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1、桥梁工程桥梁的设计桥梁工程桥梁的设计(shj)设计设计(shj)荷荷载载第一页，共100页。本本章章主主要要介介绍绍各各类类作作用用的的基基本本概概念念和和计计算方法算方法.实际设计时作用的取值按实际设计时作用的取值按:铁铁路路桥桥涵涵(qiohn)(qiohn)设设计计基基本本规规范范(TB10002.12005)(TB10002.12005)公公路路桥桥涵涵(qiohn)(qiohn)设设计计通通用用规规范范(JTG D602004)(JTG D602004)的规定办理。的规定办理。对对城城市市桥桥梁梁，其其荷荷载载标标准准与与公公路路桥桥梁梁类类似似，可可参参阅阅城城市市桥桥梁梁设设计计
2、荷荷载载标标准准(CJJ77)(CJJ77)。第1页/共99页第二页，共100页。第一节作用(zuyng)分类和作用(zuyng)代表值公路桥梁的作用公路桥梁的作用(zuyng),(zuyng),按其随时间变化的性质，分为按其随时间变化的性质，分为:永久作用永久作用(zuyng)(permanent action)(zuyng)(permanent action)可变作用可变作用(zuyng)(variable action)(zuyng)(variable action)偶然作用偶然作用(zuyng)(accidental action)(zuyng)(accidental action)永
3、久作用永久作用(zuyng):(zuyng):习习惯惯上上称称为为恒恒载载(deadload)(deadload)，是是指指在在设设计计基基准准期期内内，其其量量值值不不随随时时间间变变化化，或或其其变变化化与与平平均均值值相相比比可可忽忽略略不不计计的的作作用用(zuyng)(zuyng)，如如结构重力。结构重力。可变作用可变作用(zuyng):(zuyng):指指在在设设计计基基准准期期内内，其其量量值值随随时时间间变变化化，且且其其变变化化与与平平均均值值相相比比有有不不可可忽忽略略的的作作用用(zuyng)(zuyng)，如如汽汽车车、列列车车、人人群群荷荷载载(习习惯惯上上称称为活载
4、，为活载，live load)live load)。偶然作用偶然作用(zuyng):(zuyng):指指在在设设计计基基准准期期内内不不一一定定出出现现，但但一一旦旦出出现现，其其值值很很大大且且持持续续时时间很短的作用间很短的作用(zuyng)(zuyng)，如地震力。，如地震力。第2页/共99页第三页，共100页。第一节作用分类(fnli)和作用代表值铁路桥梁:习惯于按作用性质和发生的几率来进行分类，将桥梁作用分为:主力(zhl)(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)、附加力(对应于不包含在主力(zhl)中的其他的可变作用)特殊荷载(对应于偶然作用)。我国公路、铁路桥梁的设计作用(荷载
5、)分类分别见表31和表32。比较两表，尽管公路、铁路规范对各种作用的分类及名称有所不同，但基本上大同小异。第3页/共99页第四页，共100页。表31公路(gngl)桥梁作用分类表第4页/共99页第五页，共100页。第5页/共99页第六页，共100页。第一节作用分类(fnli)和作用代表值需要注意的是需要注意的是:有些作用是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、牵引有些作用是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、牵引力等；力等；有些作用仅在一本规范中列出，如公路规范中的支座摩阻力，有些作用仅在一本规范中列出，如公路规范中的支座摩阻力，但在按另一本规范设计桥梁时，可视情况加以采用。但在按另一本规范
6、设计桥梁时，可视情况加以采用。另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁路荷另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁路荷载载(hzi)(hzi)的基础上，增加公路桥全部活载的的基础上，增加公路桥全部活载的7575；但对仅承受；但对仅承受公路活载的构件，应计及全部公路活载。公路活载的构件，应计及全部公路活载。第6页/共99页第七页，共100页。第一节作用分类(fnli)和作用代表值 作作用用代代表表值值:代代表表作作用用大大小小的的数数值值,它它采采用用数数理理统统计计的的方方法法或根据工程经验加以确定。或根据工程经验加以确定。在进行桥梁结构或构件设计时，需针对不同设计目的采用规定
7、的各种作用值。作用代表值包括作用标准值、频遇值和准永久值。作用代表值包括作用标准值、频遇值和准永久值。作用标准值作用标准值:为各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设为各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。作用频遇值作用频遇值:是可变作用的一种代表值，其可根据在足够长的是可变作用的一种代表值，其可根据在足够长的观测观测(gunc)(gunc)期内作用任意时点概率分布的期内作用任意时点概率分布的0.950.95分位值确定。分位值确定。作用准永久值作用准永久值:是可变作用的另一种代表值，其可根据在足够是可变作用的
8、另一种代表值，其可根据在足够长的观测长的观测(gunc)(gunc)期内作用任意时点概率分布的期内作用任意时点概率分布的0.5(0.5(或略高于或略高于0.5)0.5)分位值确定。分位值确定。第7页/共99页第八页，共100页。第一节作用分类(fnli)和作用代表值 我国公路桥涵基于极限状态法，设计时对不同的作用我国公路桥涵基于极限状态法，设计时对不同的作用采用不同的代表值。对永久作用和偶然作用，采用标准值。采用不同的代表值。对永久作用和偶然作用，采用标准值。对可变作用，根据不同的极限状态和组合方式采用标准值、对可变作用，根据不同的极限状态和组合方式采用标准值、频遇值或准永久值。频遇值或准永久
9、值。我国铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，其各类荷载我国铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，其各类荷载(hzi)(hzi)的代表值相当于上述标准值，没有规定频遇值和的代表值相当于上述标准值，没有规定频遇值和准永久值。准永久值。第8页/共99页第九页，共100页。第一节作用(zuyng)分类和作用(zuyng)代表值作用的分类不是绝对的作用的分类不是绝对的!例例如如，铁铁路路钢钢梁梁桥桥的的水水平平联联结结系系(见见第第六六章章)主主要要承承受受风风力力和和制制动动力力，在在设设计计水水平平联联结结系系时时，就就该该视视风风力力和和制制动动力力为为活活载载而而非非附加力。附加力。设计基准期设计基准
10、期(design reference period)(design reference period)简单地讲，它就是在确定某些作用简单地讲，它就是在确定某些作用(这些作用的最大值概率分这些作用的最大值概率分布与时间有关，如风荷载、车辆活载等布与时间有关，如风荷载、车辆活载等)的标准值时需要人为规定的标准值时需要人为规定的一个基准时间参数。对桥梁的一个基准时间参数。对桥梁(qioling)(qioling)结构，设计基准期通长结构，设计基准期通长取取100100年。年。注意注意!设计基准期设计基准期使用寿命。使用寿命。第9页/共99页第十页，共100页。第二节永久(yngji)作用永永久久作作
11、用用：亦亦称称恒恒载载，在在设设计计基基准准期期内内其其值值不不随随时时间间变变化化，或或其其变变化化与与平平均均值值相相比比忽忽略略不不计计的的作作用。用。其其作作用用位位置置(wi zhi)、大大小小和和方方向一般是固定不变的向一般是固定不变的.永永久久作作用用包包括括：结结构构自自重重、桥桥上上附附加加恒恒载载（桥桥面面、人人行行道道及及附附属属设设备备）、作作用用于于结结构构上上的的土土重重及及土土侧侧压压力力、基基础础变变位位影影响响力力、水水浮浮力力、混混凝凝土土收收缩缩和和徐徐变变的的影影响响力等。力等。第10页/共99页第十一页，共100页。结构重力的标准值，可按结构构件的设计
12、尺寸和材料的重力密度计算确定。在进行桥梁结构(尤其是新型结构)分析时，往往需要预先估算恒载。通常，当估算的恒载与设计图完成后确定的恒载之间的差异(chy)较小(例如，不超过3)时，不必修正设计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分析。第11页/共99页第十二页，共100页。土压力土压力(earth pressure)(earth pressure)按其产生的条件，分为按其产生的条件，分为:静止土压力静止土压力 主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力 桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算涉及结构型桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算涉及结构型式、填料性质、墩
13、台式、填料性质、墩台(dn ti)(dn ti)位移和地基变形，也与水文和外加荷载位移和地基变形，也与水文和外加荷载等因素有关。等因素有关。第12页/共99页第十三页，共100页。水浮力水浮力 指由地表水或地下水通过地基指由地表水或地下水通过地基(dj)(dj)土壤的孔土壤的孔隙而传递给建筑物基础底面的隙而传递给建筑物基础底面的(由下而上的由下而上的)水压水压力，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。力，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。一般，位于岩石地基一般，位于岩石地基(dj)(dj)上的基础被认为上的基础被认为是不渗水的，可不计水浮力；对位于碎石类土、是不渗水的，可不计水浮力；对位于
14、碎石类土、砂类土、黏砂土等透水性地基砂类土、黏砂土等透水性地基(dj)(dj)上的墩台，上的墩台，需在设计中考虑水浮力需在设计中考虑水浮力 第13页/共99页第十四页，共100页。预加应力(对于预应力结构)按正常使用极限状态设计(shj)时：预加应力属永久作用；按承载能力极限状态设计(shj)时：预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属永久荷载。规范未作明确说明。第14页/共99页第十五页，共100页。混凝土收缩混凝土收缩(shrinkage)(shrinkage)及徐变及徐变(creep)(creep)作用作用 对外部超静定的混凝土桥梁
15、结构以及钢一混组合桥梁结构，对外部超静定的混凝土桥梁结构以及钢一混组合桥梁结构，混凝土收缩混凝土收缩(shrinkage)(shrinkage)及徐变及徐变(creep)(creep)作用是长期存在的。作用是长期存在的。混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力与徐变变形呈线性混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力与徐变变形呈线性关系的假定进行关系的假定进行(jnxng)(jnxng)分析。分析。混凝土收缩系数和徐变系数的确定，按照公路钢筋混凝土混凝土收缩系数和徐变系数的确定，按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)(JTG D62-2004)
16、和铁路桥涵钢和铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)(TB 10002.3-2005)中中的规定计算。的规定计算。第15页/共99页第十六页，共100页。基础变位基础变位 对超静定桥梁结构，由于地基压密等原因，其墩台对超静定桥梁结构，由于地基压密等原因，其墩台基础可能发生变位基础可能发生变位(沉降沉降(chnjing)(chnjing)。基础变位对结。基础变位对结构的影响也是长期的，其作用效应可依据工程实际情况，构的影响也是长期的，其作用效应可依据工程实际情况，按最终位移量分析计算。按最终位移量分析计算。第16页/共99
17、页第十七页，共100页。第三节 可变作用(zuyng)可变作用指在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比有不可忽略(hl)的作用，如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载，liveload)一、车辆活载车辆活载指桥梁承受的机动荷载。对铁路桥，指列车；对公路桥，主要指汽车。车辆活载的种类繁多，因此(ync)，需要对车辆活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，制订出设计采用的标准值。第17页/共99页第十八页，共100页。11列车列车(lich)(lich)活载活载列车由机车和车辆组成，机车和车辆类型(lixng)很多，轴重、轴距各异。为规范设计，我国根据机车车辆轴重
18、、轴距对桥梁不同影响及考虑车辆的发展趋势，制定了中华人民共和国铁路标准活载图式。（简称“中活载”）中活载160km/h、200km/hZK活载250km/h、300km/h以上高速第18页/共99页第十九页，共100页。桥规规定：桥规规定：加载时，标准活载计算图式可任意截取加载时，标准活载计算图式可任意截取双线桥跨：两线活载之和的双线桥跨：两线活载之和的90%横向横向(hn xin)稳定检算：空车稳定检算：空车+最大横向最大横向(hn xin)风力为最不利，空车活载标准值为风力为最不利，空车活载标准值为10kN/m第19页/共99页第二十页，共100页。“ZK活载活载”分标准分标准(biozh
19、n)活载和活载和特种活载特种活载第20页/共99页第二十一页，共100页。高速暂行规定：高速暂行规定：加载时，标准活载计算图式可任意截取加载时，标准活载计算图式可任意截取单线或双线桥跨：各线均应计入单线或双线桥跨：各线均应计入ZK活载作用。活载作用。多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：1）按双线在最不利位置承受）按双线在最不利位置承受ZK活载，其余活载，其余(qy)线路不承受列车荷载；线路不承受列车荷载；2）所有线路在最不利位置承受）所有线路在最不利位置承受75的的ZK活载。活载。空车活载按空车活载按10kN/m计算。计算。“ZK活载活载”分标准分标准(
20、biozhn)活载和活载和特种活载特种活载第21页/共99页第二十二页，共100页。第22页/共99页第二十三页，共100页。桥桥梁梁标标准准活活载载的的等等级级或或类类型型，应应根根据据桥桥梁梁所所在在线线路路的的等等级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定。级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定。对对标标准准轨轨距距(1435mm)(1435mm)的的干干线线铁铁路路，采采用用中中一一活活载载(本本书讨论者书讨论者)；对对地地方方窄窄轨轨(轨轨距距762mm)762mm)铁铁路路，规规定定了了与与中中一一活活载载形形状类似但数值大幅减小的活载图式；状类似但数值大幅减小的活载图式；
21、对对专专用用铁铁路路(如如矿矿区区铁铁路路桥桥梁梁)，其其活活载载图图式式需需结结合合具体情况确定。具体情况确定。对于不包括冲击效应对于不包括冲击效应(后述后述)的列车竖向活载，称之为的列车竖向活载，称之为静活载。静活载。第23页/共99页第二十四页，共100页。11汽车汽车(qch)(qch)荷载荷载-旧公路规范旧公路规范19891989版版l l 设计荷载设计荷载设计荷载设计荷载(hzi)(hzi)l l大大大大量量量量、经经经经常常常常出出出出现现现现的的的的汽汽汽汽车车车车荷荷荷荷载载载载(hzi)(hzi)，以以以以车车车车队形式排列。队形式排列。队形式排列。队形式排列。l l汽汽汽
22、汽1010级级级级、汽汽汽汽1515级级级级、汽汽汽汽2020级级级级、汽汽汽汽超超超超2020级级级级 验算荷载验算荷载 偶偶然然、个个别别出出现现的的平平板板挂挂车车(guch)或或履履带车。带车。挂挂80、挂、挂100、挂、挂120、履带、履带50第24页/共99页第二十五页，共100页。第25页/共99页第二十六页，共100页。原原公公路路桥桥涵涵结结构构设设计计采采用用的的车车辆辆荷荷载载标标准准模模式式是是根根据据2020世世纪纪6060年年代代我我国国公公路路交交通通荷荷载载的的实实际际情情况况，经经过过相相当当长长时时期期的的分分析析、研研究究和和修修正正确确定定的的。从从近近
23、4040年年的的应应用用情情况况看看，标标准准（9797）车车辆辆荷荷载载的的模模式式及及其其分分级级基基本本上上是是合合理理(hl)(hl)的的，能能适适应应我我国国公公路路建建设设发发展展的的需需要要，但但也也存存在在一一些些不不尽尽合合理理(hl)(hl)之之处处，如如采采用用车车队队荷荷载载模模式式在在桥桥涵涵结结构构设设计计时时计计算算非非常常繁繁琐琐、车车队队荷荷载载在在不不同同跨跨径径的的结结构构上上产产生生的的效效应应的的连连贯贯性性不不够够合合理理(hl)(hl)、标标准准荷荷载载的的级级差差不不尽尽合合理理(hl)(hl)等等，同同时时，采采用用车车队队荷荷载载模模式式，容
24、容易易造造成成设设计计采采用用的的车车辆辆荷荷载载是是实实际际运运营营中中允允许许如如此此载载质质量量的的车车辆辆在在公公路路上行驶的错误观念。上行驶的错误观念。第26页/共99页第二十七页，共100页。11汽车荷载汽车荷载-新公路规范新公路规范 通用通用(tngyng)(tngyng)规范规范JTGD62JTGD62规定规定1汽车荷载分为公路I级和公路II级两个等级。2汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。3桥梁结构的整体计算采用车道荷载；4桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力(yl)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。第27页/共9
25、9页第二十八页，共100页。第28页/共99页第二十九页，共100页。新规范车道荷载(hzi)的计算图式第29页/共99页第三十页，共100页。公路I级车道荷载的均布荷载标准值为:=10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，=180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，=360kN；桥梁计算跨径在5m50m之间时，值采用直线内插求得。计算剪力效应(xioyng)时，上述集中荷载标准值 应乘以1.2的系数。公路II级车道荷载的均布荷载标准值 和集中荷载标准值 按公路I级车道荷载的0.75倍采用。车道荷载的均布标准值应满布于使结构产生最不利效应(xioyng)的
26、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。第30页/共99页第三十一页，共100页。公路一公路一I I级和公路一级和公路一级汽车荷载采用相同级汽车荷载采用相同(xin tn)(xin tn)的车辆荷载标准值的车辆荷载标准值 第31页/共99页第三十二页，共100页。第32页/共99页第三十三页，共100页。3 3车辆活载折减车辆活载折减4 4 多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。5 5 横向折减的含义是：在多车道横向折减的含义是：在多车道(或多线或多线)桥梁桥梁上行驶的车辆活载使桥梁结构产生某种最大作用效应上行驶的车辆活载使桥梁结构产生某
27、种最大作用效应时，不同车道上的车辆活载同时处于最不利位置的可时，不同车道上的车辆活载同时处于最不利位置的可能性大小。显然，车道数越多，可能性能性大小。显然，车道数越多，可能性(即同时出现即同时出现最不利加载的几率最不利加载的几率)越小。越小。6 6 当桥涵当桥涵(qiohn)(qiohn)设计车道数设计车道数22时，汽车荷载产时，汽车荷载产生的效应生的效应 应该按规定的多车道横向折减系数进行折应该按规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。应。第33页/共99页第三十四页，共100页。大跨径公路桥梁上的车道荷载
28、，还应考虑纵向折减。大跨径公路桥梁上的车道荷载，还应考虑纵向折减。这是因为：在制订车道荷载标准时，采用了自然堵塞的车间间距；在确定这是因为：在制订车道荷载标准时，采用了自然堵塞的车间间距；在确定(qudng)(qudng)荷载大小时，采用了重车居多的调查资料。但对大跨径桥梁，随着荷载大小时，采用了重车居多的调查资料。但对大跨径桥梁，随着跨径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐步缓解。因此，需对汽车荷跨径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐步缓解。因此，需对汽车荷载载(或其效应或其效应)按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于150m150m时
29、，应时，应按表按表3.53.5进行纵向折减。对多跨连续结构进行纵向折减。对多跨连续结构(如连续梁桥如连续梁桥)，按主跨进行全桥折减。，按主跨进行全桥折减。第34页/共99页第三十五页，共100页。对铁路桥梁，仅考虑横向折减。对铁路桥梁，仅考虑横向折减。双双线线桥桥的的主主要要构构件件，用用于于设设计计的的双双线线活活载载应应取取两两线线标标准准活活载之和的载之和的9090(相当于横向折减系数取相当于横向折减系数取0.9);0.9);三线及三线以上者应取各线标准活载之和的三线及三线以上者应取各线标准活载之和的8080；对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。第35
30、页/共99页第三十六页，共100页。4 4 车辆车辆(chling)(chling)活载的加载活载的加载 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、应应力力和和位位移移、变变形形等等)的的最不利值。最不利值。对对公公路路桥桥梁梁的的车车道道荷荷载载，布布载载时时，应应将将其其中中的的均均布布荷荷载载标标准准值值(任任意意长长度度，任任意意截截取取)满满布布于于使使结结构构产产生生最最不不利利效效应应的的同同号号影影响响线线区区段段上上，而而集集中中荷荷载载标标准准值值只布置在相应影响线中的一个最大影响线
31、峰值处。只布置在相应影响线中的一个最大影响线峰值处。对对公公路路桥桥梁梁中中的的车车辆辆荷荷载载和和铁铁路路桥桥梁梁中中的的中中一一活活载载，则则使使用用轮轮系系荷荷载载直直接接加加载载并并通通过过试试算算的的方方法法找找出出最最不不利值。利值。第36页/共99页第三十七页，共100页。对对中中一一活活载载，当当采采用用手手工工计计算算时时，直直接接使使用用轮轮系系荷荷载载加加载载较较为为繁繁琐琐，可可采采用用等等代代荷荷载载(或或称称换换算算均均布布荷荷载载)取而代之。取而代之。等等代代荷荷载载与与标标准准活活载载的的加加载载效效应应相相等等，即即指指对对结结构构或或构构件件的的某某一一单单
32、符符号号影影向向线线，取取标标准准活活载载按按最最不不利利加加载载求求得得的的数数值值，等等于于该该影影响响线线的的面面积积与与对对应应的的等等代代荷荷载载的的乘积。乘积。等等代代荷荷载载的的大大小小与与荷荷载载类类型型、影影响响线线的的形形状状和和加加载载长长度度有有关关。具具体体数数值值及及加加载载规规定定可可查查阅阅有有关关规规范范和和设设计计手册。手册。第37页/共99页第三十八页，共100页。二二 冲击力冲击力 车车辆辆以以一一定定速速度度过过桥桥时时，由由于于动动力力影影响响，桥桥梁梁实实际际产产生生的的活活载载应应力力和和变变形形(bin(binxng)xng)大大于于按按活活载
33、载静静重重计计算算所所得得的的结果，这种动力效应常称为冲击作用。结果，这种动力效应常称为冲击作用。为简化设计，引入冲击系数(大于1)来反映车辆活载的动力影响(即采用静力学的方法(fngf)，用冲击系数乘以车辆重力)。第38页/共99页第三十九页，共100页。YdmaxYdmax在在车车辆辆过过桥桥时时测测得得的的效效应应时时间间历历程程曲曲线线上上，最最大大静静力力效效应应处处量取的最大静力效应值；量取的最大静力效应值；YjmaxYjmax在在效效应应时时间间历历程程曲曲线线上上最最大大静静力力效效应应处处量量取取的的最最大大动动力力效效应应值。值。第39页/共99页第四十页，共100页。桥梁
34、结构的基频反映了结构的尺寸桥梁结构的基频反映了结构的尺寸(ch cun)(ch cun)、类型、建、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸构尺寸(ch cun)(ch cun)与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。第40页/共99页第四十一页，共10
35、0页。冲冲击击力力受受线线路路状状态态(如如道道路路不不平平顺顺)、车车辆辆类类型型(如如机机车车的的偏偏心心轮轮作作用用)以以及及桥桥梁梁结结构构形形式式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在在设设计计中中精精确确考考虑虑。通通常常的的做做法法是是，在在桥桥梁梁动动载载试试验验的的基基础础上上提提出出近近似计算公式，把动力问题简化成静力问题来处理。似计算公式，把动力问题简化成静力问题来处理。第41页/共99页第四十二页，共100页。新的新的 通用规范通用规范JTG D60JTG D60规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算(j sun)(j
36、 sun)：1 1 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、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、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算(j sun)(j sun)汽车汽车的冲击作用。的冲击作用。2 2 填料厚度（包括路面厚度）等于或大于填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。台不计冲击力。3 3 支座的冲击力，按相应的桥梁取用。支座的冲击力，按相应的桥梁取用。4 4 汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘
37、以冲击系数汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 5 5 冲击系数冲击系数可按下式计算可按下式计算(j sun)(j sun)：当当 Hz Hz时，时，=0.05=0.05 当当1.5Hz 14Hz1.5Hz 14Hz时，时，=0.1767lnf=0.1767lnf0.0157 0.0157 当当 Hz Hz时，时，=0.45=0.45 式中，式中，f f 为结构基频（为结构基频（HzHz）。）。6 6 汽车荷载的局部加载及在汽车荷载的局部加载及在T T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数梁、箱梁悬臂板上的冲击系数:采用采用=0.3=0.3。第42页/共99页第四十三页，共100页。第43页
38、/共99页第四十四页，共100页。计算冲击力引起(ynq)的连续梁正弯矩效应和剪力效应时，采用f1；计算负弯矩效应时，采用f2。第44页/共99页第四十五页，共100页。也也可可根根据据桥桥梁梁结结构构的的刚刚度度来来确确定定冲冲击击力力。一一般般而而言言，桥桥梁梁跨跨径径越越大大、刚刚度度越越小小，结结构构对对动动荷荷载的缓冲作用越强，即冲击作用越弱。载的缓冲作用越强，即冲击作用越弱。因因此此，可可以以近近似似认认为为冲冲击击力力与与计计算算跨跨径径成成反反比。此方法计算简便，但不尽合理。比。此方法计算简便，但不尽合理。第45页/共99页第四十六页，共100页。v现行铁路规范铁路桥动力现行铁
39、路规范铁路桥动力(dngl)系数系数 1+简支或连续钢桥跨结构简支或连续钢桥跨结构(jigu)和钢墩台和钢墩台 钢与钢筋混凝土板构成钢与钢筋混凝土板构成(guchng)的结合梁的结合梁 第46页/共99页第四十七页，共100页。v现行现行(xinxng)铁路规范铁路桥动力系数铁路规范铁路桥动力系数 1+钢钢筋筋混混凝凝土土的的、混混凝凝土土的的、石石砌砌的的桥桥跨跨结结构构及及涵涵洞洞(hndng)、刚刚架架桥桥，其其顶顶上上填填土土厚厚度度1.0m（从从轨轨底底算算起起）时不计冲击力。当小于时不计冲击力。当小于1.0m时时 空腹式钢筋空腹式钢筋(gngjn)混凝土拱桥的拱圈和拱混凝土拱桥的拱
40、圈和拱肋肋第47页/共99页第四十八页，共100页。三三人群人群(rnqn)(rnqn)荷载荷载 铁铁路路桥桥梁梁的的人人行行道道以以通通行行巡巡道道和和维维修修人人员员为为主主，一一般般行行人人不不多多。对对明明桥桥面面的的人人行行道道，考考虑虑到到有有时时需需在在其其上上放放置置枕枕木木、钢钢轨轨和和工工具具，取取竖竖向向静静活活载载为为4kN/m4kN/m2 2。对对于于道道碴碴桥桥面面，规规定定距距离离梁梁中中心心2.45m2.45m以以内内的的人人行行道道，取取10kN/m10kN/m2；距距离离梁梁中中心心2.45m2.45m以外的人行道，取以外的人行道，取4kN4kNm m2 2
41、。设设计计主主梁梁时时，人人行行道道竖竖向向静静活活载载不不与与列列车车活活载载同同时时计计算算，但但对对特特殊殊情情况况(如如为为城城镇镇居居民民通通行行而而加加宽宽了了人人行行道道)，两两者者需需同时考虑，此时人行道活载值可按实际情况确定。同时考虑，此时人行道活载值可按实际情况确定。第48页/共99页第四十九页，共100页。当当桥桥梁梁计计算算跨跨径径小小于于或或等等于于50m50m时时，公公路路桥桥梁梁人人群群荷荷载载的的标标准值为准值为3.0kN/m3.0kN/m2 2z z；当桥梁计算跨径等于或大于当桥梁计算跨径等于或大于150m150m时，为时，为3.5kN/m3.5kN/m2 2
42、；当当桥桥梁梁计计算算跨跨径径在在50-150m50-150m时时，按按线线性性内内插插得得到到人人群群荷荷载载标标准值。准值。对连续结构，以主跨为准。对连续结构，以主跨为准。对对位位于于城城镇镇郊郊区区行行人人密密集集地地区区的的公公路路桥桥，人人群群荷荷载载标标准准值值取取上述规定值的上述规定值的1.151.15倍。倍。对人行桥，人群荷载标准值为对人行桥，人群荷载标准值为3.5kN3.5kNm m2 2。城市桥梁要按城市桥梁要按城市桥梁设计荷载标准城市桥梁设计荷载标准(CJJ77)(CJJ77)人人行行道道(钢钢筋筋混混凝凝土土)板板还还应应以以4.0kN4.0kNm m2 2(公公路路桥
43、桥)或或1.5kN(1.5kN(铁铁路桥路桥)的荷载进行检算，的荷载进行检算，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0.75kN0.75kNm m考考虑虑，作作用用于于立立柱柱和扶手的竖向力按和扶手的竖向力按1.0kN1.0kN考虑。考虑。第49页/共99页第五十页，共100页。四四 离心力离心力 车车辆辆在在曲曲线线上上运运行行产产生生离离心心力力。公公路路桥桥上上离离心心力力较较小小，当曲线半径等于或小于当曲线半径等于或小于250m250m时，才考虑离心力的作用。时，才考虑离心力的作用。离离心心力力等等于于车车辆辆荷荷载载（不不计计动动力力(dngl)(dngl)效效应应
44、）乘乘以以离离心心力力系数系数(率率)离心力系数离心力系数(xsh)(率率)对铁路荷载(hzi)C不应大于0.15。离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m第50页/共99页第五十一页，共100页。五五 风荷载风荷载(hzi)(hzi)当当风风以以一一定定速速度度运运动动并并受受到到桥桥梁梁阻阻碍碍时时，桥桥梁梁就就承承受受到到风风压压。因因此此，桥桥梁梁结结构构设设计计时时，应应考考虑虑风风荷荷载载(wind(wind load)load)。对对大大跨跨度度的的斜斜拉拉桥桥、悬悬索索桥桥以以及及高高耸耸的的桥桥塔塔和和桥桥墩墩等，尤其如此。等，尤其如此。风压分顺风向和横风向。风压
45、分顺风向和横风向。顺风向的风压可视为顺风向的风压可视为平均风压或脉动风压平均风压或脉动风压。采采用用静静力力学学方方法法简简化化计计算算平平均均风风压压对对结结构构的的影影响响，是是桥桥梁梁设设计计的的常常规规做做法法；对对脉脉动动风风压压，往往往往需需按按结结构构(随随机机)振振动理论进行分析。动理论进行分析。第51页/共99页第五十二页，共100页。五五 风荷载风荷载(hzi)(hzi)横桥向风荷载的大小是横桥向风荷载的大小是风压风压与结构迎风面积的乘积。与结构迎风面积的乘积。但但风风压压与与风风速速及及空空气气重重力力密密度度有有关关，而而风风速速受受到到地地理理位位置、地形条件、地面粗
46、糙程度、高度等因素的影响。置、地形条件、地面粗糙程度、高度等因素的影响。公路规范规定：取平坦空旷地面、离地面公路规范规定：取平坦空旷地面、离地面10m10m高、重现期为高、重现期为100100年的年的10min10min平均最大风速，为桥梁所在地区的设计基本风速，记为平均最大风速，为桥梁所在地区的设计基本风速，记为V10(V10(单位：单位：m/s)m/s)，该风速可按规范取值并经实地调查核实后采用。注意，该风速可按规范取值并经实地调查核实后采用。注意V10V10是根据离是根据离地面地面10m10m高处的数据经统计高处的数据经统计(tngj)(tngj)得到的，在实用中，根据结构计算高得到的，
47、在实用中，根据结构计算高度修正度修正,高度高度Z Z处的设计基准风速记为处的设计基准风速记为Vd(m/s)Vd(m/s)，第52页/共99页第五十三页，共100页。k2 考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数；按地表状况，地面粗糙度分为A、B、C、D四类(例如，B类对应的地表状况为田野、乡村、丛林及低层建筑物稀少地区，对山间盆地、谷地或峡谷、山口等特殊地形，也按B类取值)，梯度风则反映出风速随高度变化的特征；由于受地面摩擦的影响，气流贴近地面运动时的速度会降低，离地面越高，受影响越小，故k2随离地面高度的增加而增大；k5阵风风速系数，对A、B类地表，其取值为1.38；对C、D类地表为
48、1.7。基本基本(jbn)风压风压W0设计设计(shj)基准风压基准风压Wd风荷载风荷载(hzi)标准值标准值设计基准风速设计基准风速第53页/共99页第五十四页，共100页。K0-K0-设计风速重现设计风速重现(zhn xin)(zhn xin)期换算系数，因重现期换算系数，因重现(zhn xin)(zhn xin)期长短与期长短与基本风压有关，故该系数体现出构的重要性；对于单孔跨径指标为特大桥和基本风压有关，故该系数体现出构的重要性；对于单孔跨径指标为特大桥和大桥的桥梁大桥的桥梁(见表见表1.1)1.1)，取，取1.01.0；对其他桥梁，取；对其他桥梁，取0.900.90；对正在施工的桥梁
49、，；对正在施工的桥梁，取取0.750.75；当桥梁位于台风多发地区时，可根据实际情况适当提高；当桥梁位于台风多发地区时，可根据实际情况适当提高k0k0值；值；K1-K1-风载阻力系数，该系数反映出风压与结构本身的体型、尺寸比的关系；风载阻力系数，该系数反映出风压与结构本身的体型、尺寸比的关系；其值主要随构件其值主要随构件(桁架、桥墩和桥塔桁架、桥墩和桥塔)的截面类型和尺寸等而变；的截面类型和尺寸等而变；K3-K3-地形、地理条件系数；该系数反映出风压随地形、地理条件的不同而变地形、地理条件系数；该系数反映出风压随地形、地理条件的不同而变化的特征；对一般地区，取化的特征；对一般地区，取1.01.
50、0；对山间盆地或谷地，取；对山间盆地或谷地，取0.750.850.750.85；对峡；对峡谷口或山口，取谷口或山口，取1.201.41.201.4。第54页/共99页第五十五页，共100页。对于顺桥向的风荷载，规定如下对于顺桥向的风荷载，规定如下(rxi)(rxi)：对下承式桁架桥，风荷载标准值按其横桥向对下承式桁架桥，风荷载标准值按其横桥向风压的风压的4040乘以桁架迎风面积计算；乘以桁架迎风面积计算；对桥墩，按其横桥向风压的对桥墩，按其横桥向风压的7070乘以桥墩迎乘以桥墩迎风面积计算；风面积计算；对于斜拉桥、悬索桥的桥塔，按其横桥向风对于斜拉桥、悬索桥的桥塔，按其横桥向风压乘以桥塔迎风面