桥梁设计荷载西南交通大学李亚东

1.0-3.0万
线路形态
隧道为主
隧道为主
地面或高架
路用情况
专用
专用
专用
车辆宽度（m）
3.0
2.8
2.6
最大轴重（t）
16
14
11
最大时速（km/h） 80～100
80
80
轨距（mm）
1435
1435
1435
列车最多 车辆编组
6～8
6～8
4～6
《城市轨道交通技术规范》（GB50490-2009）
0.8-2.5万
对公铁两用桥， 如何选择作用及 其大小？
冰压力
冻胀力
温度（均匀温度和梯度温度）作用
支座摩阻力
铁路桥无此项
作用频遇值 作用准永久值
作用标准值 作用频遇值 作用准永久值
“频繁出现” 95%概率分位 “经常出现” 50%概率分位
用于所有作用 仅用于可变作用
频率（概率密度）
足够长观测 期内的数据 拟合曲线
推算的设计基准期内 最大值概率密度
(部分可变和偶然作用)
作用
准永久值
频遇值 标准值
作用的统计曲线及代表值示意
永久作用－标准值
可变作用－根据不同的极限状态和组合方式分别采用标 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 ➢ 正常使用极限状态(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 ➢ 正常使用极限状态(按长期效应组合设计)－准永久值
李亚东主编：《桥梁工程概 论》西南交大出版社，2001 年第一版，2006年第二版
西南交通大学《桥梁工程概 论》专业课程于2009年入选 为国家级精品课程和国家级 网络精品课程，即“双精品 课程”。
高等教育“十一五”国家级 规划教材，2006年荣获第七 届全国高校出版社优秀畅销 书二等奖
一 二 三 四 五
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
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（自下而上的）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
在检算结构的使用性能时，预加力当视为恒载；在检算结构的承载能 力时，预加力不作为恒载，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
超静定结构中基础变位会产生附加内力
11
常用材料的重力密度
一 二 三 四 五
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车辆活载—桥梁承受的机动交通活载
➢ 铁路桥－列车活载； ➢ 公路桥－各类汽车活载； ➢ 公铁两用桥－列车活载+汽车活载
标准活载—设计统一采用的车辆活载（车辆活 载的种类繁多，故需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 加以规范确定）
施加在结构上的力
引起结构外加变形 、约束改变的原因
直接作用（荷载） 间接作用
结构对所受作用的反应
结构内力的反应 结构变位的反应
公路、铁路桥梁作用分类对比
公 永久作用
路 桥
可变作用
梁 偶然作用
恒载
铁
活载+附加力
路 桥
特殊荷载
梁
作用
永久 作用
偶然 作用
可变 作用
结构使用期
公路桥梁各作用随时间变化的性质（示意）
的标准，与中－活载图式 相同但数值大幅减少
• 专用铁路的活载标准，结
合具体情况确定
局部构件
结构整体
• 考察实际运行的列车及其发展趋势，中－活载标准已不适 用。（2000年前蒸汽机车已停运，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）
• 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。
在外部超静定的混凝土桥梁结构中，混凝土收缩及徐变作用的影响是 长期存在的。基础变位一旦发生，其对结构的影响也是长期的
附属结构（铺装、护栏等）的附加重力，二期恒载 受力结构（梁）的自重，一期恒载 墩台自重
土对下部结构的侧压力
混凝土的收缩徐变会产生变形， 超静定结构中还会产生内力 预加力，视为恒载或 结构抗力的一部分
桥梁结构需安全承受人类活动及环境变化所施
加的影响，这样的影响可统称为“作用”
作用的类型、大小、方式的确定是否得当，
既关系到桥梁安全，也关系到桥梁建设费用
为便于桥梁设计，需要制订相关的作用或荷载
标准，而这些标准并不是一成不变的
综合介绍公路、铁路桥各类作用及其组合的基
本概念和计算原则，实际应用时按规范办理
地面为主 隔离或少量混用
2.6 10 70 1435 2～4
0.6-1.0万
地面 混用为主
2.6 9 45～60 1435 2
C型车 B型车 A型车
某中低速磁浮试验线（举例）
参照《高速磁浮 交通设计规范》 、 《中低速磁浮 交通设计规范》 (征求意见稿)
根据车型确定活 载图式及大小
注意三种不同的 作用状态
永久作用
可变作用
偶然作用
结构重力（包括结构附加重力）
汽车荷载+汽车冲击力
地震作用
预加力
汽车离心力
船舶或漂流物的撞击作用
土的重力
汽车引起的土侧压力
汽车撞击作用
施工荷载
土侧压力 混凝土收缩及徐变作用 水的浮力 基础变位作用
人群荷载
汽车制动力
列车牵引力
风荷载 流水压力
列车横向摇摆力 长钢轨纵向水平力
列车脱轨荷载 长钢轨断轨力
• 准永久值－标准值乘以准永久值系数φ2 ➢ 按弹性阶段计算结构强度－标准值
偶然作用－标准值
铁路桥梁各类荷载－只有“标准值”
一 二 三 四 五
桥梁上部结构的恒载－结构自身重力和附属设备等外加重力
桥梁下部结构的恒载－由支座传递下来的上部结构的重力、墩台自身 重力、土压力和水压（浮）力等
结构重力＝结构体积×材料容重（重力密度）
荷载等级——分为公路－I级、公路II级，其选用与公路等级有关
• 我国高速铁路列车活载标准：ZK活载 0.8*UIC
等级 系统类型 适用车辆类型
城市轨道交通技术等级表（共V级）
I级
II级
III级
IV级
高运量地铁
大运量地铁
中运量轻轨
次中运量轻轨
A型车
B型车
C-Ⅰ、Ⅲ型车
C-Ⅱ型车
V级 低运量轻轨 现代有轨电车
最大客运量 （单向小时人次）
4.5-7.5万
3.0-5.5万
静活载—不包含冲击力的车辆活载。
• 发展情况：1938年公布中
华活载标准，1951年制订 了中－Z活载标准，1975 年对中－Z活载标准进行 修订，形成目前所用的中 －活载标准。
• 中－活载（模拟荷载）由
普通活载与特殊活载组成 ，适用于标准轨距1435 mm的干线铁路
• 地方窄轨（轨距762mm）