桥梁的设计作用(荷载)课件.ppt

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1、 桥梁的设计作用桥梁的设计作用(荷载荷载)3-1 3-1 规范中有关设计作用的规定规范中有关设计作用的规定公路公路桥桥涵涵设计设计通用通用规规范（范（JTG D60-2004JTG D60-2004）永久永久作用作用、可、可变变作用作用、偶然、偶然作用作用作用：施加在结构上的一组集中力（或分布力），作用：施加在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。前者称为或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称为直接作用，亦称荷载，后者称为间接作用。直接作用，亦称荷载，后者称为间接作用。一、永久作用一、永久作用 在在结结构使用期构使用期间间，其量，其量值值不随不随时间时间而而变

2、变化，化，或其或其变变化与平均化与平均值值比比较较可忽略不可忽略不计计的作用。的作用。结结构重力（包括构重力（包括结结构附加重力）构附加重力）、预预加力加力、土的重力土的重力、土土侧压侧压力、混凝土收力、混凝土收缩缩及徐及徐变变作用作用、水的浮力、基水的浮力、基础变础变位作用。位作用。（一）结构自重（一）结构自重其标准值按照重力密度计算其标准值按照重力密度计算材料种类材料种类重力密度重力密度(kN/m3）材料种类材料种类重力密度重力密度（kN/m3）钢、铸钢钢、铸钢78.5混凝土或片石混凝土或片石混凝土混凝土24.0 铸铁铸铁 72.5 沥青混凝土沥青混凝土23.024.0钢筋混凝土或钢筋混凝

3、土或预应力混凝土预应力混凝土25.026.0 填土填土 17.018.0（二）预应力（二）预应力l 在在正正常常使使用用极极限限状状态态设设计计和和使使用用阶阶段段构构件件应应力力计计算算时时，应应作作为为永永久久作作用用计计算算其其主主效效应应（内内力力）和和次次效效应应（内内力力），并并计计入入相相应应阶阶段段的的预预应应力力损损失失，但但不不计计由由于于预预加加力偏心距增大引起的附加效应。力偏心距增大引起的附加效应。l 在在结结构构进进行行承承载载能能力力极极限限状状态态设设计计时时，预预加加力力不不作作为为作作用用，而而将将预预应应力力钢钢筋筋作作为为结结构构抗抗力力的的一一部部分分，

4、但但在在连连续续梁梁等等超超静静定定结结构构中中，仍仍需需考考虑虑预预加加力力引引起起的的次次效效应应（内力）（内力）。（一）、车辆荷载（一）、车辆荷载1、汽车荷载、汽车荷载 1）汽车荷载可划分为车道荷载和车辆荷载。）汽车荷载可划分为车道荷载和车辆荷载。2）桥梁的主梁、主拱和主桁架等的计算采用车道荷载。）桥梁的主梁、主拱和主桁架等的计算采用车道荷载。3）桥梁结构的局部加载（横隔梁、行车道板）、涵洞、）桥梁结构的局部加载（横隔梁、行车道板）、涵洞、桥台或挡土墙后的土压力计算应采用车辆荷载。桥台或挡土墙后的土压力计算应采用车辆荷载。4）车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。）车辆荷载与车道荷载的作用不

5、得叠加。1）城市桥梁）城市桥梁 汽汽车车荷荷载载等等级级采采用用城城A级级汽汽车车荷荷载载和和城城B级汽车荷载两个等级。级汽车荷载两个等级。、城市桥梁车道荷载、城市桥梁车道荷载、城市桥梁车辆荷载、城市桥梁车辆荷载当车道数当车道数 4 4时时计算剪力时计算剪力时1.31.316011.01609.52015013025.013019.0220城城市市B B级级当车道数当车道数 4 4时时计算剪力时计算剪力时1.251.2530015.030010.02015014037.514022.5220城城市市A A级级集中荷载值集中荷载值（kNkN）均布荷载值均布荷载值（kN/mkN/m）集中荷载值集中

6、荷载值（kNkN）均布荷载值均布荷载值(kN/m)(kN/m)备注计算剪力采用值计算弯矩采用值跨跨 径径（m）等等级级荷荷载载 顺桥向 平面布置 城-B级标准车辆纵、平面布置 单位：米 横向布置（单位：米）、公路桥梁车辆荷载公路汽车荷载标准车辆纵、平面布置 单位：米、车轮的着地长度和宽度、车轮的着地长度和宽度前轴：前轴：后轴：后轴：各级公路桥涵设计的汽车荷载等级规定各级公路桥涵设计的汽车荷载等级规定公公 路路等等 级级高高速速公路公路一一级级公路公路二二级级公路公路三三级级公路公路四四级级公路公路汽汽车车荷荷载等级载等级公路公路级级公路公路级级公路公路级级公公路路级级公路公路级级注注：二二级级

7、公公路路为为干干线线公公路路且且重重型型车车辆辆多多时时，其其桥桥涵涵设设计计可可采用公路采用公路级。级。四四级级公公路路上上重重型型车车辆辆少少时时，其其桥桥涵涵设设计计采采用用的的公公路路级级车车道道荷荷载载效效应应可可乘乘以以0.8的的折折减减系系数数；车车辆辆荷荷载载效效应应可可乘乘以以0.7的折减系数。的折减系数。3）等代荷载）等代荷载 为为了了设设计计计计算算时时（手手算算）的的方方便便，用用效效果果相相同同的的均均布布荷荷载载代代替替车车辆辆荷荷载载，这这个个均均布布荷荷载载就就称称为对应车辆荷载的等代荷载。为对应车辆荷载的等代荷载。4）横向、纵向折减系数）横向、纵向折减系数 横

8、向折减系数横向折减系数横向布横向布置设计置设计车道数车道数12345678城市城市桥梁桥梁1.00 1.000.800.670.600.550.550.55公路公路桥梁桥梁1.001.000.780.670.600.55 0.520.502.2.车辆荷载的影响力车辆荷载的影响力 汽车荷载的冲击力汽车荷载的冲击力（1 1）汽车的冲击系数）汽车的冲击系数 汽汽车车过过桥桥时时对对桥桥梁梁结结构构产产生生的的竖竖向向动动力力效效应应的的增大系数。增大系数。冲冲击击作用有作用有车车体的振体的振动动和和桥桥跨跨结结构自身的构自身的变变形形和振和振动动。（2 2）计计算方法算方法:一般用静力学的方法。即将

9、一般用静力学的方法。即将车辆车辆荷荷载载作用的作用的动动力影响用力影响用车辆车辆的重力乘以冲的重力乘以冲击击系数来系数来表达。表达。（3 3）钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工）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、盆式橡胶支座及钢筋拱桥等上部构造和钢支座、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。混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击作用。（1）计算公式计算公式城市桥梁城市桥梁 车道荷载的冲击系数车道荷载的冲击系数 车辆荷载的冲击系数车辆荷载的冲击系数 注：注：1、对于简支的主梁、主桁、拱桥的拱圈等主要构件，、对于简支的主梁、主桁、拱桥的拱圈等主要构件，为

10、计算跨径的长度；为计算跨径的长度；2、对于悬臂梁、连续梁、刚构、桥面系构件、墩台以及、对于悬臂梁、连续梁、刚构、桥面系构件、墩台以及 仅受局部荷载的构件等，仅受局部荷载的构件等，为相应内力影响的荷载长度（各为相应内力影响的荷载长度（各 荷载区段长度之和）；荷载区段长度之和）；公路桥梁公路桥梁式中：式中：结构基频（宜采用有限元方法计算）结构基频（宜采用有限元方法计算）汽汽车车荷荷载载的的局局部部加加载载及及在在T梁梁、箱箱梁梁悬悬臂臂板板上上的的冲冲击击系系数数采采用用1.3。简支梁桥估算公式：简支梁桥估算公式：涵涵洞洞及及重重力力式式墩墩台台当当填填料料厚厚度度（包包括括路路面面）50cm时，

11、可不计冲击作用。时，可不计冲击作用。汽车荷载的制动力汽车荷载的制动力1）、城市桥梁汽车荷载的制动力的一般规定）、城市桥梁汽车荷载的制动力的一般规定、1条设计车道的制动力按下列要求取值：条设计车道的制动力按下列要求取值：荷载等级荷载等级制动力值制动力值 城市城市A级级160kN或车道荷载的或车道荷载的10%，取，取两者较大值两者较大值 城市城市B级级90kN或车道荷载的或车道荷载的10%，取，取两者较大值两者较大值、2条条或或2条条以以上上设设计计车车道道的的制制动动力力，应应以以2条条车车道道为为准准，其其制动力不折减制动力不折减荷载等级荷载等级制动力值制动力值公路公路级级165kN或车道荷载

12、的或车道荷载的10%，取两者较大值，取两者较大值公路公路级级90kN或车道荷载的或车道荷载的10%，取两者较大值，取两者较大值、同向行驶双车道的制动力，其制动力乘同向行驶双车道的制动力，其制动力乘2倍。倍。同向行驶三车道的制动力，其制动力乘同向行驶三车道的制动力，其制动力乘2.34倍。倍。同向行驶四车道的制动力，其制动力乘同向行驶四车道的制动力，其制动力乘2.68倍。倍。、制动力的方向就是行车方向，作用点在桥面以上、制动力的方向就是行车方向，作用点在桥面以上1.2m 处。计算墩台时可移至支座中心（铰、滚轴）或支座的底处。计算墩台时可移至支座中心（铰、滚轴）或支座的底 座面上（滑动、橡胶、摆动）

13、；计算刚构桥、拱桥时，可座面上（滑动、橡胶、摆动）；计算刚构桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因此产生的力矩。移至桥面上，但不计因此产生的力矩。、各种支座传递的制动力见桥规。、各种支座传递的制动力见桥规。2）、公路桥梁汽车荷载的制动力的一般规定）、公路桥梁汽车荷载的制动力的一般规定、1条设计车道的制动力按下列要求取值：条设计车道的制动力按下列要求取值：车辆荷载引起的土侧压力车辆荷载引起的土侧压力 车辆荷载在台后引起的土侧压力，可将作用在台后车辆荷载在台后引起的土侧压力，可将作用在台后破坏棱体上的车轮总重换算成等代土层的厚度，按破坏棱体上的车轮总重换算成等代土层的厚度，按土力学方法计算。土力学方法

14、计算。式中：式中：L L0 0桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度 B桥台横向全宽或挡土墙分段长度桥台横向全宽或挡土墙分段长度 ，H挡土墙高度，对墙顶挡土墙高度，对墙顶以以 上有填土的挡土墙，为两倍墙顶填土高度加墙高。上有填土的挡土墙，为两倍墙顶填土高度加墙高。(二二)人群荷载人群荷载 1、城市桥梁人群荷载的一般规定：、城市桥梁人群荷载的一般规定：1）人行道板（局部构件）的人群荷载按）人行道板（局部构件）的人群荷载按5kPa的均布荷载或的均布荷载或1.5kN的竖向集中力分的竖向集中力分别计算，并作用在一个构件上，取其不别计算，并作用在一个构件上，取其不利者。利者。2

15、）梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷）梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载载 。按下列公式计算且不得小于。按下列公式计算且不得小于2.4kPa 式中：式中：单位面积上的人群荷载（单位面积上的人群荷载（kPa）加载长度加载长度 单边人行道宽度（单边人行道宽度（m m）；在专用非）；在专用非 机动车桥机动车桥上宜取上宜取1/2桥宽，当桥宽，当1/2桥桥 宽大于宽大于4m时按时按4m计。计。3）专用人行桥梁的梁、桁架、拱及其他大跨结）专用人行桥梁的梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载构的人群荷载 。按下列公式计算且不得小于。按下列公式计算且不得小于2.4kPa 2）荷载标准值）荷载标准值跨径不等的连

16、续结构，采用最大跨径的人群荷载标准值。跨径不等的连续结构，采用最大跨径的人群荷载标准值。3）城镇郊区人行密集地区的公路桥梁，人群荷载标）城镇郊区人行密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述标准值的准值取上述标准值的1.15倍。倍。4）专用人行桥梁，人群荷载标准值）专用人行桥梁，人群荷载标准值3.5kN/m25）人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在）人群荷载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。纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。6）人行道板可以一块板为单元，按标准值）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。的均布荷

17、载计算。7）计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平）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推力标准值取0.75kN/m；作用在栏杆扶手上的竖向；作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取力标准值取1.0kN/m。（三）（三）其它荷载其它荷载 风荷载风荷载 横向风力横向风力 横向风力等于横向风压乘以迎风面积横向风力等于横向风压乘以迎风面积横向风压：横向风压：式中：式中：Wd 设计基准风压值（设计基准风压值（kN/m2）；）；k0、k1、k3为修正系数。为修正系数。支座摩阻力支座摩阻力 式中：式中：V 作用于活动支座的竖向反力；作用于活动支座的竖向反力；支座的摩擦系数。支座的摩擦系数。温

18、度影响力在以后对应章节中介绍。温度影响力在以后对应章节中介绍。偶然作用偶然作用 地震力地震力 船只或漂流物撞船只或漂流物撞击击力力施工施工作用作用 机具、人群、材料机具、人群、材料 构件吊装构件吊装应应考考虑虑1.21.2或或0.850.85的的动动荷系数。荷系数。3-2 3-2 荷载组合荷载组合 一、进行荷载组合的原因一、进行荷载组合的原因 上上述述各各种种荷荷载载有有的的是是恒恒久久存存在在的的，有有的的是是经经常常出出现现的的，有有的的是是偶偶尔尔出出现现的的，有有的的只只在在特特殊殊情情况况下下才才发发生生的的，这这些些荷荷载载并并非非同同时时作作用用在在桥桥梁梁上上。因因此此，在在桥

19、桥梁梁设设计计时时，应应根根据据荷荷载载同同时时作作用用的的可可能能性性进进行行组组合合。只只能能将将有有可可能能同同时时作作用用在在桥桥梁梁上上的的荷荷载载组组合合在在一一起起，根根据据具具体体情情况规范给予了规定。况规范给予了规定。二、作用代表值作用代表值1、永久作用应采用标准值作为代表值。、永久作用应采用标准值作为代表值。2、可可变变作作用用应应根根据据不不同同的的极极限限状状态态分分别别采采用用标标准准值值、频频遇遇值值或或准准永永久久值值作作为为其其代代表表值值。承承载载能能力力极极限限状状态态设设计计及及按按弹弹性性阶阶段段计计算算结结构构强强度度时时应应采采用用标标准准值值作作为

20、为可可变变作作用用的的代代表表值值。正正常常使使用用极极限限状状态态按按短短期期效效应应（频频遇遇）组组合合设设计计时时，应应采采用用频频遇遇值值作作为为可可变变作作用用的的代代表表值值；按按长长期期效效应应（准准永永久久）组组合合设设计计时时，应应采采用用准准永永久久值值作为可变作用的代表值。作为可变作用的代表值。3、偶然作用取其标准值作为代表值。、偶然作用取其标准值作为代表值。l三、作用代表值和设计值的规定三、作用代表值和设计值的规定ll、永永久久作作用用的的标标准准值值，对对结结构构自自重重（包包括括结结构构附附加加重重力力），可可按按结结构构构构件件的的设设计计尺尺寸寸与与材材料料的重

21、力密度计算确定。的重力密度计算确定。l2、可可变变作作用用的的标标准准值值应应按按本本规规范范有有关关章章节节中中的规定采用。的规定采用。l 可可变变作作用用频频遇遇值值为为可可变变作作用用标标准准值值乘乘以以频频遇遇值值系系数数。可可变变作作用用准准永永久久值值为为可可变变作作用用标标准准值值乘以准永久值系数。乘以准永久值系数。l3、偶偶然然作作用用应应根根据据调调查查、试试验验资资料料，结结合合工工程经验确定其标准值。程经验确定其标准值。l4、作作用用的的设设计计值值规规定定为为作作用用的的标标准准值值乘乘以以相相应的作用分项系数。应的作用分项系数。四、荷载组合四、荷载组合 公公路路桥桥涵

22、涵结结构构设设计计应应考考虑虑结结构构上上可可能能同同时时出出现现的的作作用用，按按承承载载能能力力极极限限状状态态和和正正常常使使用用极极限限状状态态进进行行作作用用效效应应组组合合，取取其其最最不不利利效效应应组组合合进行设计：进行设计：1、只只有有在在结结构构上上可可能能同同时时出出现现的的作作用用，才才进进行行其其效效应应的的组组合合。当当结结构构或或结结构构构构件件需需做做不不同同受受力力方方向向的的验验算算时时，则则应应以以不不同同方方向向的的最最不不利利的的作用效应进行组合。作用效应进行组合。2 2、当可变作用的出现对结构或结构构件产生有、当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利

23、影响时，该作用不应参与组合。实际不可能利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，按表用，按表4.1.54.1.5规定不考虑其作用效应的组合。规定不考虑其作用效应的组合。编编号号作用名称作用名称不与该作用同时参不与该作用同时参与组合的作用编号与组合的作用编号13汽车制动力汽车制动力 15、16、1815流水压力流水压力13、1616冰压力冰压力13、1518支座摩阻力支座摩阻力 133、施施工工阶阶段段作作用用效效应应的的组组合合，应应按按计计算算需需要要及及结结构构所所处处条条件件而而定定，结结构构上上的的施施工

24、工人人员员和和施施工工机机具具设设备备均均作作为为临临时时荷荷载载加加以以考考虑虑。组组合合式式桥桥梁梁，当当把把底底梁梁作作为为施施工工支支架架时时，作作用用效效应应宜宜分分两两个个阶阶段段组组合合，底底梁梁受受荷荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。4、多个偶然作用不同时参与组合。、多个偶然作用不同时参与组合。5、公公路路桥桥涵涵结结构构按按承承载载能能力力极极限限状状态态设设计计时时，应应采采用以下两种作用效应组合：用以下两种作用效应组合：（1）基基本本组组合合。永永久久作作用用的的设设计计值值效效应应与与可可变变作作用用设计值效应相组合，其效应组

25、合表达式为：设计值效应相组合，其效应组合表达式为：（2）偶偶然然组组合合。永永久久作作用用标标准准值值效效应应与与可可变变作作用用某某种种代代表表值值效效应应、一一种种偶偶然然作作用用标标准准值值效效应应相相组组合合。偶偶然然作作用用的的效效应应分分项项系系数数取取1.0；与与偶偶然然作作用用同同时时出出现现的的可可变变作作用用，可可根根据据观观测测资资料料和和工工程程经经验验取取用用适适当当的的代代表表值值。地地震震作作用用标标准准值值及及其其表表达达式式按按现现行行公路工程抗震设计规范规定采用。公路工程抗震设计规范规定采用。1.21.2X恒荷载恒荷载+1.4+1.4X汽车荷载汽车荷载1.2

26、1.2X恒荷载恒荷载+1.4+1.4X汽车荷载汽车荷载+0.8+0.8X1.41.4X人群荷载人群荷载1.21.2X恒荷载恒荷载+1.4+1.4X汽车荷载汽车荷载+0.7 0.7X（1.41.4X人群荷载人群荷载+1.1+1.1X风荷载）风荷载）1.21.2X恒荷载恒荷载+1.4+1.4X汽车荷载汽车荷载 +0.6 +0.6X（1.41.4X人群荷载人群荷载+1.1+1.1X风荷载风荷载+1.4+1.4X土压力）土压力）1.21.2X恒荷载恒荷载+1.4+1.4X汽车荷载汽车荷载+0.5+0.5X（1.41.4X人群荷载人群荷载 +1.1 +1.1X风荷载风荷载+1.4+1.4X土压力土压力+

27、1.4+1.4X汽车制动力）汽车制动力）4 4）公路桥涵结构效应组合表达式）公路桥涵结构效应组合表达式 6 6、公公路路桥桥涵涵结结构构按按正正常常使使用用极极限限状状态态设设计计时时，应应根据不同的设计要求，根据不同的设计要求，采用以下两种作用效应组合：采用以下两种作用效应组合：（1）作作用用短短期期效效应应组组合合。永永久久作作用用标标准准值值效效应应与与可变作用频遇值可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：效应相组合，其效应组合表达式为：汽车荷载（不计冲击力）汽车荷载（不计冲击力）人群荷载人群荷载风荷载风荷载温度梯度温度梯度其他作用其他作用 （2）作作用用长长期期效效应应组组合合。永永久久作作用用标标准准值值效效应应与与可可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：汽车荷载（不计冲击力）汽车荷载（不计冲击力）人群荷载人群荷载风荷载风荷载温度梯度温度梯度其他作用其他作用