第五章桥梁工程的荷载.

⑵偶然组合
永久作用标准值效应 + 可变作用标准值效应 + 一种偶然作用标准值效应； 偶然作用的分项系数取1.0； 与偶然作用同时出现的可变作用，取适当代表值；
⑶作用短期效应组合
永久作用标准值效应 + 可变作用频遇值效应
S sd SGik 1 j SQ jk
i 1 j 1
m
n
第五章 桥梁工程的荷载
§5.1 荷载类型 §5.2 荷载取值 §5.3 各种荷载的计算方法 §5.4 荷载组合
5.1 荷载类型
§5.1.1 荷载与作用
直接作用————集中力或分布力
间接作用————引起结构外加变形或约束变形的原因
§5.1.2 桥梁荷载类型
作用的分类 （主要依据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004） 1、永久作用： ①结构重力②预加力③土的重力④土侧压力⑤砼收缩及 徐变⑥水的浮力⑦基础变位作用
①永久作用内力 A结构重力：主梁、横隔板、人行道板及栏杆、桥面铺装 平均每片梁的结构重力密度： 16.42kN/m
B结构重力作用效应计算
1/ 2 2 MG 1/ 8 q l 1k 0 780.46kN m 1/ 4 2 MG 3/ 32 q l 1k 0 585.35kN m
汽车荷载的选用
根据桥梁所在公路等级选用。
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
汽车荷载的折减
车道多、桥梁长，出现最不利加载概率小，汽车荷载效 应折减； 1、纵向折减
纵向折减：计算跨径>150m，79页，表5-3；多跨连续结 构，按最大跨折减；
l/4 M0 qk 0.5 19.5 3.66 Pk 3.66 1244.5
f

2l 2
EI c 4.326 Hz mc
1.5 Hz f 14 Hz
0.1767ln f 0.0157 0.243
B人群荷载作用 a 跨中 l / 2 M 0 q p 0.75 0.5 19.5 4.875 1Q 65.77 b 四分点
Sud 0 ( Gi SGik Q1 SQ1 C Q j SQ jk )
i 1 j 2
m
n
G 第 i 个永久作用效应的分项系数；
⑴恒载：按教材１０４页表５-２８采用； ⑵其它见教材104页规定；
i
Sud 0 ( Gi SGik Q1 SQ1 C Q j SQ jk )
2、可变作用： （1）汽车荷载；（2）汽车冲击力；（3）汽车离心力； （4）汽车引起的土侧压力；（5）人群荷载； （6）汽车制动力；（7）风荷载；（8）流水压力； （9）冰压力；（10）温度作用；（11）支座摩阻力；
3、偶然作用： （1）地震作用； （2）船舶或漂流物的撞击作用； （3）汽车撞击作用；
⑴桥面净空
净-7+2×0.75m人行道
⑵主梁跨径
计算跨径l=19.5m（支座中心距离）
⑶设计荷载
汽车荷载：公路-Ⅰ级；人群荷载：3kN/m2； ⑷材料 混凝土：C25 ⑸计算方法
极限状态法
⑹结构尺寸 采用5片主梁，5根横梁
2 主梁计算 ⑴主梁的横向分布系数
计算方法参考《桥梁工程》；
⑵作用效应计算
QG1k gl0 5.37 0.71 3.8
⑵汽车荷载作用 车辆荷载产生的内力 悬臂根部，作用于每米宽板条上的弯矩 悬臂根部，作用于每米宽板条上的剪力 M Q1k 37.4kN m ⑶作用效应的组合
QQ1k 45.1kN
①计算承载能力极限状态的作用效应组合 ②计算正常使用极限状态的作用效应组合 作用短期效应组合
城市桥梁，计算梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷 载，根据加载长度、人行道宽度来确定，见86页表5-8， w≥2.4千牛/平方米。 计算人行道板栏杆
作用于栏杆顶水平推力按0.75kN/m考虑， 作用于扶手竖向力按1.0kN/m来考虑。
5.4 荷载组合
《新规范》规定：公路桥涵结构设计，应考虑结构上可 能同时出现的作用，按承载能力极限状态、正常使用极 限状态进行作用效应组合，取其最不利组合进行设计。 承载能力极限状态设计时，考虑的两种作用效应组合
准值；
Sud 0 ( Gi SGik Q1 SQ1 C Q j SQ jk )
i 1 j 2
m
n
C 除汽车荷载效应外的可变作用效应的组合系数；
当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用） 组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取 0.8； 当除汽车荷载外，尚有两种其他可变作用参与组合时，其 组合系数取0.７； 尚有三种其他可变作用参与组合时，其组合系数取0.６； 尚有４种及多于４种的可变作用参与组合时，其组合系数 取0.５；
冲击系数μ可按下式计算 当 时， μ=0.05 f 1 .5 Hz
当
1.5 Hz 时， f 14 Hz
0.1767 ln f 0.0157
当
f 14 Hz
时，
μ=0.45
简支梁桥的基频f的计算公式
f

2l 2
EI c mc
I c 跨中截面惯性矩； mc 跨中处单位长度的质量；
l/4 M0 q p 0.75 0.5 19.5 3.66 1Q 49.3
③作用效应组合 计算承载能力极限状态的作用效应组合 计算正常使用极限状态的作用效应组合 3、桥面板计算 ⑴结构重力作用 每延米恒载 g 5.37kN / m 2 2 每米宽板条恒载内力 M gl / 2 5.37 0.71 / 2 1.7 G1k 0
公路-Ⅱ级车道荷载
其均布荷载标准值和集中荷载标准值，应取公路—Ⅰ级汽车荷载
的车道荷载标准值的0.75倍
车辆荷载 公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级车辆荷载 均采用一辆总重为550千牛的标准车。
汽车荷载的加载方式
车道荷载用于桥梁结构整体计算
车辆荷载用于桥梁结构局部计算 （横隔梁、行车道板、桥台或 挡土墙的计算应采用车辆荷载）
Байду номын сангаас
车辆荷载
城-A级轴重700KN，适用于快速路、主干路； 纵、平面布置见80页图5-7；
城-B级轴重300KN，适用于次干路、支路；
纵、平面布置见80页图5-8；
车道荷载
城-A级轴重700KN，适用于快速路、主干路； 车道荷载的均布荷载、集中荷载见82页表5-5；
车道荷载的纵、横向布置见81页图5-10；
⑴基本组合； ⑵偶然组合；
正常使用极限状态设计时，考虑的两种作用效应组合
⑴作用短期效应组合； ⑵作用长期效应组合；
⑴基本组合
永久作用设计值效应 + 可变作用设计值效应
Sud 0 ( Gi SGik Q1 SQ1 C Q j SQ jk )
i 1 j 2
m
n
i 1 j 2
m
n
SGik 第 i 个永久作用效应的标准值；
Q 汽车荷载效应的分项系数，取1.4；
1
SQ1k 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值；
Q 除汽车荷载外的其他第 j 个可变作用效应的分项系
数，取1.4；但风荷载取１.１；
j
SQ jk 除汽车荷载效应外的其他第 j 个可变作用效应的标
城-B级轴重300KN，适用于次干路、支路；
车道荷载的均布荷载、集中荷载见82页表5-5；
四、冲击力
（1）冲击力的产生
车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发生振动，产生动 力作用。这种动力作用会使桥梁的内力和变形较静活载作用时大。这种 现象就统称为冲击作用。
（2）冲击力的计算
通常的做法是：为了考虑汽车荷载的冲击作用，引入一个竖向 动力效应的增大系数。即冲击系数μ。 当竖向活载包括冲击力时，将静活载产生的效应乘以冲击系数。
Sud 基本组合的效应组合值
设计安全等级：一级，取1.1； 二级，取1.0； 三级，取0.9； 参见教材103页表5-27
0 结构重要性系数
桥梁分类 按跨径大小分类 桥梁分类 特大桥 大桥 中桥 小桥 涵洞 多孔跨径总长L（m） L>1000 100≤L ≤1000 30<L<100 8 ≤L ≤30 单孔跨径Lk（m） Lk >150 40 ≤Lk ≤150 20 ≤Lk <40 5 ≤Lk <20
其他桥型的基频f的计算公式，见附录五
城市桥梁的冲击系数μ可按下式计算 车道荷载冲击系数
20 80 l
L=20m， μ=0.2； L=150m， μ=0.1； 车辆荷载冲击系数
0.6686 0.3032log l
式中μ的最大值不得超过0.4；
五、人群荷载
设有人行道的公路桥梁，人群荷载一般规定为3千牛/平 方米，城市郊区行人密集区可为3.5千牛/平方米。详见 教材85页的规定。
M sd M G1k 1 M Q1k 1.7 0.7 37.4 /1.243 22.8 作用长期效应组合 Qsd QG1k 1 QQ1k 3.8 0.7 45.1/1.243 29.2 M ld M G1k 2 M Q1k 1.7 0.4 37.4 /1.243 13.7 Qld QG1k 2 QQ1k 3.8 0.4 45.1/1.243 18.3
三、汽车荷载
1 公路汽车荷载
公路-Ⅰ级 公路汽车荷载的分级 公路-Ⅱ级 集中荷载 车道荷载 汽车荷载 车辆荷载 均布荷载
公路-Ⅰ级车道荷载
均布荷载标准值： 10.5kN/m 集中荷载： 计算跨径小于等于5m时，180kN 计算跨径大于等于50m时，360kN 计算跨径在5至50m之间时，直线内插。 剪力效应应再乘以1.2的系数。
S sd 作用短期效应组合设计值；
1 j 第j个可变作用的频遇值系数；
汽车荷载（不计冲击力）取0.7，人群荷载取1，风荷载 取0.75，温度梯度作用取0.8，其他作用取1；
SQ jk 第j个可变作用效应的标准值；
⑷作用长期效应组合
永久作用标准值效应 + 可变作用准永久值效应
Sld SGik 2 j SQ jk
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
车道荷载的最不利布置
①均布荷载：满布于使结构产生最不利效应的同号影响 线上。 ②集中荷载：作用于相应影响线中一个最大影响线峰值 处。 车辆荷载的横向布置 按教材78页图5-5布置； 横向多车道时，横向布置最大车辆数目不应超过设计车 道数。
• 车辆的布置——按桥梁宽度确定车道数
i 1 j 1
m
n
S sd 作用长期效应组合设计值；
2 j 第j个可变作用的准永久系数；
汽车荷载（不计冲击力）取0.4，人群荷载取0.4，风荷 载取0.75，温度梯度作用取0.8，其他作用取1；
SQ jk 第j个可变作用效应的标准值；
装配式钢筋混凝土简支T梁荷载计算示例
详见：《工程结构荷载与可靠度设计原理》，李国强， 中国建筑工业出版社 1 设计资料
跨中弯矩： 四分点弯矩：
②可变作用内力（只计算1号梁） A汽车荷载作用 车道集中力 l 5 车道分布力 Pk 180 50 5 (360 180) 238kN a 跨中 qk 10.5kN / m b 四分点 l/2 c 汽车荷载冲击系数计算 M0 qk 0.5 19.5 4.875 Pk 4.875 1659.33
5.2 荷载取值
§5.2.1 代表值 永久作用——标准值； 可变作用——标准值、频遇值、准永久值、组合值； 偶然作用——标准值；
5.3 荷载的计算方法
一、结构重力 根据结构构件尺寸和材料重度计算；
二、预加应力
结构正常使用极限状态设计，将预加应力作为永久作用 计算； 结构承载能力极限状态设计，预加应力不作为作用计算， 将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在超静定结构 中需考虑预加力引起的次效应； 具体计算：见《预应力混凝土结构》
2、横向折减 横向折减：车道数>2，79页，表5-4；但折减后效应≥2 车道的荷载效应；
• 汽车荷载的折减
横向折减系数 横向布置 车队数 横向折减 系数 3 4 5 6 7 8
0.78 0.67 0.60 0.55 0.52 0.50
城市桥梁汽车荷载
《城市桥梁设计荷载标准》CJJ 77-98
城-A级 城市桥梁汽车荷载 城-B级 集中荷载 车道荷载 汽车荷载 车辆荷载 均布荷载