第三章 设计荷载

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:
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。
计算冲击力引起的连续梁正弯矩效应和剪力效应时，采用f1； 计算负弯矩效应时，采用f2 。
说明： （1）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。 （2）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。 （3）填料厚≥50cm的拱桥、涵洞及重力式墩台不计 冲击。 （4）支座的冲击力按相应的桥
一、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。 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)。
G h
Bl0 γ
五、人群荷载
1、标准值：
注：
对跨径不等的连续结构，以最大 计算跨径为准。
kN/m2
p人
3.0 2.5
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。
50 150
l
m
专用人行桥梁，人群荷载标准值 为3.5kN/m2。
2、加载方式：
①在横向应布臵在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不 利荷载效应的区段内。 ②人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均 布荷载计算。 ③计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取 0.75KN/m; 作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m。
轮廓尺寸
车辆荷载的主要技术指标
项目 单位 技术指标
车辆重力标准值
kN
550
前轴重力标准值
中轴重力标准值 后轴重力标准值 轴距
kN
kN kN m
30
2×120 2×140 3+1.4+7+1.4
轮距
前轮着地宽度及长度 中、后轮着地 宽度及长度 车辆外形尺寸(长×宽)
m
m m m
1.8
0.3×0.2 0.6×0.2 15×2.5
六、汽车制动力
1、原因：是车辆减速或制动时的惯性力。 2、 方向：与行车方向一致。 3、作用点：公路桥面以上1.2m。 但在计算墩台时移至支座中心处，不计因此而产生的竖向力和 力矩。 4、计算：按同向行驶的汽车荷载（车道荷载，不计冲击力）计算。 1车道：取在加载长度内车道荷载的10%，但公路—Ⅰ级不小于 165kN，公路—Ⅱ级不小于90kN； 同向行使双车道：取1车道制动力的两倍； …………三……：………………的2.34倍； …………四……：………………的2.68倍。 5、加载：以使桥梁墩台产生最不利纵向力的方式进行加载，并考 虑纵向折减。
三、汽车离心力
1、原因：曲线桥，R≤250m时 2、离心力标准值： =车辆荷载（不计冲击）标准值×离心力系数C
离心力系数(率)
3、离心力作用点：
C
2
127r
铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m
四、汽车引起的土侧压力
1、原因： 车辆荷载作用在桥台台背或路堤挡土墙上，将引 起台背填土或挡土墙后填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的 土侧压力。 2、加载方式：采用车辆荷载加载； 3、横向布置 单向行驶：W的下限为3.5N，上限为3.5(N+1)
双向行驶：W的下限为3.5N，上限为3.5(N+2)
2.5
0.6
2.5
单位：m
1.8
1.3
1.8
0.5
汽车荷载折减：
横向折减系数 横向布置车 队数 横向折减系 数
2 1.00
3 0.78
4 0.67
5 0.60
6 0.55
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。 预加力(对于预应力结构): 使用状态（或阶段）应力计算时：预加力作为永久作用， 但不计偏心距增大的附加效应。 承载能力状态设计时：预加力不作为作用，而为结构抗力。
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。
二、作用代表值:
1、作用代表值：代表作用大小的数值,它采用数理统计的方法 或根据工程经验加以确定。 在进行桥梁结构或构件设计时，需针对不同设计目的采用 规定的各种作用值。 作用代表值包括作用标准值、频遇值和准永久值。 作用标准值:为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。 作用频遇值:是可变作用的一种代表值，其可根据在足够 长的观测期内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。 作用准永久值:是可变作用的另一种代表值，其可根据在 足够长的观测期内作用任意时点概率分布的0.5(或略高于 0.5)分位值确定。
第二节
永久作用
永久作用：亦称恒载，在设计基准期内其值不随 时间变化，或其变化与平均值相比忽略不计的作 用。 其作用位臵、大小和方向一般是固定不变的.
永久作用包括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、 人行道及附属设备）、作用于结构上的土重及土 侧压力、基础变位影响力、水浮力、混凝土收缩 和徐变的影响力等。
八 、流水压力和冰压力
位于河流中的桥墩会受到流水和流冰的压力，规范给出的
流水压力以水流速度作基准，并考虑桥墩迎水面形状的影响得
到。当流速大于10m/s时，还应考虑水流的动力作用因素；规范
给出的流冰压力计算公式适用于通常的河流流冰情况，它以冰
体破碎极限强度作基准建立起来的。 流水压力和流冰压力的大小均与桥墩的形状相关，桥墩的迎水 （冰）面宜做成圆弧形或尖端形，以减小流水压力和流冰压力。
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
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
混凝土收缩(shrinkage)及徐变(creep)作用 对外部超静定的混凝土桥梁结构以及钢一混组合桥梁 结构，混凝土收缩(shrinkage)及徐变(creep)作用是长期 存在的。 混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力与徐变变形 呈线性关系的假定进行分析。 混凝土收缩系数和徐变系数的确定，按照《公路钢筋 混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)和 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》 (TB 10002.3-2005)中的规定计算。
7 0.52
8 0.50
纵向折减系数 计算跨径l （m） 纵向折减系 数 150≤l＜ 400 0.97 400≤l＜ 600 0.96 600≤l＜ 800 0.95 800≤l＜ 1000 0.94
l≥1000
0.93
二 汽车冲击力
汽车高速驶过桥梁、桥面不平整、发动机震动等会引起桥梁结 构振动，从而造成内力增大，这种动力效应常称为冲击作用。 1、标准值：汽车荷载冲击力的标准值以冲击系数μ表示。 汽荷冲击力=汽车荷载标准值×μ 2、μ的计算（影响因素：基频）： 基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容， 它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。 f<1.5Hz时，μ=0.05 1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0.1767lnf-0.0157 f>14Hz时，μ=0.45
（2）汽车荷载组成：由车道荷载和车辆荷载组成。整体计算采 用车道荷载，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。注：车辆荷载与车道荷载的作用不 得叠加。
2、汽车荷载的计算图式及标准值
（1）车道荷载的标准值

计算图式：车道荷载由均布荷载和集中荷载组成
标准值：
公路—Ⅰ级： 车道 荷载 均布荷载标准值 qk=10.5kN/m； 集中荷载标准值
Pk
360 180
kN
5
50
l
m
公路—Ⅱ级： qk，Pk均按公路—Ⅰ车道荷载的0.75倍采用。
说明：
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。 计算剪力效应时，集中荷载标准值PK应乘以1.2 的系数。
（2）车辆荷载的标准值
七、 风荷载
1、原因：当风以一定速度运动并受到桥梁阻碍时，桥梁就 承受到风压。对大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，风 荷载是极为重要的设计荷载，有时甚至起着决定性的作用， 即对结构的强度、刚度和稳定性起控制作用。 2、计算： 规范规定的风荷载计算方法，是采用静力计算方法。 横桥向：横桥向风荷载标准值=横桥向风压×迎风面积 顺桥向：常按横向风压折减计算 桥面系及上承式梁的风荷载，可不计 桥墩风荷载=横桥向风压的70% ×桥墩迎风面积 桥塔风荷载标准值=横桥向风压×迎风面积
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。 1）对永久作用和偶然作用，采用标准值。 2）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。 承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度 时,采用标准值； 正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时， 采用频遇值（标准值乘以频遇系数）； 按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久 值（标准值乘以准永久系数）。
第三章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
设计荷载
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。
表3．1 公路桥梁作用分类表
第一节 作用分类和作用代表值
需要注意的是: 有些作用是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、 牵引力等；
另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁 路荷载的基础上，增加公路桥全部活载的75％；但对仅承受 公路活载的构件，应计及全部公路活载。
第一节 作用分类和作用代表值
九、 温度作用
1、原因：因温度的变化而引起的结构变形和附加力。 2、温度的变化可分为: (年平均)均匀温度变化和梯度温度(温差)两种情况： 前者表示结构整体在一年中的温度变化； 后者表示结构截面上的不同点或不同材料之间的温度差异， 即沿横截面竖向、横向的温度梯度。
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
一、汽车荷载
1、汽车荷载等级和组成
（1）分为两个等级：公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级
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