桥梁结构上作用和作用效应
桥梁结构上的作用和作用效应演示
桥梁结构上的作用和作用效应演示在桥梁结构中，各个部件承担着不同的作用和作用效应。
这些作用和作用效应相互作用，使得整座桥梁能够承载自身重量和外部荷载，保证桥梁的正常运行。
以下将讨论桥梁结构上主要的作用和作用效应。
1.承载作用：桥梁的最基本的功能就是承载行人、交通工具以及其他荷载的作用。
承载作用主要通过梁、墩、翼墙等部件来实现。
当行人或车辆通过桥梁时，其重量会通过桥梁的各个部件传递到地基上，同时梁体的自重也会对桥梁的承载能力产生影响。
因此，桥梁的各个部件需要具备足够的强度和刚度，以承受荷载的作用。
2.水平作用：在桥梁上承载行人和车辆的过程中，由于行人和车辆的力荷载的作用，桥梁结构会受到水平力的作用。
这种水平力主要通过梁和墩体来承载和传递。
为了保证桥梁的稳定性和安全性，桥梁结构需要具备足够的水平刚度，以抵抗水平力的作用。
3.纵向作用：桥梁结构上还会受到纵向作用的影响，主要包括温度变化引起的热膨胀和收缩作用、交通荷载的瞬时载荷、桥墩下沉引起的附加载荷等。
这些纵向作用会对桥梁结构的整体性能和力学行为产生影响，如引起桥梁的伸缩变形、振动和应力集中等。
因此，桥梁结构需要在设计和施工中考虑纵向作用的效应，采取相应的措施来减小不利影响，如设置伸缩缝、采用合适的材料和构造等。
4.风荷载：风荷载也是桥梁结构上常见的外部荷载作用。
当气流通过桥梁时，会对桥梁构件产生风压和风力的作用。
特别是在大跨度和高架桥梁中，由于横冲风的影响，风荷载会对桥梁的稳定性和安全性产生较大影响。
为了抵御风荷载，桥梁结构需要采取相应的措施，如增加构件截面尺寸、设置减风构造物、采用气动稳定性设计等。
除了上述作用和作用效应外，在桥梁结构的运行中还存在一些非正常的荷载作用，如地震、冰雪等自然灾害以及车辆事故等。
这些非正常荷载作用会对桥梁的安全性产生极大威胁，因此在桥梁的设计和施工中需要考虑这些外部荷载的影响，并进行相应的抗震、防火、防冰等措施。
总之，桥梁结构上的作用和作用效应是多种多样的，需要全面考虑各种荷载的作用效应、力学特性和结构性能，以确保桥梁的稳定性、安全性和寿命周期。
第三章_桥梁的设计作用_荷载_第一部分
本章主要介绍各类作用的基本概念和计算方法. 实际设计时作用的取值按: 《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005) 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004) 的规定办理。
对城市桥梁，其荷载标准与公路桥梁类似，可参阅 《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77)。
第一节 作用分类和作用代表值
桥梁标准活载的等级或类型，应根据桥梁所在线路的等 级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定。 对标准轨距(1435mm)的干线铁路，采用中一活载(本 书讨论者)； 对地方窄轨(轨距762mm)铁路，规定了与中一活载形 状类似但数值大幅减小的活载图式； 对专用铁路(如矿区铁路桥梁)，其活载图式需结合 具体情况确定。 对于不包括冲击效应(后述)的列车竖向活载，称之为 静活载。
公路一I级和公路一Ⅱ级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值
3 车辆活载折减
多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。
横向折减的含义是：在多车道(或多线)桥梁上行驶的车辆活载使桥梁结构 产生某种最大作用效应时，不同车道上的车辆活载同时处于最不利位置 的可能性大小。显然，车道数越多，可能性(即同时出现最不利加载的几 率)越小。
1 汽车荷载
-旧公路规范1989版
设计荷载
大量、经常出现的汽车荷载，以车队形式排列。 汽—10级、汽—15级、汽—20级、汽—超20级
验算荷载
偶然、个别出现的平板挂车或履带车。 挂—80、挂用的车辆荷载标准模式．是 根据20世纪60年代我国公路交通荷载的实际情况， 经过相当长时期的分析、研究和修正确定的。从近 40年的应用情况看，《标准》（97）车辆荷载的模 式及其分级基本上是合理的，能适应我国公路建设 发展的需要，但也存在一些不尽合理之处，如采用 车队荷载模式在桥涵结构设计时计算非常繁琐、车 队荷载在不同跨径的结构上产生的效应的连贯性不 够合理、标准荷载的级差不尽合理等，同时，采用 车队荷载模式，容易造成设计采用的车辆荷载是实 际运营中允许如此载质量的车辆在公路上行驶的错 误观念。
作用(或荷载)与作用(或荷载)效应组合
表4.3.1-1 各级公路桥涵的汽车荷载等级
三级公路公路 — II级
注： 本表编号1中 ， 当钢桥采用钢桥面板时 ， 永久作用效应分 项系数取1. 1； 当采用混凝土桥面板时 ， 取1.2。
表4. 1.6 永久作用效应的分项系数
混凝土和圬工结构重力（包括附加重力）
对结构的承载能力 有利时
对结构的承载能力 不利时
混凝土和圬工结 构
钢结构重力（包括结构附加重力）
混凝土的收缩及徐变作用
关于公式（4. 1.6- 1） 、（4. 1.6-2） 中的作用效应组合系数ψc， 在多数情况下 ， 桥涵结构上往往同时作用多个 荷载 ， 但是本规范确定的恒载分项系数、汽车荷载分 项系数以及赖以建立这些系数的可靠度指标 ， 是在只 有恒载和汽车荷载作用的最基本组合下确定的 ， 当结 构上作用着多于上述荷载时 ， 综合荷载效应最大值的 统计规律也发生相应的变化 ， 从而影响了结构可靠度 指标和恒载、汽车荷载分项系数的取值 。 因此 ， 在保 持可靠度指标、恒载和汽车荷载分项系数不变的情况 下 ， 对多个可变荷载参与效应组合时 ， 引入其值小于 1.0的荷载效应组合系数ψc对荷载标准值效应作等值折 减 。组合系数γc是针对可变荷载效应的不同比值 ， 通过 优化方法确定的 ， 它随参与组合的可变荷载的增加而 减小 ， 本规范给出的ψc值是经优化计算后适当提高的 数值。
汽车荷载在公路工程结构中通常被视为主导的可变作 用 ， 在设计表达式中与永久作用一样单独列出。在桥梁设计中 ， 汽车荷载分项系数按不同的作用效应 组合采用 。 当某个可变作用对结构或结构构件确实起 到主导影响（在同类效应中其值超过汽车效应） ， 则 其分项系数宜采用该作用效应组合的汽车荷载分项系 数 。对于专为承受某作用而设置的结构或装置 ， 如钢 桥的风构 ， 设计时风荷载可被视为主导作用 ， 其分项 系数取与汽车荷载同值 。但当风荷载参与与其他荷载 组合时 ， 以往将该组合作为“ 附加组合 ”考虑 ， 同时， 风荷载计入瞬时脉动风压的影响 ， 比原规范有较大增 加 ， 其分项系数只能取1. 1。
公路桥梁上的作用
22
设计车道数
23
三) 城市桥梁汽车荷载
城市桥梁荷载等级 城－Ａ级汽车荷载 标准载重汽车采
用五轴式货车加载，总重700kN 城－Ｂ级汽车荷载 标准载重汽车应
采用三轴式货车加载，总重300kN
汽车荷载： 车辆荷载（标准载重汽车） 车道荷载（标准荷载）
24
城－Ａ级车辆荷载
25
城－Ｂ级车辆荷载
26
37
６）人群荷载
• 当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准 值为3．0kN／㎡；当桥梁计算跨径等于或大于 150m时，人群荷载标准值为2.5kN／㎡；当桥梁计 算跨径在50m～150m之间时，可由线性内插得到人 群荷载标准值。
• 对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。 • 城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准
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。
27
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。
28
城－Ａ级车道荷载 城－B级车道荷载
43
• 三、公路桥梁正常使用极限状态设计 • （1）作用短期效应组合，它是永久作用标
准值效应与可变作用频遇值效应相组合。 • （2）作用长期效应组合，它是永久作用标
准值效应与可变作用准永久值效应相组合。
44
• 四、城市桥梁荷载效应组合
• 组合Ⅰ ：一种或几种基本可变荷载与一种或几种 永久荷载相组合；
永久作用也叫恒载（dead load）。
主要包括五个部分：结构自重、桥面铺装 及附属设备的重力；结构的预加力；土的重 力及土的侧压力；水的浮力；混凝土收缩及 徐变作用。
第三章 桥梁的作用及其效应组合
(2)连续梁桥结构的基频可按下列公式计算:
13.616 EI c f1 = mc 2πl 2 23.651 EI c f2 = mc 2πl 2
计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和 剪力效应时,采用 f 1 ;计算连续梁的冲击力 引起的负弯矩效应时采用 f 2 .
3)拱桥结构的基频可按下列公式计算:
3)车道荷载的特点
(1)车道荷载的形式简明.在内力影响线上加载只 要已知影响线面积与最大坐标值就可以,加载手续简 单,电算和手算工作量均减少; (2)通过车道荷载中的均布荷载加集中荷载的模式 可以解决大,中,小不同跨径的活载设计标准,例如 均布荷载的集度在某跨径区段可采用跳跃变化以满足 不同跨径的要求; (3)车道荷载中的集中荷载可采用双值,以满足弯 矩和剪力计算的不同要求;
作用的分类与代表值编号作用分类作用名称永久作用结构重力包括结构附加重力可变作用汽车荷载汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风力15流水压力16冰压力17温度作用均匀温度和梯度温度18支座摩阻力19波浪力20偶然作用地震作用21船舶或漂流物的撞击作用22汽车撞击作用表1315作用代表值representativevalueaction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6作用标准值characteristicvalueaction结构或结构构件设计时采用的各种作用的基本代表值
12) 分项系数 partial safety factor 为保证所设计的结构具有规定的可靠度而在设 计表达式中采用的系数.分作用分项系数和抗力 分项系数两类. 13)作用效应组合 combination of action effects 结构上根据不同的设计状况采取的几种作用分 别产生的效应的叠加.
桥梁结构上作用和作用效应
作用频遇值（Frequent value of an action）一种可变作 用代表值，作用概率分布的0.95分位值，用于正常使用 极限状态短期效应组合设计（频繁出现且量值较大者）
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,与桥梁寿命关系
作用代表值的取用
永久作用－标准值 可变作用－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－标准值 按弹性阶段计算结构强度－标准值 正常使用状态按短期效应组合设计－频遇值
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。
作用标准值（of an action）各种作用的基本代表值，其 值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分 位值确定。
15 汽车制动力 流水压力，冰压力，支座摩阻力
16 流水压
汽车制动力，流水压力
19 支座摩阻力
汽车制动力
第二节 永久作用
作用于桥梁上部结构的恒载－结构的重力和附属设备等外加重力 ；
作用在桥梁下部结构的恒载－由支座传递的上部结构的重力、墩 台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。
第四章 桥梁结构上的作用和作用效应
作用与荷载
裂缝
作用的种类、型式、大小的确定是否得当?
结构上的作用
3.1.1 结构上的作用作用——是结构产生内力或变形的原因。
作用分为： 1）直接作用：荷载。
2）间接作用：砼收缩、温度变化、基础沉降、地震等。
作用效应：结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等。
1 、荷载的分类永久荷载：在结构设计使用期间，其值不随时间而变化，或变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。
可变荷载：在结构设计使用期内其值随时间而变化，其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
偶然荷载：在结构设计使用期内不一定出现，一旦出现其值很大且持续时间很短的荷载。
2 、荷载的标准值：荷载的基本代表值荷载的不定性——随机变量统计——具有一定概率的最大荷载值——荷载的标准值3.1.2 结构的功能要求1．结构的安全等级建筑物的重要程度、破坏时可能产生的后果严重与否，为三个安全等级。
2．结构的设计使用年限计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。
结构的设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。
一般建筑结构的设计使用年限可为50 年。
总体而言，桥梁应比房屋的设计使用年限长，大坝的设计使用年限更长。
3．建筑结构的功能(1) 安全性建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件( 如地震、爆炸等) 发生时和发生后保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。
(2) 适用性结构在正常使用过程中应具有良好的工作性。
(3) 耐久性结构在正常维护条件下应有足够的耐久性，完好使用到设计规定的年限，即设计使用年限。
3.1.3 结构功能的极限状态极限状态——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这一特定状态称为该功能的极限状态。
极限状态是有效状态和失效状态的分界。
是结构开始失效的界限。
极限状态分为：（1）承载能力极限状态：结构、构件达到最大承载能力或不适宜继续承载的变形状态（2）正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态3.1.4 极限状态方程结构的极限状态可以用极限状态函数来表达：Z ＝ R — SS ——荷载效应，它代表由各种荷载分别产生的荷载效应的总和；R ——结构构件抗力当构件每一个截面满足S ≤R 时，认为构件是可靠的，否则认为是失效的。
第三章 桥梁上的作用
Ic
mc
结构跨中截面的截面惯性矩； 结构跨中处的单位长度质量； 结构跨中处延米结构重力。
G
连续梁桥的结构基频计算公式如下：
13.616 EI c f1 2 l 2 mc 23.651 EI c f2 2 2 l mc
注意： 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用 计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用
6.正常使用极限状态作用短期效应组合：
m n
Ssd SGik 1 j SQjk
i 1 j 1
Ssd
作用短期效应组合设计值； 第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击 力）取0.7，人群荷载取1.0，风荷载取0.75，温度梯度 作用取0.8，其他作用取1.0；
1 j
结构重要性系数(Coefficient for importance of a structure)：对不同安全等级 的结构，为使其具有规定的可靠度而采用的作用效应附加的分项系数；
对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取为1.1、1.0和0.9；
桥涵的抗震设计不考虑结构的重要性系数。
3.在作用效应组合时应注意，各种作用并非同时作用于桥涵上，故应根据作用
制动力的作用点在桥面以上1.2m处，在计算墩台时，可移至支座铰中心或支 座底座面上；计算刚构桥、拱桥时可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力 和力矩。
设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续梁排架式柔性墩台，应 根据支座与墩台的抗推刚度集成情况分配和传递制动力。 设有板式橡胶支座的简支梁刚性墩台，按单跨两端的板式橡胶支座的抗推刚 度分配制动力。
车辆荷载的横向布置如下图所示：行车道宽度与设计车道 Nhomakorabea的关系：
1.3桥梁结构的作用
1．汽车荷载
桥梁上行驶的车辆种类繁多，每种车辆又有许多不同的型号和载重等级，而且随着我国
国民经济和交通事业的不断发展，车辆的载重量也将不断增大，因此需要拟定一种既满足目
前车辆情况和将来发展需要，又便于设计中应用的汽车荷载。
我国在对实际车辆的轮轴数目、轴间距、轴重力等情况的分析、综合和概括后，制定了
适用于公路桥涵设计的汽车荷载标准。«桥规»(JTG D60)对汽车荷载规定如下。
⑴汽车荷载等级和组成
汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级。公路桥涵设计时，汽车荷载等级的选用
与公路等级有关，对于高速公路和一级公路，应按公路-Ⅰ级汽车荷载设计桥涵，对于二级、
EI c
2l 2 mc
mc = G g
式中: l ——结构的计算跨径（m）； E ——结构材料的弹性模量（N/m2）；
Ic ——结构跨中截面的截面惯矩（m4）；
(1.2)
mc ——结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计算时，其单位应为
（Ns2/m2）；
G ——结构跨中处延米结构重力（N/m）； g ——重力加速度， g =9.81（m/s2）。
30
120 120
140 140
（a）
汽车荷载等级 qk（KN/m）
（b）
（a）立面
（b）平面
图 1.23 车辆荷载布置图
表 1.8 均布荷载标准值qk
公路-Ⅰ级 10.5
公路-Ⅱ级 0.75×10.5=7.875
计算跨径 l （m）
表 1.9 集中荷载标准值Pk（KN） Pk
1-3桥梁上作用与效应组合
3.2 永久作用
永久作用应采用标准值作为代表值。 3.2.1 结构自重（包括桥面铺装、附属设备等附加重力） 其标准值可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计 算确定。
材料种类 钢、铸钢 铸铁 钢筋混凝土或预应力混凝土 混凝土或片石混凝土 浆砌块石或料石 浆砌片石 干砌块石或片石 重力密度 （kN/m3） 78.5 72.5 25～26 24 24～25 23 21 材料种类 沥青混凝土 沥青碎石 碎（砾）石 填土 填石 石灰三合土、石灰土 重力密度 （kN/m3） 23～24 22 21 17～18 19～20 17.5
C= H H + 3h ⋅ 3 H + 2h
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（3）当β=0°时，破坏棱体破裂面与竖直线间 夹角θ的正切值可按下式计算：
tan θ = − tan ω +
( cot ϕ + tan ω )( tan ω − tan α )
D ( 2n − 1) b= n
当D > 1.0m时，作用在每一柱上的土压力计算宽度可按 下式计算：
n ( D + 1) − 1 b= n
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n
n n n n n n
6）压实填土重力的竖向和水平压力强度标准 值，可按下式计算： 竖向压力强度： qV=γh 水平压力强度： qH=λγh λ=tan2（45°-φ/2） 式中： h——计算截面至路面顶的高度（m）； λ——侧压系数。
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第4章_结构上的作用和作用效应1
(1)基准期 T 时间域内可划分为 r个相等的时段，即 T/r
(2)在任一时段内，荷载出现的概率为 p，荷载不出现的概率 为 q 1 p 。
(3)在任一时段内，荷载出现时，其幅值为非负随机变量，其 概率分布函数为任意时点荷载概率分布，各不同时段上的 幅值随机变量相互独立且服从相同分布。
F Q (x)P [Q (t)≤ x,t ]
《荷载规范》给出了四种荷载代表值：
标准值、组合值、频遇值和准永久值
精品课件
4.4 荷载的代表值
4.4.1 基本概念
荷载代表值—设计中用以验证极限状态所采用的荷载值，包 括标准值、组合值、频遇值和准永久值。
荷载设计值—设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。
– 荷载设计值 Q d 可以通过荷载分项系数 Q 乘以荷载代表值 Q r 获得。
第四章 结构上的作用和作用效应
精品课件
第四章 结构上的作用和作用效应
主要内容
4.1 荷载和作用 4.2 荷载的随机概率模型 4.3 荷载的统计分析 4.4 荷载的代表值 4.5 荷载效应组合方法
精品课件
第四章 结构上的作用和作用效应
4.1 荷载和作用
精品课件
4.1 荷载与作用
4.1.1 作用的定义与分类
WY 0.455Wk WY 0.214Wk 不考虑风向
FW Y(x)exp expx 0.0 1.5312W 3W k k
WY 0.410Wk WY 0.193Wk
考虑风向
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4.3 荷载的统计分析
2. 雪荷载
FSY(x)exp expx 0.0 1.9294S40Sk0k S ( t )
FQ (x)P{Q(t)0}P{Q(t)x,t|Q(t)0} P{Q(t)0}P{Q(t)x,t|Q(t)0}
桥梁工程的结构组成及作用分析
桥梁的结构组成及作用分析2013年10月20日王平洪一、桥梁结构组成1.1桥梁结构由下部结构和上部结构组成。
1.2桥梁下部结构包括基础、桥墩和桥台.1.3桥梁上部结构是跨越桥孔的结构，包括桥梁的桥面系、桥道结构、承重结构（主梁、桁架和拱圈）、连接系、支座等。
二、桥梁基础的形式及适用条件2.1桥梁基础形式桥梁基础的形式主要包括：扩大基础、桩基础、管柱、沉井、地下连续墙。
2.2受力作用特点及适用条件2.2.1扩大基础山地基反力承担全部上部荷载，将上部荷载通过基础分散至基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。
适用于地基承载力较好的各类土层，根据土质情况分别采用铁镐、十字镐、挖掘机、爆破等设备与方法开挖2.2.2桩基础将作用于桩顶以上的结构物传来的荷载传到较深的地基持力层中去。
当荷载较大或桩数量较多时需在桩顶设承台将所有基桩联接成一个整体共同承担上部结构的荷载。
桩基础包括：沉桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩。
2.2.2.1 沉桩1）锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、黏性土。
2）振动沉桩法一般适用于砂土，硬塑及软塑的黏性土和中密及较松的碎石土。
3）射水沉桩法适用在密实砂土，碎石土的土层中。
4）适用于在黏性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩。
2.2.2.2钻孔灌注桩适用于黏性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各类土层。
2.2.2.3挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层。
如空气污染物超标，必须采取通风措施2.2.3管柱它是一种深基础，埋入土层一定深度，柱底尽可能落在坚实土层或锚固于岩层中，作用在承台的全部荷载，通过管柱传递到深层的密实土或岩层上。
适用于岩层、紧密黏土等各类紧密土质的基底，并能穿过洛洞、孤石支承在紧密的土层或新鲜岩层上，不适用于有严重地质缺陷的地区，如断层挤压破碎带或严重的松散区域2.2.4沉井沉井是桥梁墩台常用的一种深基础型式，有较大的承载面积，可以穿过不同深度覆盖层，将基底放置在承载力较大的土层或岩面上，能承受较大的上部荷载。
3 公路桥梁结构的作用
——对应于结构或构件达到正常使用和耐久性的各项规定限制
的极限状态。 包括结构及构件外观变形过大、开裂、局部破坏、
振动过大等。
4
简单说来，就是要求
抗力R
Z=R-S>0
R1
的概率大于一个给 定的值，以保障结 R2 构运营安全。
Z1 Z2
R——结构抗力 S——作用效应
S1
S2
结构所处状态
荷载效应S
5
一、概述（3） ➢作用分类——按作用方式分类
17
三、 可变作用
●可变作用：在设计基准期内随时间变化的作用，也称之为活载 及其附加荷载。
编号 作用名称
1
汽车荷载
2
汽车冲击力
3
汽车离心力
4
汽车引起的土侧压力
5
人群荷载
6
汽车制动力
7
风荷载
8
流水压力/冰压力
9
温度（均匀温度和梯度温度）作用
10
支座摩阻力
18
三、 可变作用
●1、汽车荷载：最主要的可变作用、随着汽车工业的发
直接作用： 施加在结构上的荷载，如自重，汽车荷载等 间接作用：引起结构外加变形和约束变形的原因。
➢作用分类——按性质分类
永久作用、可变作用 、偶然作用
➢讨论：为什么以前的规范将外界施加在结构上的影响称为 “荷载（Lord）”，新规范称之为“作用（Action）”，那个更 为恰当准确？二者有何区别？为什么？
离心力 R≤250m时,要考虑。
＊离心力=C×（车辆荷载）（不计冲击力）
离心力系数
C V2 127 R
＊作用位置：
离心力
1.2m
或 桥面
（简化计算）
桥梁上的作用
桥梁工程-徐海宾
<3/20/2021 7:50 AM >
1
第四章 桥梁上的作用
河南理工大学
桥梁工程-徐海宾
<3/20/2021 7:50 AM >
2
一、桥梁作用分类
▪ 作用的定义:引起桥涵结构反应的各种原因. ▪ 直接作用:车辆、人群、结构自重等 ▪ 间接作用:地震、徐变、墩台变位、温度等,其效应
▪ Ic——结构跨中截面的截面惯矩（m4）； ▪ mc——结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算
为重力计算时，其单位应为（Ns2/m2）；
▪ G——结构跨中处延米结构重力（N/m）；
▪ g——重力加速度，g=9.81（m/s2）
桥梁工程-徐海宾
<3/20/2021 7:50 AM >
19
▪ 2 连续梁桥结构基频
与结构特性有关 ▪ 设计三大步：确定结构计算模式、选定荷载、结构
分析计算 ▪ 我国目前的公路设计规范划分：
• 永久作用、可变作用、偶然作用、地震作用
桥梁工程-徐海宾
<3/20/2021 7:50 AM >
3
（一） 永久作用
结构使用期间,其量值不随时间变化或其变化值与平均 值相比可忽略不计的作用.
编号
2
3
4
5
两切线平行
<3/20/2021 7:50 AM >
FQi影响线 FQ2右影响线 FQ2左影响线
车
辆
荷 载
项目 车辆重力标准值 前轴重力标准值 中轴重力标准值 后轴重力标准值
轴距
单位 kN kN kN kN m
技术指标 550 30
2x120 2x140 3+1.4+7+1.4
第三章、作用及作用效应组合
1、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 如下所示：
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。 (2)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变作用准永久值效应相组合，其效应组 合表达式为：
第三节
作用的规定与计算
一、 永久作用 永久作用(也称恒载)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。永久作用的量值是指其作用位置、大小 和方向。 作用于桥梁上部结构的永久作用，主要是结构物自重、 桥面铺装及附属设备的重力(人行道板、栏杆、扶手、 灯柱等)、长期作用于结构上的人工预加力以及混凝 土收缩和徐变作用、基础变位作用。作用于桥梁下部 结构的永久作用，主要是上部结构传给支座的永久作 用、墩台的自重、作用于墩台上的土重及土侧压力、 水浮力(水中墩台)。
第二节
作用的选定和作用效应组合
一、作用的代表值 作用具有变异性，但在结构设计时，不 可能直接引用作用随机变量或随机过程的各 类统计参数通过复杂的计算进行设计，作用 代表值就是为结构设计而给定的量值。设计 的要求不同，采用的作用代表值也可不同， 这样可以更确切、合理地反映作用对结构在 不同设计要求下的特点。
(2)汽车冲击力
汽车以较高的速度驶过桥梁时，桥梁产生的应 力与变形比大小相等的静载引起的要大一些．这是 因为汽车荷载不是慢慢地增加，而是以较快的速度 突然加载于桥上，因而使桥梁发生振动。同时，由 于桥面不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因， 也会使桥梁结构发生振动。这种由于荷载的动力作 用使桥梁发生振动而造成内力加大的现象称为冲击 作用。也就是说，桥梁不仅承受车辆荷载的重力作 用、还受到一种冲击力。鉴于目前对冲击作用还不 能从理论上作出符合实际的精确计算，只能采用粗 略的近似方法，即以冲击系数μ来计及荷载的冲击 作用。
08272自考桥梁工程总结第三章 作用及作用效应组合
第三章作用及作用效应组合第一节规范中有关作用的规定与计算作用于桥梁结构的作用分：永久作用、可变作用和偶然作用三类。
一、永久作用永久作用是指在结构使用期间，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。
永久作用包括结构重力、预加力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩徐变作用、水的浮力、基础变位作用。
二、可变作用可变作用是指在结构使用期间，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。
可变作用包括汽车荷载、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。
三、偶然作用偶然作用是指在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。
偶然作用包括地震作用、船只或漂流物的撞击作用、汽车的撞击作用。
第二节作用的选定和作用效应组合一、作用的代表值永久作用和偶然作用的代表值是标准值。
可变荷载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。
二、作用的设计值作用的设计值为作用的标准值乘以相应的分项系数。
三、作用效应组合1、公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时的作用（或荷载）效应组合1 ）基本组合基本组合为永久作用设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其表达式如下：2）偶然组合偶然组合为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；2、公路桥涵结构按正常使用极限状态的作用效应组合1）作用短期效应组合作用短期效应组合为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其表达值如下：2）2作用长期效应组合作用长期效应组合为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其表达式如下：车道较多或桥梁很长时汽车货载效应应予以折减1、多车道横向折减的含义是，在桥梁多车道上行驶的汽车荷载使桥梁构件的某一截面产生最大效应时，其同时处于最不利位置的可能性大小，显然，这种可能性随车道数的增加而减小，而桥梁设计时各个车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置的，因此，计算结果应根据上述可能性的大小进行折减。
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第二节 永久作用
作用于桥梁上部结构的恒载－结构的重力和附属设备等外加重力 ；
作用在桥梁下部结构的恒载－由支座传递的上部结构的重力、墩 台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。
结构重力＝结构体积与材料容重（重力密度）的乘积
土的重力及土侧压力计算涉及结构型式、填料性质、墩台位移和 地基变形，也与气象、水文和外加荷载等因素有关
正常使用状态按长期效应组合设计－准永久值
准永久值－标准值乘以准永久值系数φ2
偶然作用－标准值 铁路桥梁－“标准值”
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术语解释(公路)及定义（续）
作用效应（Effect of an action）结构对所受作用的反 应，如弯矩、位移等（通过结构分析得到）
作用频遇值（Frequent value of an action）一种可变作 用代表值，作用概率分布的0.95分位值，用于正常使用 极限状态短期效应组合设计（频繁出现且量值较大者）
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,与桥梁寿命关系
第四章 桥梁结构上的作用和作用效应
作用与荷载
裂缝
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作用的种类、型式、大小的确定是否得当?
桥梁建设的投资
桥梁的安全
特 点
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荷载标准并不是一成不变的
作用于桥梁结构上的荷载（及其组合） 可能会越来越复杂
对结构行为和材料行为的认识在逐步加深
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公路桥涵结构 按承载能力极限状态设计时的基本组合
m
n
0 S ud 0 G S G i ikQ 1 S Q 1 kc Q S Q j jk
i 1
j 2
结构重要性系数，1.1,1.0,0.9 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值 第i个永久作用效应的分项系数 第i个永久作用效应的标准值 汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的分项系数 汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值 除汽车荷载效应外的其他可变作用效应的组合系数 除汽车荷载效应、风荷载外的其他第j个可变作用效应
车道荷载的加载倍数由设计车道数决定
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多车道汽车荷载的横向折减
设计车道数（条） 2 3 4 5 6 7 8
横向折减系数 1.0 0.78 0.67 0.60 0.55 0.52 0.50
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铁路中－活载的折减
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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
公路－I 级
二级 公路
公路－ II级
三级 公路
公路－ II级
四级 公路
公路－ II级
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行车道
桥涵设计车道数
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第一节 作用的分类与代表值
作用的分类
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作用的代表值
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术语解释(公路)及定义
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。
的分项系数
除汽车荷载效应外的其他第j个可变作用效应的标准值
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公路桥涵结构 按正常使用极限状态设计时的短期组合
m
n
Ssd SGik S 1j Qjk
i1
j1
第一项：作用短期效应组合设计值 第二项：永久作用标准值（不乘系数） 第三项：可变作用效应的频遇值的组合
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国际铁路联盟（UIC）活载图式
考察我国目前实际运行的列车及其发展趋势，可以 看出，1975年制订的中－活载标准已不太适用。例如 ，蒸汽机车已停止生产，内燃和电力机车得到广泛应 用；货车的重载轴重时常高于机车的轴重。根据这些 情况可以认为，我国新的列车活载标准应与国际铁路 联盟（UIC）制订的活载标准较为一致。目前，荷载 修订工作仍在进行之中。
作用效应设计值（Design value of an action effect）作 用标准值效应与分项系数的乘积。
分项系数（Partial safety factor）为保证结构具有规定 的可靠度而在设计表达式中采用的系数，分为作用分 项系数和抗力分项系数。
作用效应组合（Co构 上几种作用分别产生的效应的随机叠加
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作用代表值的取用
永久作用－标准值
可变作用－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－标准值 按弹性阶段计算结构强度－标准值 正常使用状态按短期效应组合设计－频遇值
频遇值－标准值乘以频遇值系数φ1
组合原则－以桥梁在施工和运营时可能处于最不利的 受力状态为原则
基本组合方式（公、铁）： 作用效应基本组合，即仅考虑主力； 作用效应偶然组合，即主力与特殊荷载同时作用； 作用短期效应组合，即主力与附加力同时作用； 作用长期效应组合。即主力与附加力同时作用。
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作用标准值（of an action）各种作用的基本代表值，其 值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分 位值确定。
作用准永久值（Quasi-permanent value of an action）一 种可变作用代表值，作用概率分布的0.5分位值，用于正 常使用极限状态长期效应组合设计（经常出现者）
对铁路桥梁的主要构件：
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
荷载进行计算
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（二）冲击力
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 现象就称之为冲击作用。
冲击作用的大小采用冲击力来加以衡量。 冲击力与结构的刚度有关（刚度越小，对动荷
水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙而传递给建筑物 基础底面的（由下而上的）水压力；对位于碎石类土、砂类土、 粘砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力。
对于预应力混凝土桥梁，在检算结构的使用性能（如混凝土应力 ）时，预加应力当视为恒载；在检算结构的承载能力（如抗弯强 度）时，预加应力不作为恒载，但把预应力钢筋视为结构抗力的 一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑其次效应。
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公路汽车荷载
汽车荷载等级－公路－I级、公路II级 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成，两者的作用不
得叠加（取加载不利者） 车道荷载：均布荷载＋集中荷载，用于桥梁结构的整
体计算 加载：均布荷载满布于同号影响线区域，集中荷载只
作用在相应影响线中的一个最大峰值处
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
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车辆荷载的立面、平面尺寸
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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
在外部超静定的混凝土桥梁结构中，混凝土收缩、徐变影响力是 长期存在并起作用的。基础变位一旦发生，其对结构的影响也是 长期的。
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第三节 可变作用
一、车辆、人群活载 （一）车辆活载
车辆荷载指桥梁承受的机动交通活载。对铁 路桥，指列车活载；对公路桥，指汽车、挂车 、履带车等。车辆荷载的种类繁多，因此，需 要对车辆荷载进行调查分析和综合概括，并按 照安全、适用和经济的原则，确定出设计采用 的标准活载。
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术语解释(公路)及定义（续）
作用效应基本组合（Fundamental combination for action effects）承载能力极限状态设计时，永久作用标 准值效应与可变作用标准值效应的组合
作用效应偶然组合（Accidental combination for action effects）承载能力极限状态设计时，永久作用标准值 效应与可变作用标准值效应、一种偶然作用标准值效 应的组合