命期间 能够保持安全和稳定。
05 桥梁设计中的结构分析
CHAPTER
静力分析
静力分析是桥梁设计中最重要的结构分析之一，用于确定桥梁在静力荷 载（如恒载和活载）作用下的响应。
静力分析的主要目的是评估桥梁的强度、刚度和稳定性，以确保桥梁在 使用过程中能够安全、可靠地承受各种荷载。
在特殊荷载组合中，需要考虑不同荷 载之间的相互作用和影响，以及这些 荷载对桥梁结构的影响。
特殊荷载组合需要考虑的是桥梁在特 殊情况下的安全性和稳定性，以确保 桥梁在这些情况下能够保持安全和性 能。
04 桥梁设计中的安全系数
CHAPTER
恒载安全系数
1 2
恒载安全系数
用于确保桥梁在长期恒定载荷作用下能够保持安 全和稳定。
尺寸优化
尺寸优化是指在给定结构的形状和布局下，通过调整结构 构件的截面尺寸或厚度等参数，以达到减小结构重量、降 低工程成本和提高结构刚度的目的。
尺寸优化方法包括线性规划法、遗传算法和模拟退火算法 等，这些方法通过数学模型和计算机技术，可以快速准确 地找到最优解。
形状优化
形状优化是指在给定结构的尺寸和布局下，通过改变结构的边界形状或轮廓线， 以达到提高结构性能、减小结构重量和降低工程成本的目的。
长期荷载组合
长期荷载组合是指桥梁在长期使 用过程中可能承受的荷载情况， 包括车辆、人群、风、雨、雪等。
长期荷载组合需要考虑的是桥梁 的耐久性和可靠性，以确保桥梁 在长期使用过程中能够保持安全
和性能。
在长期荷载组合中，需要考虑不 同荷载之间的长期效应，以及这
些荷载对桥梁结构的影响。
桥梁荷载的计算ppt课件
按正常使用极限状态设计的组合效应
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：
m
n
S sd SGik 1 j SQjk
i 1
j 1
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：
m
n
Sld SGik 2 j SQjk
——桥梁的使用荷载：车辆、人群、由车辆间 接引起的荷载
（一）汽车荷载——按照各种车辆统计值确定的 轴重及轴距
一.汽车荷载 分为车道荷载和车辆荷载 1、计算荷载：（车道荷载） 公路－I级、公路-II级 一个车道以均布荷载+集中荷载模拟 均布荷载集度：公路－I级10.5KN/m、公路-II级折减
0.75
m
n
Sud o ( GiSGiK SQ1 Q1K c QjSQjk )
i1
j2
m
n
Sud o ( SGid SQ1d c SQjd )
i 1
j2
结构重要性系数，按本规范表1.0.9规定的结构设计安全 等级采用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别 取1.1、1.0和0.9；
汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数 ，取1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷 载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用 汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构 或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；
在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、 离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应（含本规 范第4.3.5条规定的人行道板等局部构件和人行道栏杆上 的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风荷载的分项 系数取1.1；
桥梁的设计荷载
桥梁的设计荷载2.1.1 公路桥涵的汽车荷载《公路桥涵设计通用规范》（JDG D60-2004）将公路桥梁汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级。
汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。
车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。
桥梁结构的整体计算采用车道荷载：桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。
车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。
车道荷载的计算图式如图2-3所示。
图2-3 公路桥梁车道荷载公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为＝10.5kN/m，集中荷载标准值按表 2-4选取：k q k P 表2-4 公路桥梁集中荷载标准值计算跨径集中荷载标准值k P 备注5m ≤L480kN m 305m <<L采用直线内插求得50m ≥L360kN计算剪力效应时，上述荷载标准值应乘以1.2的系数。
公路-Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值为公路-Ⅰ级车道荷载的0.75倍。
车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个影响线峰值处。
k q k P 公路桥梁车辆荷载的立面、平面尺寸如图2-4，其主要技术指标规定如表2-5。
公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。
(a) 立面 (b) 平面 图2-4 公路桥梁车辆荷载布置图(单位：kN.m) 表2-5 公路桥梁车辆荷载主要技术指标项 目 单 位 技 术 指 标项 目 单 位 技 术 指 标车辆重力标准值 kN 550 轮距m 1.8 前轴重力标准值 kN 30 前轮着地宽度及长度 m 0.3×0.2 中轴重力标准值kN2×120中、后轮着地宽度及长度m0.6×0.2后轴重力标准值kN 2×140 车辆外形尺寸(长×宽)m 15×2.5轴距m3+1.4+7+1.4公路工程技术旧标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载，把偶然、个别出现的平板挂车和履带车作为验算荷载。
桥梁设计荷载
❖ 验算荷载；偶然地、个别出现的平板挂车或履带车，只 对较小跨径的桥梁或局部构件起控制作用，分为500kN 履带车（简称履带50），挂80、挂100和挂120
汽 车 车 队 纵 向 排 列
汽车的平面尺寸和横向布置
平板挂车和履带车荷载
2）新规范公路汽车荷载 《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004）
在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷 载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第4.3.5条规定的人行道板等 局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风 荷载的分项系数取1.1；
4）公路桥涵结构效应组合表达式
1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+
目前桥梁计算中常用的计算方法是采用结构基频来计算冲 击系数，结构自振频率（基频）可以综合的反映出结构尺寸 、类型、材料等动力特性，直接表达了冲击系数与桥梁结构 之间的关系。
3.人群荷载
❖ 铁路桥梁明桥面取竖向静活载为4kN/m2。 ❖ 铁路桥梁道碴桥面，距离梁中心2.45米以内的人行道，
取10 kN/m2；距离梁中心2.45米以外的人行道，取4 kN/m2。
❖ 铁路桥梁
仅考虑横向折减。用于设计的双线活载取双线标准活载之和的 90%，三线及三线以上者取各线标准活载之和的80%；对仅承受 局部活载的构件则不考虑折减。
2.冲击力
（1）冲击力的产生
车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发 生振动，产生竖向动力作用。这种动力作用会使桥梁 的内力和变形较静活载作用时大。这种现象就统称为 冲击作用。
车辆荷载横断面布置
汽 车 车 队 纵 向 排 列
汽车的平面尺寸和横向布置
平板挂车和履带车荷载
2）新规范公路汽车荷载 《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004）
在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷 载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第4.3.5条规定的人行道板等 局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风 荷载的分项系数取1.1；
4）公路桥涵结构效应组合表达式
1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+
目前桥梁计算中常用的计算方法是采用结构基频来计算冲 击系数，结构自振频率（基频）可以综合的反映出结构尺寸 、类型、材料等动力特性，直接表达了冲击系数与桥梁结构 之间的关系。
3.人群荷载
❖ 铁路桥梁明桥面取竖向静活载为4kN/m2。 ❖ 铁路桥梁道碴桥面，距离梁中心2.45米以内的人行道，
取10 kN/m2；距离梁中心2.45米以外的人行道，取4 kN/m2。
❖ 铁路桥梁
仅考虑横向折减。用于设计的双线活载取双线标准活载之和的 90%，三线及三线以上者取各线标准活载之和的80%；对仅承受 局部活载的构件则不考虑折减。
2.冲击力
（1）冲击力的产生
车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发 生振动，产生竖向动力作用。这种动力作用会使桥梁 的内力和变形较静活载作用时大。这种现象就统称为 冲击作用。
车辆荷载横断面布置
第一篇 第三章 桥梁的设计荷载11
二、作用的取值
公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。 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，应采用准永久值为可变作用的代表值。 3 偶然作用取其标准值为代表值。
6 汽车荷载制动力
1）汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计 冲击力）计算，以使桥梁墩台产生最不利纵向力 的加载长度进行纵向折减。 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准 值按本规范第4.3.1条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 汽车荷载不得小于165kN；公路—Ⅱ级汽车荷载不 得小于90kN。同向行驶双车道的汽车荷载制动力 标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；同 向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行 驶四车道为一个设计车道的2.68倍。
V——设计行车速度(km/h);
2
R——曲线半径（m); 离心力的着力点在桥面以上1.2m处（公路桥）或轨顶面2m处（铁 路桥）；多车道时应考虑折减。
• 4、汽车荷载引起的土侧压力
G h Bl 0
5、 人群荷载
L
≤ 50米：
3.0千牛/平方米 L ≥ 150米： 2.5千牛/平方米 L=50~15原则 2.作用效应组合的分类
1.作用效应组合的原则
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作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构件产生有利影响时，该作用不 应参与组合。 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均应作为临时荷载加以考虑。
桥梁荷载试验计算分析ppt
二期自重恒载SG2 （如横梁、桥面铺装、人行道、栏杆等）
施工过程中结构不 发生体系转换
在施工过程中结构 发生体系转换
内力计算与施工 方法有关，尤其 是超静定梁桥需 根据不同的施工 体系进行分阶段
计算
应用成桥体系的
内力影响线进行 内力求解
1. 主梁一期自重恒载SG1——施工过程中结构不发生体系转换
适用范围：所有静定结构(简支梁、悬臂梁、带挂孔的T形刚构)及整体浇筑一次
桥梁设计流程
拟定结构体系、构造设计和布置(包 括主梁的纵、横截面布置)、各部分 构造的主要尺寸和细节处理以及桥
梁施工的基本方法。
对拟定的结构进行内力计算
活载和恒载内力计算方法 是桥梁检测中需要掌握
根据内力进行配筋计算
对结构进行强度和刚度验算
否
是
是否通过
变形、应力及裂缝计算 是桥梁检测中需掌握的
计算结束
第一章 简支梁桥的内力计算
简支梁的静载试验的主要内容
主梁跨中最大正弯矩及挠度 辅助试验工况：主梁的横向分布系数、L/4截面弯矩（大
跨径）、支点最大剪力工况、桥墩的最大竖向反力
主要考虑活载
简支梁的传力方式
活载 二期恒载
一期恒载
1-1 截面特性
净截面 Aj 、I j 、S j 毛截面 A 、I 、S 换算截面 Ah 、Ih 、Sh
桥梁荷载试验计算分析
桥梁静载试验的总体思路： 利用软件计算出结构各控制截面的试验控制内力
根据内力等效的原则，利用各控制截面的内力或位移影响线， 进行动态布载，以求出达到试验控制内力所需的车辆数及相应的 加载位置
主要内容
第一章 简支梁的内力计算 第二章 连续梁桥的内力计算 第三章 拱桥的内力计算 第四 章 墩台的内力计算
《桥梁的设计荷载》课件
环境因素对荷载的影响
气候变化
气候变化对桥梁设计荷载产生影 响，需考虑极端天气事件的影响
。
地震作用
地震对桥梁设计荷载的影响不可忽 视，应加强抗震设计。
水文条件
水流对桥梁的冲击和浮力作用需考 虑，以确保桥梁的安全稳定。
提高桥梁耐久性的方法
优质材料
定期维护
选用优质材料，提高桥梁结构的耐久 性和承载能力。
材料质量控制
对进场的原材料进行质量检查和控制，确保原材料的质量符合设计要求，从而保证桥梁 的整体质量。
06
未来发展趋势和挑战
新技术的应用
数字化技术
利用数字化技术进行桥梁 设计和分析，提高设计精 度和效率。
智能化技术
应用智能化技术进行桥梁 监测和维护，提高桥梁安 全性和耐久性。
绿色技术
推广绿色技术，降低桥梁 建设对环境的影响。
影响
动态荷载对桥梁结构的动力响应和稳定性有 重要影响，可能导致结构疲劳和破坏。
荷载类型
01
02
03
04
垂直荷载
垂直作用在桥梁结构上的重力 、车辆重量等。
横向荷载
风、侧向冲击力等横向作用力 。
纵向荷载
车辆加速和制动产生的纵向力 。
特殊荷载
地震、洪水、冰凌等自然灾害 产生的荷载。
03
桥梁设计荷载的确定方法
感谢各位观看
设计方案的确定与优化
确定设计荷载
根据桥梁的使用功能和跨度等因素， 确定设计荷载，包括恒载、活载、风 载、地震荷载等。
优化设计方案
通过对不同设计方案的比选和优化， 选择最经济、合理的设计方案，同时 确保桥梁的安全性和耐久性。
施工过程中的质量控制
施工监控
桥梁的设计荷载ppt课件
L0 ≥1000
纵向折减系数 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93
对多跨连续结构，按最大计算跨径进行纵向折减
2019/7/31
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
22
车辆荷载的立面、平面尺寸
2019/7/31
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
23
车辆荷载的横向布置
车辆荷载用于桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台等 公路－I级和公路－II级汽车荷载采用相同的车辆荷载 车道荷载横向分布系数应按设计车道数如图布置车辆
– 单线活载不考虑折减 – 双线活载取双线标准活载之和的90% – 三线及三线以上者取各线标准活载之和的
80% – 对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。
2019/7/31
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
21
大跨度桥梁上汽车荷载的纵向折减
计算跨径L0（m） 150＜ L0＜400 400≤ L0 ＜600 600≤ L0 ＜800 800≤ L0 ＜1000
作用代表值（Representative value of an action）结构 或构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用 规定值，包括作用标准值、准永久值和频遇值。
2019/7/31
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
2
术语解释（续）
设计基准期（Design reference period）在进行结构可 靠性分析时，考虑持久设计状态下各项基本变量与时 间关系所采用的基准时间参数。100年
2019/7/31
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
17
公路等级与汽车荷载等级的关系
公路 等级
汽车荷 载等级
高速 公路
公路－I 级
一级 公路
纵向折减系数 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93
对多跨连续结构，按最大计算跨径进行纵向折减
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22
车辆荷载的立面、平面尺寸
2019/7/31
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23
车辆荷载的横向布置
车辆荷载用于桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台等 公路－I级和公路－II级汽车荷载采用相同的车辆荷载 车道荷载横向分布系数应按设计车道数如图布置车辆
– 单线活载不考虑折减 – 双线活载取双线标准活载之和的90% – 三线及三线以上者取各线标准活载之和的
80% – 对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。
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大跨度桥梁上汽车荷载的纵向折减
计算跨径L0（m） 150＜ L0＜400 400≤ L0 ＜600 600≤ L0 ＜800 800≤ L0 ＜1000
作用代表值（Representative value of an action）结构 或构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用 规定值，包括作用标准值、准永久值和频遇值。
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术语解释（续）
设计基准期（Design reference period）在进行结构可 靠性分析时，考虑持久设计状态下各项基本变量与时 间关系所采用的基准时间参数。100年
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公路等级与汽车荷载等级的关系
公路 等级
汽车荷 载等级
高速 公路
公路－I 级
一级 公路