1.3桥梁的设计荷载

2. 加载方式 ①在横向应布置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。
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第1篇 总论
土木与建筑工程学院 道桥教研室
第3章 桥梁的设计作用
➢ 重点掌握：
1.桥梁作用分类； 2.作用计算； 3.作用效应组合。
作用——施加于结构上的一组集中力或分布力，或引起结 构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，也称荷 载,后者称间接作用。
在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或 其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。
l0 ——桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m计； ∑G ——布置在B×l0面积内的车辆车轮重力，以kN计。
注：当涉及多车道加载时，车轮总重力应按表1.7进行折减。
6、汽车制动力
原因： 车辆减速或制动时为克服车辆的惯性力而在路面 与车辆之间发生的滑动摩擦力。作用于桥跨结构 的方向与行车方向一致。
，比例越高。
2、预加力
预加应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，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应阶 段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力 不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。但在连 续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应。
3、混凝土收缩徐变影响力
3） 折减系数
a、当横向布置车队数大于2时，应计入横向折减 ，但折减后不得小于用两行车队计算的结果。
横向折减系数
b、当桥梁计算跨径大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵 向折减。
纵向折减系数
2、汽车冲击力
1.原因： 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，这种动力效应称为冲 击作用。 2.冲击系数μ： 汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。 3.计算：
《桥规》规定 ①一个设计车道时，按布置在加载长度上汽车重 力的10%计算，但公路—I级汽车荷载制动力标准 值不得小于165kN；公路—II级不得小于90kN。
②多车道时要考虑横向折减，同向行驶双车道的汽 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。
在外部超静定结构的混凝土桥梁中，混凝土收缩徐变影响 力是长期存在并起作用的。基础变位一旦发生，对结构的影响 也是长期的。混凝土收缩徐变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预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，基础变位的影响可按工程 实际情况加以分析。
4、水的浮力
8、流水压力和冰压力
(1) 以结构基频为主要影响因素
(2) 计算方法：
当 f＜1.5Hz时，
μ＝0.05
当1.5Hz＜f＜14Hz时，
μ＝0.1767lnf – 0.0157
当f＞14Hz时，
μ＝0.45
（1.1）
当汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上时，μ＝0.3。
桥梁的自振频率（基频）宜采用有限元方法计算，对 于如下常规结构，当无更精确方法计算时，也可采用下 列公式估算：
1 简支梁桥：
f1
2l2
EIc mc
mc G/ g
式中：l ——结构的计算跨径（m）；
E ——结构材料的弹性模量（N/m2）；
I c ——结构跨中截面的截面惯性矩（m4）； m c ——结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当
换算为重力计算时，其单位应为（N/m2）；
G ——结构跨中处延米结构重力（N/m）；
550KN汽车的平面尺寸
1.8 1.3 1.8 0.5
横向布置
图1-4-2 各级汽车的平面尺寸和平面布置（尺寸单位：m）
第3章
每条履带单位压力56KN/m
总重力500KN
桥梁的设计作用（荷载与作用）
履带—50
4.5
0.7
0.7
2.5 1.0
3.2
200 200
200 200
横向布置
挂车—80
1.2
时： 1）当主1 拱为10等5截16面.45或53 其.4 34 他f5拱2 0 f桥1 286 （7如f4桁架拱、刚架拱等）
其中，f 为拱桥矢跨比。
2）当主拱为变截面拱桥时：
1105r3rr14fr22f2r3f4
式中的ri为系数，可按下式确定：
ri Ri nTi
其中，n为拱厚变化系数，Ri、Ti 的数值由
永久作用
Description of the products
作用
可变作用
在结构使用期间，其量值随时间 变化，且其变化值与平均值比较 不可忽略的作用。
偶然作用
在结构使用期间出现的概率 很，一旦出现，其值很大且 持续时间很短的作用。
作 用 分 类
3.1
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）。
4.0
1.2
3.5
250 250
250 250
挂车—100
1.2
4.0
1.2
300 300
300 300
0.5 0.9 0.9 0.9 1.0 3.2
横向布置
挂车—120
1.2
4.0
1.2
图1-4-3 各级验算荷载图式和横向布置（重力单位：KN；尺寸单位：m）
现行公路桥梁汽车荷载
由车道荷载(均布荷载+集中荷载） +车辆荷载组成。
车辆荷载与车道荷载的作用 不得叠加。
桥涵结构的整体计算采用车道 荷载，局部加载、横向桥面板、 涵洞、桥台台后汽车引起的土 压力和挡土墙上汽车引起的土 压力等的计算采用车辆荷载。
T梁结构和箱梁结构的横隔梁 以及拱桥的横梁等均应采 用 车辆荷载计算其效应。
（1）车道荷载的标准值
k k
车道 荷载
均布荷载标准值 qk=10.5kN/m； 集中荷载标准值
桥梁下部结构设计时主要用到静土压力、主动土压力。土的 侧压力计算涉及到结构形式、填料性质、墩台位移和地基变形， 还与水文和外加荷载等因素有关。目前按库仑理论推导的公式 计算土侧压力。
3.2
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。
③制动力的作用点在设计车道桥面以上1.2m处，在 计算墩台时，可移至支座中心（铰或滚轴中心）， 或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上；计 算刚构桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因此而 产生的竖向力和力矩。
7、风荷载
当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻 碍时，结构承受了风压。
对于大跨径桥梁，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。
1、汽车荷载
在桥上行驶的车辆种类繁多，有汽车、平板挂车、履带车、 压路机等，各类车辆在桥梁上出现的机遇不同。通过对实际车辆 的轮轴数目、前后轴的间距、轮轴压力等情况的分析、综合和概 括，公路桥涵设计规范中规定了桥梁设计采用标准化荷载。
常用2种标准化车辆荷载，一种是车队荷载模型，一种是车 道荷载与车辆荷载相结合模型。
➢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。
1、结构、桥面铺装及附属物自重的计算
➢ 结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力均属于结 构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的体积乘 以材料的容重计算。
➢ 以体积乘以相应材料的重力密度。 ➢ 注意：混凝土桥梁上部结构配筋率较高，重力密度取26KN/m3 ➢ 跨径20-150m，自重占全部设计荷载的30-60%以上。跨径越大
表2.5-1查得。
表2.5-1 系数Ri、Ti值
3、人群荷载
1. 取值： （1）
p kN/m2 人
3.0 2.5
50
150
lm
注： 对跨径不等的连续 结构，以最大计算 跨径为准。
（2）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4kN/m2。
我国2019年（2019年）前采用车队荷载模型，后采用国际 上常用的车道荷载与车辆荷载相结合模型。
第五次 第四次 第三次 第二次 第一次
采用西方常用车道模型： 公路-1级、公路-11级
2019年
汽-10、汽-15、汽-20，汽超20， 履带50、挂80、挂100、挂120
1981年
汽-10、汽-15、汽-20，汽超20， 履带50、挂80、挂100、挂120
50 100
汽车荷载 15 4 15 4 5 4 15 4 15
ห้องสมุดไป่ตู้汽车—15级
70 130
120 60 120 70 130
70 130
15 4 15 4 10 4 15 1.4
汽车—20级
70 130
70 130 30 120 140 140 70 130 120
4 15 70 130
15 4 15 4 10 3 7 10 4 15 4 15 1.4 1.4 汽车—超20级
1972年
汽-10、汽-15、汽-26，履带 50、拖50、拖100
1967年
汽-6、汽-8、汽-10、汽-13、汽-18
1956年
过去用过荷载：
30 70
50 100 30 70
30 70
第3章
15 4 15 4 5 4 15 4 15
桥梁的设计汽车作—10级用（荷载与作用）
50 100
70 130 50 100
4、 汽车离心力 原因：当弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，
需考虑车辆的离心力作用。
计算：车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力 系数C。离心力系数按下式计算：
V2 C
127R
式中： V——计算行车速度，应 按桥梁所在路线等级的规定 采用，以km/h计；
R——曲线半径，以m计。
5、 汽车引起的土侧压力
图1-4-1 各级汽车车队的纵向排列（轴重力单位：KN；尺寸单位：m）
2.5
1.8
2.5
1.8 1.8
第3章
桥梁的设计作用（荷载与作用）
4.0
4.0 1.4
7.0
8.0
100KN、150KN、200KN汽车的平面尺寸
300KN汽车的平面尺寸
2.5 0.6 2.5
2.5
3.0 1.4 7.0 1.4 15.0
P k kN
360 180
5
50
lm
注： 1. 计算剪力效应时，集中荷
载标准值PK应乘以1.2的系数。 2.公路-Ⅱ级车道荷载的标准
值qk 和PK按公路-Ⅰ级车道荷载的 0.75倍采用。
（2）车辆荷载的标准值
1.8 2.5
4.0
1.4
7.0 15.0
b) 平面尺寸
1.4
30 120 120 140 140
水浮力指由地表水或地下 水通过地基土壤的孔隙传 递给建筑物基础底面的水 压力，其值等于建筑物所 排开的同等体积的水重。
位于岩石地基上的基础一 般被认为是不透水的，可 不计水浮力；对于碎石类 土、砂类土、粘砂土等透 水性地基上的墩台，要计 考虑水浮力。
5、土的重力及土侧压力
按其产生的条件，分为静土压力、主动土压力和被动土压 力。
车辆荷载作用在桥台台背 或路堤挡土墙上，将引起台
l0
G N
c h
H1
H2
背填土或挡土墙后填土的破 坏棱体对桥台或挡土墙的土
H0
N
Ec
a
ET
d
侧压力：
式中：
h
G
B
l
γ
0
（1.4）
支撑梁
p2 p1 (p'2 ) (p'1)
γ ——土的容重，以kN/m3计；
B ——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度，以m计；
37 1.4 1.4
(a) 立面布置
车辆荷载主要技术指标
（3） 横向布置
2.5
0.6
2.5
单位：m
1.8 1.3 1.8
0.5
设计车道数目与车道总宽度的关系
（4） 加载方式
1） 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。车辆荷 载与车道荷载的作用不得叠加。
2） 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。
g ——重力加速度，g=9.81（m/s2）
2 连续梁桥：
f1
13.616 2 l 2
EIc mc
f2
23.651 2 l 2
EIc mc
计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采
用 f1 ；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用 f2
。
3 拱桥：
f1
1 2 l 2
EIc mc
式中，ω1为频率系数，可按下列公式计算：