第三章 作用及作用效应组合

0.5 1.0
编号 作用分类
1 可变作用
2 3 4 5 6 7 8
偶然作用
作用类别
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
支座摩阻力 地震作用
船舶或漂浮物的撞击作用
续上表
作用分项系数 符号 对结构承载力有利和不利
跨越江、河、海湾的桥梁，位于通航河道或有漂 流物的河流中的桥梁墩台，设计时必须考虑船舶或 漂流物对桥梁墩台的撞击作用。
（3）汽车撞击作用
桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用。
汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取1000kN， 在车辆行驶垂直方向取500kN，两个方向的撞击力 不同时考虑，撞击力作用于行车道以上1.2m处，直 接分布于撞击涉及的构件上。
当不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水 两种情况与其他作用组合，取其最不利者。
（5）混凝土收缩及徐变作用
混凝土收缩的计算可按结构降温考虑，混凝土徐 变影响的计算可依据混凝土应力与徐变变形呈直线 关系的假定并确定适当的徐变系数来进行。
（6）基础变位的影响
3.3.2 可变作用
（1）概念
在结构使用期间，其量值随时间而变化或其变化 值与平均值相比不可忽略不计的荷载作用。
（1）地震作用 地震区建造桥梁，必须考虑地震作用。
对于地震动峰值加速度系数等于0.10g、0.15g、 0.20g、0.30g地区的公路桥涵，应进行抗震设计；
地震动峰值加速度系数大于或等于0.40g地区的 公路桥涵，应进行专门的抗震研究和设计；
地震动峰值加速度系数小于或等于0.05g地区的 公路桥涵，除有特殊要求外，可采用简易设防。 （2）船舶或漂浮物的撞击作用
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
m
n
Ssd SGik 1 j SQjk
i 1
j 1
2）作用长期效应组
合m
车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。
车道荷载的纵向加载为均布荷载标准值满布 加 于使结构产生最不利效应的同号影响线上。 载 规 集中荷载标准值只用于相应影响线中一个最 定 大影响线峰值处。
横向分布系数按设计车道车辆荷载计算。
折减规定
当桥涵设计车道数大于2时，由汽车荷载产生的 效应应进行横向折减，但折减后的效应不得小于两 设计车道的荷载效应。
1.4
Q1
Q2 Q3
Q4
Q5
1.1
Q6
1.4
Q7
Q8
1.0
3.2.3 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
m
n
0Sud 0 ( GiSGik S Q1 Q1k C QjSQjk )
3.作用及作用效应组合
3.1 作用的分类 3.2 作用的选定和作用效应组合 3.3 作用的规定与计算
3.1 作用的分类 3.1.1 作用定义
作用于桥梁结构的荷载和引起结构外加变形 或约束变形的原因统称为作用。
3.1.2 作用分类
编号 1 2 3 4 5 6 7
表3-1 作用分类
作用分类 永久作用
作用名称 结构重力（包括结构附加重力）
支座摩阻力 地震作用
船舶或漂浮物的撞击作用 汽车撞击作用
3.2 作用的选定和作用效应组合
3.2.1 作用的代表值
作用代表值一般可分为标准值、频遇值和准永久 值。
作用的分类 代表值
表3-2 作用的代表值
永久作用 可变作用
标准值
标准值、频遇值、准永久值
偶然作用 标准值
在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作为代表值。
横向布置 车队数
3 4 5
表3-10 横向折减系数
横向折减 系数
横向布置 车队数
0.78
6
0.67
7
0.60
8
横向折减 系数
0.55 0.52 0.50
当桥梁计算跨径大于150m时，应按表规定的纵 向折减系数进行纵向折减。
计算跨径L （m）
150≤L＜400 400≤L＜600 600≤L＜800
当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影 响时，该作用不参与组合；实际不可能同时出现可 变作用，或组合概率很小的作用，不考虑其作用效 应的组合。
多个偶然作用不同时参与组合。
3.3 作用的规定与计算
3.3.1 永久作用（恒载）
（1）概念 在结构使用期间，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。 （2）内容
1）结构重力 结构自重、桥面铺装及附属设施等。 2）预加力
对预应力混凝土桥梁结构，预加力在结构正常使 用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为 永久作用计算其主效应和次效应，计算时应考虑相应 阶段的预应力损失，但不计由于偏心距增大所引起的 附加效应。
在结构承载能力极限状态设计时预加应力不作为 作用，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。
作用组合
c
永久作用+汽车荷载+人群荷载(或其他一种可变作用)
0.8
永久作用+汽车荷载+二种可变作用[ 除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)]
0.7
永久作用+汽车荷载+三种可变作用[ 除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)]
0.6
永久作用+汽车荷载+四种（及多于四种）可变作用[ 除汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)] 0.5
钢结构重力(包括结构附加重力)
预加力
土的重力
混凝土收缩和徐变作用
土侧压力
水的浮力
基础变位 混凝土和圬工结构
作用
钢结构
符号
G1
G2 G3 G4 G5 G6 G7
作用分项系数
对结构的承 对结构的承 载力不利时 载力有利时
1.2
1.0
1.1或1.2 1.2
1.0 1.4 1.0
但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力的 次效应。
（3）土的重力和土侧压力
4）水的浮力
基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算 稳定时，应考虑设计水位的浮力；当验算地基应力时， 可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。
基础嵌入不透水性地基的的桥梁墩台不考虑水浮 力。
作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。 对桩嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者，不应考 虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截 面面积。
同向行驶双Байду номын сангаас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。
2）人群荷载
设有人行道的桥梁，在以汽车荷载计算内力时， 应同时考虑人行道上人群荷载所产生的内力，人群 荷载标准值按以下规定采用：
当桥梁计算跨径L0≤50m时，人群荷载标准值为 3.0kN/m2；
i1
j2
m
n
0Sud 0 ( SGid SQ1d C SQjd )
i 1
j2
表3-4 结构重要性系数及设计安全等级
桥涵结构 特大桥、重要大桥 大桥、中桥、重要小桥 小桥、涵洞
设计安全等级 一级 二级 三级
结构重要性系数 1.1 1.0 0.9
表3-5 可变作用效应的组合系数 c
公路等级
高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路
汽车荷载等级
公路一级
均布荷载标准值 qk(kN/m)
10.5
集中荷载标准值 Pk(kN）
l 5m : PK 180kN l 50m : PK 360kN 5m l 50m : Pk值采用 180 ~ 360kN直线内插
公路二级 7.785
l 5m : PK 135kN l 50m : PK 270kN 5m l 50m : Pk值采用 135 ~ 270kN直线内插
注： l为桥梁计算跨径。计算剪力效应时，表中集中荷载标准值应乘以1.2。
应用：整体计算采用车道荷载；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。
（2）内容
1）汽车荷载及其影响力 汽车荷载 等级：公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级
公路等级 汽车荷载等级
表3-8 各级公路桥涵的汽车荷载等级
高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路
公路一级
公路二级
组成：车道荷载和车辆荷载
图3-1 车道荷载
图3-2 车辆荷载
表3-9 各级公路桥涵的汽车荷载等级和车道荷载标准值
编号 13 15 16 18
作用名称 汽车制动力
流水压力 冰压力
支座摩阻力
不与该作用同时参与组合的作用编号 15、16、18 13、16 13、15 13
公路桥涵设计时应考虑结构上可能同时出现的作 用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行 作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。
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效应组合进行设计。
预加力 土的重力 土侧压力 混凝土收缩和徐变作用 水的浮力 基础变位作用
编号 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
作用分类 可变作用
偶然作用
续上表
作用名称 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
当L0≥150m时，人群荷载标准值为2.5kN/m2； 当50m＜L0＜150m时，可由线性内插得到人群 荷载标准值。 不等跨的连续结构，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 准值取上述规定值的1.15倍。
专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5 kN/m2。
人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标 准值4.0 kN/m2的均布荷载计算。
计算人行道栏杆荷载时，作用在栏杆立柱顶上的 水平推力标准值取0.75 kN/m；作用在栏杆扶手上 的竖向力标准值取1.0 kN/m。
人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在 纵向施加应使结构产生最不利荷载效应的区段内。
3）风荷载
4）流水压力
5）温度作用
6）支座摩阻力
3.3.3 偶然作用
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称为偶然作用。
当填料厚度（包括路面厚度）≥50cm拱桥、涵洞以 及重力式墩台，不计冲击作用。
离心力
C V 2 /127R
V —设计速度 （km/h） 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。
汽车引起的土压力
h G
Bl0
汽车制动力
《桥规》规定，一个设计车道上由汽车荷载产生 的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计 算的总重力的10%，但公路-Ⅰ级汽车荷载的制动力 标准值不得小于165kN；公路-Ⅱ级汽车荷载的制动 力标准值不得小于90kN。
n
S1d SGik 2 j SQjk
i1
j 1
表3-6 可变作用效应频遇值系数和准永久值系数
作用类别
汽车荷载(不计冲击力) 人群荷载 风荷载
频遇值 系数
0.7
准永久值 系数
0.4
1.0 0.75
作用类别
温度梯度 作用
其他作用
频遇值系数 准永久值系 数
0.8
1.0
表3-7 可变作用不同时组合表
表3-11 纵向折减系数
纵向折减 系数
计算跨径L （m）
0.97 0.96 0.95
800≤L＜1000 L≥1000
纵向折减 系数
0.94 0.93
汽车冲击力
当汽车以较高速度通过桥梁时，使桥梁发生振动 而造成内力和变形增大的现象称为冲击作用。
表3-12 钢筋混凝土、圬工桥涵的冲击系数
结构基频 f (Hz) 冲击系数
在正常使用极限状态按短期效应组合设计时，应 采用频遇值作为代表值；按长期效应组合设计时， 应采用准永久值作为代表值。
3.2.2 作用的设计值
作用的设计值为作用的标准值乘以相应的作用分 项系数。
编号
1
2 3 4 5 6 7
作用分类 永久作用
表3-3 作用分项系数
作用类别
混凝土和圬工结构重力（包括 结构附加重力）
结构基频 f (Hz)
f 1.5Hz
0.05
f 14Hz
1.5Hz f 14Hz 0.1767 ln f 0.0157
冲击系数
0.45
《桥规》规定：
钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥 等上部构造和钢支座、板式橡胶支座及钢筋混凝土柱 式墩台，应计算汽车的冲击作用。
汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲 击系数采用0.3。