第三章公路桥梁上的作用

• 混凝土的收缩与徐变
• 外部超静定结构、钢筋混凝土结构 • 应变系数和徐变系数：《公路钢筋混凝土 及预应力混凝土桥涵设计规范》 • 徐变的计算，假定应力与应变成线性关系 • 圬工结构，折减系数０.４５
２
可变作用计算
1）、公路汽车荷载 公路汽车荷载分为公路—I级和公路II级 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合规定。
《城桥荷载》对车辆荷载的冲击系数规定如下：
1）车道荷载冲击系数： μ = 20 (80 + l) 式中：l —跨径（ m ） 当l ＝20m时，μ ＝0.2； 当l ＝150m时，μ ＝0.1。
2）车辆荷载的冲击系数： μ = 0.6686 − 0.3032 log l 但是μ 的最大值不能超过0.4 。
• 4)汽车荷载引起的土侧压力
• 《公桥通规》规定：车辆荷载在桥台或挡土 墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力，可 换算成等代均布土层厚度h（m）计算：
5)汽车荷载的土制动力
• 制动力是汽车在桥上刹车时为克服其惯性力而在车 轮与路面之间发生的滑动摩擦力（摩擦系数可达 0.5 以上）。 • 《公桥通规》规定：一个设计车道上，汽车荷载产 生的制动力为加载长度上汽车荷载总重的10%，公 路-Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN； 公路-Ⅱ级车荷载的制动力标准值不得小于90kN。 同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准为一个设计 车道制动力标准的2.0倍；同向行驶三车道为一个 设计车道的2.34倍；同向行四车道为一个设计车道 的2.68倍。制动力的方向为汽车行车方向，其着力 点在桥面以上1.2m 。
５ 作用效应组合 • 一、公路桥梁组合的原则 • （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。 • （2）当可变作用的出现对结构或结构构件 产生有利影响时，该作用不应参与组合。 • （3）施工阶段作用效应的组合，应按照计 算需要及结构所处条件而定，结构上的施 工人员和施工机具设备均应作为临时荷载 加以考虑。 • （4）多个偶然荷载不同时参与组合。
车辆荷载的主要技术指标 项目
重力 前轴 中轴 后轴
单位
KN KN KN KN
技术指标 项目
550 30 2*120 2*140 轮距 前轮 中后轮
单位 技术指标
m m m 1.8 0.3*0.2 0.6*0.2 15*2.5
车辆尺寸 m
轴距
m
3+1.4+7+ 1.4
横向折减系数
车道 系数 2 1.00 3 0.78 4 0.67 5 0.60 6 0.55 7 0.52 8 0.50
• 二、公路桥梁承载能力极限状态设计的作 用组合 • （1）基本组合，它是永久作用的设计值与 可变作用的设计值效应组合。
• （2）偶然组合，它是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；与偶然作用同时出现的可变 作用，可根据观测资料和工程经验取用适 当的代表值。
• 《城桥荷载》对汽车荷载制动力的规定为： 一个设计车道的制动力，城-A 级采用160kN 或10% 车道荷载两者中的较大值；城-B 级采 用90kN 或10% 车道荷载两者中的较大值， 车道荷载不包括冲击作用。 • 当计算的加载车道为2条或2 条以上时，应以 2 条车道为准，其制动力不折减。制动力作 用点的规定同《公桥通规》。
② 公路一Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qx 和集中荷载标准值PK按公路一I级车道荷 载的0．75倍采用。
③ 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最 大影响线峰值处。
二) 车辆荷载 • 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。
• 撞击作用
• 作用效应 • 结构对所受作用的反应
• 弯矩、扭矩、位移、应变等
２
永久作用计算
• 结构重力 构件尺寸及重力密度 • 预加力 正常使用极限状态设计、使用阶段构件应 力计算 承载能力极限状态设计时不考虑其作用 • 墩台土压力、土侧压力 《公路桥涵设计通用规范》
• 水的浮力 • 透水性地基 以设计水位浮力作稳定验算， 以低水位浮力作地基应力验算（或不考虑） • 不透水性地基 不考虑 • 桩基承台浮力 • 地基透水性无法判断时 取最不利效应组 合
设计车道数
桥面宽度W（m）
单向 双向
车道 数目 １
桥面宽度W（m）
单向 双向
车道 数目
<7.0
7.0-10.5
17.5-21
21-24.5 21-28
6-14
２
10.5-14
３
14-21 ４
24.5-28
28-31.5 28-35
14-17.5
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
二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的 设计可采用公路一I级汽车荷载。 四级公路上重型车辆少时。其桥涵设计所采用的 公路一Ⅱ级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数， 车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。

－）车道荷载
①公路一I级车道荷载的均布荷载标准值为 qx=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一50m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PK应乘以l· 2 的系数。
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。
城－Ａ级车道荷载
城－B级车道荷载
城－Ａ级 跨径2-２０m
计算弯矩，车道荷载的均布荷载标准值 qM=22.5kN/m； 计算剪力，均布荷载标准值qQ=37.5kN/m 集中荷载P=140kN
计算弯矩，qM=10.0kN/m 计算剪力，qQ=15.0kN/m 集中荷载P=300kN 车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数。计 算剪力乘增长系数1.25。
• 作用 • 施加在结构上的一组集中力或分布力，或 者是引起结构外加变形或者约束变形的原 因 • 直接作用：车辆、人群、结构自重等 • 间接作用：地震、结构不均匀沉降、混凝 土收缩及徐变、温度变化等


永久作用
在结构使用期间，其作用位置和大小、方 向不随时间变化，或其变化与平均值相比可 以忽略不计的作用。 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
公路桥梁上的作用
重点：
什么是作用
作用的类型
作用效应的组合及计算
１ 桥梁作用分类
《公桥通规》中将桥梁作用（ action ）分为 三大类： 永久作用（ permanent action ） 可变作用（ variable action ） 偶然作用（ accidental action ） 《城桥荷载》）的荷载分类基本同《公桥通 规》。
汽车荷载： 车辆荷载（标准载重汽车） 车道荷载（标准荷载）
城－Ａ级车辆荷载
城－Ｂ级车辆荷载
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。
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
•车道荷载横向分布系数应按设计车道数布 置车辆荷载进行计算。 •桥涵设计车道数应符合规定。多车道桥梁 上的汽车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设 计车道数等于或大于2时，由汽车荷载产生 的效应应按规定的多车道折减系数折减，但 折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效 应。
•大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折 减。 •当桥梁计算跨径大于150m时，应按规 定的纵向折减系数进行折减。 •当为多跨连续结构时，整个结构应按最 大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折 减。
• 地震动峰值加速度等0.10g、0.15g、0.20g、 0.30g地区的公路桥梁，应进行抗震设计。 地震动峰值加速度大于或等于0.40g地区的 公路桥梁，应进行专门的抗震研究和设计。 地圧动峰值加速度小于或等于0.05g地区的 公路桥梁，除有特殊要求者外，可采用简 易设防。
• 做过地震小区划的地区，应按主管部门审 批后的地震动参数进行抗震设计。公路桥 梁的地震作用的计算和结构设计，应符合 《桥梁抗震设计细则》的规定。
跨径２０m-150m
城－B级 跨径2-２０m
计算弯矩，车道荷载的均布荷载标准值 qM=19.0kN/m； 计算剪力，均布荷载标准值qQ=25.0kN/m 集中荷载P=130kN
计算弯矩，qM=9.5kN/m 计算剪力，qQ=11.0kN/m 集中荷载P=160kN 车道数等于或大于4条时，计算弯矩不乘增长系数。 计算剪力乘增长系数1.30。
７）其它作用力
• • • • • •
风荷载 流水压力 冰压力 温度作用 支座摩阻力 详见《公桥通规》和《城桥荷载》
3、偶然作用
• 偶然作用在设计使用期内不一定出现，但 一旦出现，其 持续时间较短而数值很大。 • 公路桥梁的抗震设防一般为设计地震烈度8 度，连续梁桥、 T形刚构桥等为7度。 • 《公路工程抗震设计规范》 • 通航河流、有漂流物的河流： 桥梁墩台，应考虑船只或漂流物的撞击力。
3)汽车荷载离心力 • 《公桥通规》规定：位于曲线上的桥梁，当曲 线半径等于或小于250m 时，须考虑车辆离心 力的作用。离心力为车辆荷载（不计冲击力） 乘以离心系数C ，离心力系数按下式计算： • 在计算多车道的离心力时，应按规定进行横向 折减。离心力的着力点在桥面以上1.2m 。 • 《城桥荷载》的规定同上。
• 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。
• 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； • 组合Ⅱ ：一种或几种基本可变荷载和一种或几种 永久荷载叠加后，与其他可变荷载相组合； • 组合Ⅲ ：一种或几种基本可变荷载和一种或几种 永久荷载叠加后，与偶然荷载中的船只或漂流物 撞击力相组合； • 组合Ⅳ ：桥梁在进行施工阶段验算时，根据可能 出现的结构重力、脚手架、材料机具、人群、风 力以及拱桥的单向推力等施工荷载进行组合； • 组合Ⅴ ：结构重力、预应力、土的重力及土侧压 力中的一种或几种与地震力相结合。
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 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. 5kN／㎡。
跨径２０m-150m
2)汽车荷载的冲击力 • 冲击作用：车辆以较高速度驶过桥梁时，由于桥面不 平整、车轮不圆、发动机抖动等原因， 使桥梁结构引 起振动。 • 冲击系数：μ • 《公桥通规》规定： 1 、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、盆式橡胶支座 及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。 2、冲击系数μ可按下式计算： 当f＜1. 5Hz时， μ=0. 05 当1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0. 17671nf－0.157 当f＞14Hz时， μ=0. 45 式中f——结构基频(Hz)。

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可变作用
可变作用是指在结构使用期间，其作用位 置和大小、方向随时间变化，且其变化与平 均值相比不可忽略的作用。

按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本 可变作用（又称活载，live load）和其他可 变作用。

• 偶然作用 • 在设计使用期内不一定出现，但一旦出现， 其持续时间较短而数值很大。 • 地震作用