《设计荷载》PPT课件.ppt

2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第一节第一节 桥梁荷载分类桥梁荷载分类第二节第二节 永久荷载永久荷载第三节第三节 可变荷载可变荷载第四节第四节 偶然荷载偶然荷载第五节第五节 荷载组合荷载组合第二章第二章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载第一节第一节 桥梁荷载分类桥梁荷载分类1.1.公路、铁路荷载分类公路、铁路荷载分类 铁路桥梁设计荷载分为：铁路桥梁设计荷载分为：铁路桥梁设计荷载分为：铁路桥梁设计荷载分为：主力、附加力、特殊荷载主力、附加力、特殊荷载主力、附加力、特殊荷载主力、附加力、特殊荷载 公路桥梁设计荷载分为：公路桥梁设计荷载分为：公路桥梁设计荷载分为：公路桥梁设计荷载分为：永久作用、可变作用、偶然作用永久作用、可变作用、偶然作用永久作用、可变作用、偶然作用永久作用、可变作用、偶然作用2.2.铁路桥梁荷载铁路桥梁荷载荷载分类荷载分类荷载名称荷载名称荷载分类荷载分类荷载名称荷载名称恒载恒载结构构件及附属设备自重结构构件及附属设备自重附加力附加力制动力或牵引力制动力或牵引力预加力预加力风力风力混凝土收缩和徐变影响混凝土收缩和徐变影响流水压力流水压力土压力土压力冰压力冰压力静水压力及水浮力静水压力及水浮力温度变化作用温度变化作用基础变位影响基础变位影响冻胀力冻胀力主力主力列车竖向静活载列车竖向静活载特殊荷载特殊荷载列车脱轨荷载列车脱轨荷载公路活载公路活载船只撞击力船只撞击力列车竖向动力作用列车竖向动力作用汽车撞击力汽车撞击力长钢轨纵向水平力长钢轨纵向水平力施工临时荷载施工临时荷载离心力离心力地震力地震力横向摇摆力横向摇摆力长钢轨断轨力长钢轨断轨力活载土压力活载土压力人行道荷载人行道荷载3.3.公路桥梁荷载公路桥梁荷载作用分类作用分类作用名称作用名称作用分类作用分类作用名称作用名称永久作用永久作用结构重力结构重力可变作用可变作用汽车荷载汽车荷载预加力预加力汽车冲击力汽车冲击力土的重力土的重力汽车离心力汽车离心力土侧压力土侧压力汽车引起的土压力汽车引起的土压力混凝土收缩和徐变作用混凝土收缩和徐变作用人群荷载人群荷载水浮力水浮力汽车制动力汽车制动力基础变位影响基础变位影响风荷载风荷载偶然作用偶然作用地震作用地震作用流水压力流水压力船只或漂流物撞击作用船只或漂流物撞击作用冰压力冰压力汽车撞击作用汽车撞击作用温度作用温度作用2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载第二节第二节 永久荷载永久荷载1.1.永久荷载定义永久荷载定义2.2.永久荷载（恒载）类型永久荷载（恒载）类型2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载1.1.永久荷载定义永久荷载定义 不随时间变化或变化值与其平均值相比不随时间变化或变化值与其平均值相比可以忽略不计的荷载，亦称恒载。可以忽略不计的荷载，亦称恒载。2.2.永久荷载（恒载）类型永久荷载（恒载）类型 结构重力、预应力、混凝土收缩和徐变、结构重力、预应力、混凝土收缩和徐变、土压力、静水压力和浮力、基础变位影响土压力、静水压力和浮力、基础变位影响2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载第三节第三节 可变荷载可变荷载1.1.可变荷载定义可变荷载定义2.2.可变荷载类型可变荷载类型2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2.可变荷载类型可变荷载类型 列车荷载、汽车荷载、人群荷载、冲击力、离列车荷载、汽车荷载、人群荷载、冲击力、离心力、制动力、温度作用、其他作用心力、制动力、温度作用、其他作用1.1.可变荷载定义可变荷载定义 在设计基准期内，其量值随时间变化且变化值与在设计基准期内，其量值随时间变化且变化值与平均值相比不可忽略的荷载。平均值相比不可忽略的荷载。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.12.1 列车荷载列车荷载2.1.1 2.1.1“中中-活载活载”桥规桥规规定：标准活载计算图式可任意截取。规定：标准活载计算图式可任意截取。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.1.2 2.1.2 “ZKZK活载活载”2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2 2.2 汽车荷载汽车荷载 汽车荷载分为汽车荷载分为公路公路级级和和公路公路级级。汽车荷载由汽车荷载由车道荷载车道荷载和和车辆荷载车辆荷载组成。车道荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁的整体计算采用由均布荷载和集中荷载组成。桥梁的整体计算采用车道荷载。车道荷载。桥梁结构的桥梁结构的局部加载局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力、涵洞、桥台和挡土墙土压力等计算采用车辆荷载。等计算采用车辆荷载。车道荷载与车辆荷载效应车道荷载与车辆荷载效应不叠加不叠加。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2.1 2.2.1 车道荷载车道荷载 公路公路级：级：P Pk k=180KN=180KN360KN360KN（直线插值，跨度（直线插值，跨度5 5 50m50m）公路公路级：级：P Pk k、q qk k均为公路均为公路级的级的0.750.75倍。倍。q qk k=10.5 KN/m=10.5 KN/m计算剪力效应时，集中荷载计算剪力效应时，集中荷载P Pk应乘以应乘以1.21.2的系数。的系数。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2.2 2.2.2 车辆荷载车辆荷载公路公路-级和公路级和公路-级采用相同的车辆荷载标准值。级采用相同的车辆荷载标准值。车辆荷载技术指标车辆荷载技术指标2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载车辆荷载立面平面尺寸车辆荷载立面平面尺寸车辆荷载横向尺寸车辆荷载横向尺寸2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载 车道数大于车道数大于2 2时，汽车荷载效应可进行折减，但时，汽车荷载效应可进行折减，但不小于不小于2 2车道效应。车道效应。2.2.3 2.2.3 桥梁设计车道数桥梁设计车道数2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载计算跨径大于计算跨径大于150m150m时，可按下表进行纵向折减。时，可按下表进行纵向折减。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.3 2.3 人群荷载人群荷载2.3.1 2.3.1 公路桥涵公路桥涵 计算跨径小于或等于计算跨径小于或等于计算跨径小于或等于计算跨径小于或等于50m50m50m50m时，人群荷载标准值时，人群荷载标准值时，人群荷载标准值时，人群荷载标准值为为为为3kN/m23kN/m23kN/m23kN/m2；计算跨径等于或大于；计算跨径等于或大于；计算跨径等于或大于；计算跨径等于或大于150m150m150m150m时，人群荷时，人群荷时，人群荷时，人群荷载标准值为载标准值为载标准值为载标准值为2.5kN/m22.5kN/m22.5kN/m22.5kN/m2；计算跨径在；计算跨径在；计算跨径在；计算跨径在50m50m50m50m150m150m150m150m之之之之间时，可线性内插。间时，可线性内插。间时，可线性内插。间时，可线性内插。城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取为上述值的标准值取为上述值的标准值取为上述值的标准值取为上述值的1.151.151.151.15倍。倍。倍。倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为专用人行桥梁，人群荷载标准值为专用人行桥梁，人群荷载标准值为专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kN/m3.5kN/m3.5kN/m3.5kN/m2 2 2 22009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.3.2 2.3.2 铁路桥涵铁路桥涵 道碴桥面和明桥面的人行道按道碴桥面和明桥面的人行道按4.0KPa4.0KPa，人，人工养护的道碴桥面尚应考虑养护时人行道的工养护的道碴桥面尚应考虑养护时人行道的堆碴荷载。堆碴荷载。设计主梁时，人行道的竖向静荷载不与列设计主梁时，人行道的竖向静荷载不与列车活载同时计算；为允许城镇居民通行而加车活载同时计算；为允许城镇居民通行而加宽的人行道，则应与列车活载同时计算，采宽的人行道，则应与列车活载同时计算，采用的数值可按实际情况确定。用的数值可按实际情况确定。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.4.2.4.冲击力冲击力2.4.1 2.4.1 铁路铁路 列车竖向动力作用等于列车静活载乘以动力列车竖向动力作用等于列车静活载乘以动力系数（系数（1+1+）。目前规范规定的动力系数大小）。目前规范规定的动力系数大小与桥型及跨径有关。跨径越大冲击系数越小。与桥型及跨径有关。跨径越大冲击系数越小。2.4.2 2.4.2 公路公路 根据桥梁的竖向自振频率进行计算。根据桥梁的竖向自振频率进行计算。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载式中：式中：V V为设计速度（为设计速度（Km/hKm/h）；）；R R为曲线半径（为曲线半径（m m）。）。2.5 2.5 离心力离心力 铁路：列车在曲线桥梁上运行时需计算离心力。铁路：列车在曲线桥梁上运行时需计算离心力。公路：弯道桥的曲线半径等于或小于公路：弯道桥的曲线半径等于或小于250m250m时应计算时应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷载引起的离心力。离心力的大小等于列车竖向静活载乘以离心力率离心力的大小等于列车竖向静活载乘以离心力率C C。离心力率：离心力率：2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.6.2.6.制动力制动力2.6.1 2.6.1 2.6.1 2.6.1 铁路制动力铁路制动力铁路制动力铁路制动力 制动力或牵引力应按列车竖向静活载的制动力或牵引力应按列车竖向静活载的10%10%计计算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时，制动力或牵引力应按列车竖向静活载的时，制动力或牵引力应按列车竖向静活载的7%7%计计算。算。双线桥应采用一线的制动力或牵引力；三线双线桥应采用一线的制动力或牵引力；三线或三线以上的桥应采用两线的制动力或牵引力。或三线以上的桥应采用两线的制动力或牵引力。按此计算的制动力或牵引力不考虑第按此计算的制动力或牵引力不考虑第条对双线竖条对双线竖向活载进行折减的规定。向活载进行折减的规定。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载 桥头填方破坏棱体范围内的列车活载所产生的桥头填方破坏棱体范围内的列车活载所产生的制动力或牵引力不予计算。制动力或牵引力不予计算。制动力或牵引力作用在轨顶以上制动力或牵引力作用在轨顶以上2m2m处，但计算处，但计算桥墩台时移至支座中心处，计算台顶活载的制动桥墩台时移至支座中心处，计算台顶活载的制动力或牵引力时移至轨底，计算刚架结构时移至横力或牵引力时移至轨底，计算刚架结构时移至横杆中线处，均不计移动作用点所产生的竖向力或杆中线处，均不计移动作用点所产生的竖向力或力矩。力矩。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载 2.6.2 2.6.2 公路制动力公路制动力公路制动力公路制动力2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.7 2.7 温度作用温度作用 分为分为均匀温差均匀温差（年温差）和（年温差）和日照温差日照温差（梯度温（梯度温度）。度）。均匀温差均匀温差应从受到约束时的结构温度开始，考应从受到约束时的结构温度开始，考虑最高和最低有效温度的作用效应。虑最高和最低有效温度的作用效应。日照温差日照温差的计算模式公路、铁路有所不同。铁的计算模式公路、铁路有所不同。铁路采用指数模式。路采用指数模式。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载公路梯度温差计算模式公路梯度温差计算模式 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.8 2.8 其他作用其他作用铁路列车横向摇摆力；铁路列车横向摇摆力；无缝线路长钢轨纵向力：伸缩力、挠曲力；无缝线路长钢轨纵向力：伸缩力、挠曲力；风荷载；风荷载；支座摩阻力、流水压力及冰压力支座摩阻力、流水压力及冰压力2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载第四节第四节 偶然荷载偶然荷载1.1.偶然荷载定义偶然荷载定义2.2.偶然荷载类型偶然荷载类型2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载1.1.偶然荷载定义偶然荷载定义 设计基准期内不一定出现，一旦出现则设计基准期内不一定出现，一旦出现则设计基准期内不一定出现，一旦出现则设计基准期内不一定出现，一旦出现则量值较大且持续时间较短的荷载。量值较大且持续时间较短的荷载。量值较大且持续时间较短的荷载。量值较大且持续时间较短的荷载。2.2.偶然荷载偶然荷载类型类型 地震力、无缝线路断轨力、脱轨荷载、地震力、无缝线路断轨力、脱轨荷载、地震力、无缝线路断轨力、脱轨荷载、地震力、无缝线路断轨力、脱轨荷载、船只、汽车或漂流物撞击力船只、汽车或漂流物撞击力船只、汽车或漂流物撞击力船只、汽车或漂流物撞击力2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.1 2.1 船只或漂流物撞冲力船只或漂流物撞冲力 撞撞击击力力按按静静力力法法计计算算，假假定定船船筏筏作作用用于于墩墩的的有有效效动能转化为撞击力动能转化为撞击力F F所做的功。其计算公式为：所做的功。其计算公式为：2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2 2.2 地震力地震力 地震作用分竖直方向和水平方向，经验表明地地震作用分竖直方向和水平方向，经验表明地震的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构震的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。抗震验算时一般只考虑水平地震作用。地震力大小的决定因素有：地面运动的强烈程地震力大小的决定因素有：地面运动的强烈程度、结构的动力特性、结构的质量等。度、结构的动力特性、结构的质量等。基本烈度：反映地震本身的剧烈程度。基本烈度：反映地震本身的剧烈程度。设计烈度：是由设计者选用的。设计烈度：是由设计者选用的。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载地震力的计算方法分地震力的计算方法分静力法静力法和和动态法动态法2.2.1 2.2.1 静力法静力法 静力法是用一个水平方向作用的等效静止荷载静力法是用一个水平方向作用的等效静止荷载表示地震对结构的作用。表示地震对结构的作用。其计算公式如下：其计算公式如下：静力法主要使用于刚度较大结构。静力法主要使用于刚度较大结构。规范规定：挡土墙、桥台可用静力法计算地震力。规范规定：挡土墙、桥台可用静力法计算地震力。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2.2 2.2.2 反应谱理论反应谱理论 对于高墩或特大跨度的桥梁，应同时采用时程分析对于高墩或特大跨度的桥梁，应同时采用时程分析法，取最不利结果。法，取最不利结果。动态法主要有动态法主要有反应谱理论反应谱理论和和时程分析法时程分析法 反应谱理论是一种简化的动态分析法，又称动静法。反应谱理论是一种简化的动态分析法，又称动静法。桥梁抗震规范桥梁抗震规范主要采用这种方法计算地震力。主要采用这种方法计算地震力。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载（1 1）单质点地震力）单质点地震力 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载（2 2）多质点系统地震力）多质点系统地震力 多质点系统由于地震引起的复杂振动可以看作自振多质点系统由于地震引起的复杂振动可以看作自振振型的迭加。振型的迭加。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载第五节第五节 荷载组合荷载组合1.1.铁路桥梁荷载组合铁路桥梁荷载组合2.2.公路桥梁荷载组合公路桥梁荷载组合2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载总原则：总原则：凡存在的永久荷载任一项，均应进行组合；凡存在的永久荷载任一项，均应进行组合；凡可能出现的基本可变荷载项，除个别情况外应进凡可能出现的基本可变荷载项，除个别情况外应进行组合；行组合；纵向力与横向力不同时组合；纵向力与横向力不同时组合；对其他可变荷载的组合，根据同时作用的可能性，对其他可变荷载的组合，根据同时作用的可能性，规范具体规定了某种荷载组合时，哪些荷载不同时规范具体规定了某种荷载组合时，哪些荷载不同时参与组合。参与组合。2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载1.1.铁路桥梁荷载组合铁路桥梁荷载组合2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2.2.公路桥梁荷载组合公路桥梁荷载组合2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 第第2 2章章 桥梁设计荷载桥梁设计荷载本章小结本章小结1.公路、铁路桥梁荷载分类公路、铁路桥梁荷载分类2.铁路主要活载和公路汽车荷载铁路主要活载和公路汽车荷载3.制动力和离心力制动力和离心力4.温度作用温度作用5.地震响应的计算方法地震响应的计算方法6.公路和铁路荷载组合的异同公路和铁路荷载组合的异同