01.3 公路与铁路桥梁设计荷载

可变作用: 指在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比有不可忽 略的作用，如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载，live load)。 偶然作用: 指在设计基准期内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的 作用，如地震力。
第一节 作用分类和作用代表值
铁路桥梁:
习惯于按作用性质和发生的几率来进行分类，将桥梁作 用分为:
第一节 作用分类和作用代表值
我国公路桥涵基于极限状态法，设计时对不同的作 用采用不同的代表值。对永久作用和偶然作用，采用 标准值。对可变作用，根据不同的极限状态和组合方 式采用标准值、频遇值或准永久值。
我国铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，其各类 荷载的代表值相当于上述标准值，没有规定频遇值和 准永久值。
基础变位 对超静定桥梁结构，由于地基压密等原因， 其墩台基础可能发生变位(沉降)。基础变位对 结构的影响也是长期的，其作用效应可依据工 程实际情况，按最终位移量分析计算。
第三节
可变作用
指在设计基准期内，其量值随时间变化， 且其变化与平均值相比有不可忽略的作用，如汽车、列车、 人群荷载(习惯上称为活载，live load)
主力(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)、 附加力(对应于不包含在主力中的其他的可变作用) 特殊荷载(对应于偶然作用)。 我国公路、铁路桥梁的设计作用(荷载)分类分别见表3．1和表 3．2。比较两表，尽管公路、铁路规范对各种作用的分类及名称有 所不同，但基本上大同小异。
表3．1 公路桥梁作用分类表
《桥规》规定： 加载时，标准活载计算图式可任意截取 双线桥跨：两线活载之和的90% 横向稳定检算：空车+最大横向风力为最不利， 空车活载标准值为10kN/m
高速铁路“ZK—活载”分标准活载和特种活 载
ZK标准活载
ZK特种活载
“ZK—活载”分标准活载和特种活载
《高速暂行规定》：



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，其 值等于建筑物所排开的同等体积的水重。
一般，位于岩石地基上的基础被认为是不渗 水的，可不计水浮力；对位于碎石类土、砂类土、 黏砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑 水浮力
预加应力(对于预应力结构)
按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久 作用； 按承载能力极限状态设计时：预加应力不作为 荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。 但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应 属永久荷载。《规范》未作明确说明。
公路桥梁的作用,按其随时间变化的性质，分为:
永久作用(permanent action) 可变作用(variable action) 偶然作用(accidental action) 永久作用: 习惯上称为恒载(deadload)，是指在设计基准期内，其量值不随时间变化， 或其变化与平均值相比可忽略不计的作用，如结构重力。

加载时，标准活载计算图式可任意截取 单线或双线桥跨：各线均应计入ZK活载作用。 多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑： 1）按双线在最不利位置承受ZK活载，其余线路不承受 列车荷载； 2）所有线路在最不利位置承受75％的ZK活载。 空车活载按10kN/m计算。
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。
当桥涵设计车道数≥2时，汽车荷载产生的效应 应 该按规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减 后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。
大跨径公路桥梁上的车道荷载，还应考虑纵向折减。 这是因为：在制订车道荷载标准时，采用了自然堵塞的车间 间距；在确定荷载大小时，采用了重车居多的调查资料。但 对大跨径桥梁，随着跨径的增加，实际通行车辆出现上述情 况就会逐步缓解。因此，需对汽车荷载(或其效应)按跨度进 行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于150m时，应按表 3.5进行纵向折减。对多跨连续结构(如连续梁桥)，按主跨 进行全桥折减。
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
对铁路桥梁，仅考虑横向折减。
双线桥的主要构件，用于设计的双线活载应取两线标准活 载之和的90％(相当于横向折减系数取0.9);
三线及三线以上者应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。
4 车辆活载的加载 加载就是按最不利原则布置标准活载，通过结构 分析计算桥梁活载效应(内力、应力和位移、变形等) 的最不利值。 对公路桥梁的车道荷载，布载时，应将其中的均 布荷载标准值(任意长度，任意截取)满布于使结构产 生最不利效应的同号影响线区段上，而集中荷载标准 值只布置在相应影响线中的一个最大影响线峰值处。 对公路桥梁中的车辆荷载和铁路桥梁中的中一活 载，则使用轮系荷载直接加载并通过试算的方法找出 最不利值。
可ห้องสมุดไป่ตู้作用
一、车辆活载
车辆活载指桥梁承受的机动荷载。 对铁路桥，指列车； 对公路桥，主要指汽车。
车辆活载的种类繁多，因此，需要对车辆活载进行调查 分析和综合概括，并按照安全、适用和经济的原则，制 订出设计采用的标准值。
1 列车活载



列车由机车和车辆组成，机车和车辆类型很多， 轴重、轴距各异。 为规范设计，我国根据机车车辆轴重、轴距对 桥梁不同影响及考虑车辆的发展趋势，制定了 中华人民共和国铁路标准活载图式。 （简称“中—活载”） 中—活载——160km/h、200km/h ZK—活载——250km/h、300km/h以上高速
结构重力的标准值，可按结构构件的设计尺寸和材料的重 力密度计算确定。 在进行桥梁结构(尤其是新型结构)分析时，往往需要 预先估算恒载。通常，当估算的恒载与设计图完成后确定 的恒载之间的差异较小(例如，不超过3％)时，不必修正设 计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分 析。
土压力(earth pressure)按其产生的条件，分为: 静止土压力 主动土压力 被动土压力 桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算 涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与水文 和外加荷载等因素有关。
1 汽车荷载
新公路规范 《通用规范JTG D62》规定
1 汽车荷载分为公路—I级和公路—II级两个等级。 2 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。 3 桥梁结构的整体计算采用车道荷载； 4 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，车辆荷载与车道荷载 的作用不得叠加。
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—100、挂—120、履带—50

原公路桥涵结构设计采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重质量的车辆在公路上行驶的 错误观念。
第三章
设计荷载
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
作用分类和作用代表值 永久作用 可变作用 偶然作用 作用效应组合
作用(action)：所有引起结构反应的原因 按作用的性质，可为两类：
一类是直接施加于结构上的外力，如结构重力、 车辆、人群等，称为“荷载”(Load)； 另一类不是以力的形式施加于结构，其产生的 效果与结构本身的特性及结构所处环境等有关，如 基础变位、混凝土收缩和徐变，温度变化等,以前习 惯上也称其为“荷载”，但这种叫法并不确切. 作用效应(effect of an action): 结构对所受作用的反应，如构件承受的弯矩、 剪力，结构的位移等，称为作用效应。
新规范 车道荷载的计算图式
①公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为: qk =10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取： 桥梁计算跨径小于或等于5m时，Pk =180kN； 桥梁计算跨径等于或大于50m时，Pk =360kN； 桥梁计算跨径在5m~50m之间时， Pk 值采用直线内插 求得。 计算剪力效应时，上述集中荷载标准值 应乘以1.2 的系数。 ②公路—II级车道荷载的均布荷载标准值 和集中 荷载标准值 按公路—I级车道荷载的0.75倍采用。 ③车道荷载的均布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 相应影响线中一个最大影响线峰值处。
混凝土收缩(shrinkage)及徐变(creep)作用