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1、xA第三章 桥梁的设计荷载 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节 荷载分类与组合荷载分类与组合一、荷载分类：表一、荷载分类：表3-1-13-1-110/15/20222李亚东:桥梁工程概论 第三章二、荷载组合二、荷载组合荷载组合荷载组合各种荷载的取舍以及它们同时作用的可能各种荷载的取舍以及它们同时作用的可能性性组合原则组合原则以桥梁在施工和运营时可能处于最不利的以桥梁在施工和运营时可能处于最不利的受力状态为原则受力状态为原则基本组合方式基本组合方式
2、：组合组合I：恒载（的一种或几种）与基本可变活载：恒载（的一种或几种）与基本可变活载（的一种或几种）相组合，即（的一种或几种）相组合，即仅考虑主力仅考虑主力；组组合合II：组组合合I与与其其它它可可变变荷荷载载（的的一一种种或或几几种种）相相组合，即组合，即主力与附加力同时作用主力与附加力同时作用；组组合合III：组组合合I与与偶偶然然荷荷载载（的的一一种种或或几几种种）相相组组合，即合，即主力与特殊荷载同时作用主力与特殊荷载同时作用。10/15/20223李亚东:桥梁工程概论 第三章其他可变荷载不同时组合表（公路）其他可变荷载不同时组合表（公路）编号编号荷载名称荷载名称不与该荷载同时参与组合
3、的荷载号不与该荷载同时参与组合的荷载号14风力15汽车制动力16，17，1816流水压力15，1717冰压力15，1618温度影响力19支座摩阻力1510/15/20224李亚东:桥梁工程概论 第三章第二节第二节永久荷载（恒载）永久荷载（恒载）作用于桥梁上部结构的恒载作用于桥梁上部结构的恒载结构的重力和附属设备等外加重力；结构的重力和附属设备等外加重力；作作用用在在桥桥梁梁下下部部结结构构的的恒恒载载由由支支座座传传递递的的上上部部结结构构的的重重力力、墩墩台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。结构重力结构重力结构体积与材料容重的乘积结构体积与材料容重的乘
4、积土土压压力力计计算算涉涉及及结结构构型型式式、填填料料性性质质、墩墩台台位位移移和和地地基基变变形形，也也与气象、水文和外加荷载等因素有关与气象、水文和外加荷载等因素有关水水浮浮力力指指由由地地表表水水或或地地下下水水通通过过地地基基土土壤壤的的孔孔隙隙而而传传递递给给建建筑筑物物基基础础底底面面的的（由由下下而而上上的的）水水压压力力；对对位位于于碎碎石石类类土土、砂砂类类土土、粘砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力。粘砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力。对对于于预预应应力力混混凝凝土土桥桥梁梁，在在检检算算结结构构的的使使用用性性能能（如如混混凝凝土土应应力力）时时
5、，预预加加应应力力当当视视为为恒恒载载；在在检检算算结结构构的的承承载载能能力力（如如抗抗弯弯强强度度）时时，预预加加应应力力不不作作为为恒恒载载，但但把把预预应应力力钢钢筋筋视视为为结结构构抗抗力力的的一一部部分。分。在在外外部部超超静静定定的的混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构中中，混混凝凝土土收收缩缩、徐徐变变影影响响力力是是长长期期存存在在并并起起作作用用的的。基基础础变变位位一一旦旦发发生生，其其对对结结构构的的影影响响也也是是长期的。长期的。10/15/20225李亚东:桥梁工程概论 第三章第三节第三节可变荷载可变荷载一、基本可变活载（活载）一、基本可变活载（活载）（一）车辆活载（一）车
6、辆活载 车辆荷载指桥梁承受的机动交通活载。对铁路桥，指列车活载；对公路桥，指汽车、挂车、履带车等。车辆荷载的种类繁多，因此，需要对车辆荷载进行调查分析和综合概括，并按照安全、适用和经济的原则，确定出设计采用的标准活载。对于不包括冲击效应（后述）的车辆活载，可称之为静活载。10/15/20226李亚东:桥梁工程概论 第三章中活载中活载我国铁路活载标准的情况是：我国铁路活载标准的情况是：20年代开始自行制订铁年代开始自行制订铁路建筑标准，路建筑标准，1938年公布中华活载标准，年公布中华活载标准，1951年制订年制订了中了中Z活载标准，活载标准，1975年对中年对中Z活载标准进行修订，活载标准进行
7、修订，形成目前所用的中活载标准。形成目前所用的中活载标准。10/15/20227李亚东:桥梁工程概论 第三章国际铁路联盟国际铁路联盟（UIC）活载图式活载图式 考察我国目前实际运行的列车及其发展趋势，可以看出，1975年制订的中活载标准已不太适用。例如，蒸汽机车已停止生产，内燃和电力机车得到广泛应用；货车的重载轴重时常高于机车的轴重。根据这些情况可以认为，我国新的列车活载标准应与国际铁路联盟（UIC）制订的活载标准较为一致。目前，荷载修订工作仍在进行之中。10/15/20228李亚东:桥梁工程概论 第三章公路车辆活载公路车辆活载公路车辆荷载公路车辆荷载标准化活载标准化活载4个等级个等级：汽车：
8、汽车 10级、汽车级、汽车 15级、级、汽车汽车 20级和汽车级和汽车 超超20级级重车与主车重车与主车考虑冲击力考虑冲击力计算荷载计算荷载把经常地、大量出现的汽车排列形成的车把经常地、大量出现的汽车排列形成的车队，对一般桥梁设计起控制作用队，对一般桥梁设计起控制作用验算荷载验算荷载偶然地、个别出现的平板挂车或履带车，偶然地、个别出现的平板挂车或履带车，只对较小跨径的桥梁或局部构件起控制作用只对较小跨径的桥梁或局部构件起控制作用500kN履带车履带车（简称履带（简称履带 50），可多辆，间距），可多辆，间距50m挂挂 80、挂、挂 100和挂和挂 120，按一辆计算，按一辆计算不计冲击力不计冲
9、击力10/15/20229李亚东:桥梁工程概论 第三章汽汽车车车车队队纵纵向向排排列列10/15/202210李亚东:桥梁工程概论 第三章汽车的平面尺寸和横向布置汽车的平面尺寸和横向布置10/15/202211李亚东:桥梁工程概论 第三章平板挂车和履带车荷载平板挂车和履带车荷载10/15/202212李亚东:桥梁工程概论 第三章标准活载的加载标准活载的加载总的车道活载的折减总的车道活载的折减。对对铁铁路路桥桥梁梁的的主主要要构构件件，双双线线活活载载取取双双线线标标准准活活载载之之和和的的90%，三三线线及及三三线线以以上上者者取取各各线线标标准准活活载载之之和和的的80%；对仅承受局部活载的
10、构件则不考虑折减。；对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。对对公公路路桥桥梁梁，在在按按两两行行车车队队布布载载时时，汽汽车车活活载载不不予予折折减减；按按三三行行车车队队布布载载时时，汽汽车车活活载载可可在在一一定定条条件件下下折折减减20%；按按四四行行车车队队布布载载时时，汽汽车车活活载载可可折折减减30%，但折减后不得小于用两行车队布载的计算结果。但折减后不得小于用两行车队布载的计算结果。加加载载就就是是按按最最不不利利原原则则布布置置标标准准活活载载，通通过过结结构构分分析析计计算算桥桥梁梁活活载载效效应应（内内力力、应应力力和和变变形形等等）的的最最不不利利值。值。等代荷载等代荷载（
11、或称换算均布荷载）（或称换算均布荷载）10/15/202213李亚东:桥梁工程概论 第三章标准活载的等级选定标准活载的等级选定根据桥梁所在线路的等级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定 公路公路等级等级汽车专用公路汽车专用公路一般公路一般公路高速公路高速公路一一二二二二三三四四计算计算荷载荷载汽超汽超20汽超汽超20汽汽20汽汽20汽汽20汽汽20汽汽10验算验算荷载荷载挂挂120挂挂120挂挂100挂挂100挂挂100挂挂100履带履带5010/15/202214李亚东:桥梁工程概论 第三章（二）冲击力（二）冲击力（二）冲击力（二）冲击力车车辆辆活活载载以以一一定定的的速速度度在在桥桥
12、上上行行驶驶时时，会会使使桥桥梁梁发发生生振振动动，产产生生动动力力作作用用。这这种种动动力力作作用用会会使使桥桥梁梁的的内内力力和和变变形形较较静静活活载载作作用用时时大大。这这种种现现象象就就称称之之为为冲冲击击作作用用。冲击作用的大小采用冲击作用的大小采用冲击力冲击力来加以衡量。来加以衡量。冲冲击击力力受受线线路路状状态态、车车辆辆类类型型以以及及桥桥梁梁结结构构的的型型式式和和跨跨度度等等因因素素的的综综合合影影响响，目目前前还还难难以以精精确确考考虑虑，只只能能在桥梁动载试验的基础上提出在桥梁动载试验的基础上提出近似计算公式近似计算公式。在在设设计计中中，引引入入冲冲击击系系数数（1
13、+1+）。当当竖竖向向活活载载包包括括冲冲击击力力时时，系系指指将将静静活活载载乘乘以以冲冲击击系系数数。冲冲击击系系数数的的一般形式是：一般形式是：（3-1）10/15/202215李亚东:桥梁工程概论 第三章（三）人群荷载（三）人群荷载（三）人群荷载（三）人群荷载铁路桥梁明桥面铁路桥梁明桥面4kN/m2。铁铁路路桥桥梁梁道道碴碴桥桥面面，距距离离梁梁中中心心2.45米米以以内内的的人人行行道道，取取10kN/m2；距距离离梁梁中中心心2.45米米以以外外的的人人行行道道，取取4kN/m2。公公路路桥桥梁梁的的人人群群荷荷载载一一般般取取3kN/m2，城城市市郊郊区区行行人人密密集集地地区区
14、一一般般取取3.5kN/m2；人人群群荷荷载载应应与与汽汽车车荷荷载载同同时时考虑，但不与验算荷载同时计算。考虑，但不与验算荷载同时计算。人人行行道道（钢钢筋筋混混凝凝土土）板板还还应应以以1.2kN（公公）或或1.5kN（铁铁）的的集集中中荷荷载载进进行行检检算算，人人群群作作用用于于栏栏杆杆上上的的水水平平推推力力按按0.75kN/m考考虑虑，作作用用于于立立柱柱和和扶扶手手的的竖竖向向力按力按1.0kN考虑。考虑。10/15/202216李亚东:桥梁工程概论 第三章（四）离心力（四）离心力（四）离心力（四）离心力 离离心心力力是是指指车车辆辆行行驶驶在在曲曲线线线线路路上上时时，因因速速
15、率率方方向向变变化化而而引引起起的的横横向向水水平平力力。离离心心力力的的大大小小等等于于车车辆辆活活载载（不计冲击力）乘以离心力系数（不计冲击力）乘以离心力系数C，C值按下式计算值按下式计算（3-4）式中式中V设计行车速度（设计行车速度（km/h）；）；R曲线半径（曲线半径（m）。）。离离心心力力的的着着力力点点在在桥桥面面以以上上1.2m处处（公公路路桥桥）或或轨轨顶顶面上面上2m处（铁路桥）。处（铁路桥）。10/15/202217李亚东:桥梁工程概论 第三章二、基本可变活载（活载）二、基本可变活载（活载）（一）风力（一）风力平均风压平均风压和和脉动风压脉动风压横向风压横向风压按下式计算按
16、下式计算 W0基本风压值（基本风压值（Pa）K1设计风速频率换算系数设计风速频率换算系数 K2风载体型系数风载体型系数 K3风压高度变化系数风压高度变化系数 K4地形、地理条件系数地形、地理条件系数横向风力横向风力横向风压横向风压迎风面积迎风面积迎风面积迎风面积结构的外轮廓线面积结构的外轮廓线面积折减系数折减系数10/15/202218李亚东:桥梁工程概论 第三章（二）车辆制动力或（列车）牵引力（二）车辆制动力或（列车）牵引力 车车辆辆制制动动力力（或或牵牵引引力力）是是指指车车辆辆在在刹刹车车时时（或或启启动动时时）为为克克服服车车辆辆的的惯惯性性力力而而在在路路面面或或轨轨道道与与车车轮轮
17、之间发生的滑动摩擦力。之间发生的滑动摩擦力。制制动动力力或或牵牵引引力力是是墩墩台台设设计计的的重重要要荷荷载载，是是作作用用在在桥上的纵向水平力，但两者的作用方向恰好相反。桥上的纵向水平力，但两者的作用方向恰好相反。采用简化办法进行计算。对铁路桥梁，规定列车制采用简化办法进行计算。对铁路桥梁，规定列车制动力或牵引力按竖向静活载的重力的动力或牵引力按竖向静活载的重力的10%计算，其计算，其作用点一般在轨顶以上作用点一般在轨顶以上2m处。公路桥梁中只考虑制处。公路桥梁中只考虑制动力。对一或二车道桥梁，规定制动力为一行汽车动力。对一或二车道桥梁，规定制动力为一行汽车车队总重力的车队总重力的10%，
18、但不得小于一辆重车的，但不得小于一辆重车的30%；对四车道桥梁，制动力为上述规定值的两倍。制动对四车道桥梁，制动力为上述规定值的两倍。制动力作用点一般在桥面以上力作用点一般在桥面以上1.2m处。处。10/15/202219李亚东:桥梁工程概论 第三章（三）温度影响力（三）温度影响力温度影响力温度影响力指因温度的变化而引起的结构变形和附加力温度的变化：（年平均）气温变化气温变化和温差温差。气温变化对静定和超静定结构的影响 温差对静定和超静定结构的影响气温变化的幅度，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定；气温变化值，应自结构合龙时的温度算起。各种材料的线膨胀系数线膨胀系
19、数，可按设计规范采用。钢：0.0000118混凝土：0.00001010/15/202220李亚东:桥梁工程概论 第三章（四）列车横向摇摆力（四）列车横向摇摆力由于轨道不平等原因，列车在行进中会发生左右摇摆，产生一种横桥向的水平力。这种横向摇摆力很难准确计算，现规定其作用于轨顶面，数值为5.5kN/m。因横向摇摆力的取值与竖向活载有一比例，故一般不再检算空车荷载的横向摇摆力。另外，横向摇摆力应与横向风力进行比较，取其大者参与荷载组合。10/15/202221李亚东:桥梁工程概论 第三章（五）流水压力、冰压力和支座摩阻力（五）流水压力、冰压力和支座摩阻力位于河流中的桥墩会受到流水压力的作用 位于
20、冰凌河流或水库的桥梁墩台，应根据当地冰凌的具体条件及墩台的结构形式，考虑冰荷载的作用。支座上的摩阻力是因上部结构由温度等引起的变位而产生的，其作用方向与上部结构的变位方向相反，作用点在支座处，计算公式为：10/15/202222李亚东:桥梁工程概论 第三章第四节第四节偶然荷载偶然荷载偶然荷载地震荷载、船只或漂流物（如排筏）的撞击力以及施工荷载。地震力由于地震波在土中传播，使震区发生地面运动；桥梁墩台首先受到外加的强迫运动，并导致整个桥梁的振动。所谓地震力，主要指强烈的地面运动引起的结构自身的惯性力（加速度与质量的乘积）。它不仅地面运动的强烈程度有关，也与结构的动力特性（频率和振型）有关，还与桥梁所在处的地质情况有关。船只或漂流物的撞击力 施工荷载 10/15/202223李亚东:桥梁工程概论 第三章思考题思考题荷载的分类与基本组合类型荷载的分类与基本组合类型公路及铁路桥梁标准活载规定公路及铁路桥梁标准活载规定冲击力与冲击系数的含义冲击力与冲击系数的含义温度对桥梁建筑结构的影响温度对桥梁建筑结构的影响静风荷载的取值静风荷载的取值10/15/202224李亚东:桥梁工程概论 第三章