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桥梁计算荷载教案资料
桥梁计算荷载桥梁计算荷载一、桥梁设计作用的分类：1.概念：作用——公路桥涵设计术语●直接作用（荷载）：施加在结构上的一组集中力或分布力●间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因2.分类：二、桥梁工程作用取值方法(一)设计时，对不同的作用采用不同的代表值1.永久作用：采用标准值作为代表值2.可变作用：根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值、准永久值作为代表值●标准值：承载能力极限状态设计、按弹性阶段计算结构强度●频遇值：正常使用极限状态按短期效应组合设计●准永久值：按长期效应组合设计3.偶然作用：采用标准值作为代表值(二)代表值的取用规定1.永久作用的标准值：●结构自重（包括结构附加重力）：按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定2.可变作用的标准值：（1）汽车荷载：●汽车荷载分为公路—I级和公路—II级●车道荷载：桥梁结构整体计算●车辆荷载：桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台、挡土墙土压力等的计算●车辆荷载和车道荷载的作用不重叠（2）车道荷载的计算图式：（3）公路—I级车道荷载：●均布荷载标准值:q k=10.5kN/m●集中荷载标准值：桥梁计算跨径≤5m，P k=180 kN5m＜桥梁计算跨径＜50m，采用直线内插求得桥梁计算跨径≥50m，P k=360 kN●计算剪力效应，上述集中荷载标准值P k×1.2 （4）公路—II级车道荷载：●均布荷载标准值q k和集中荷载标准值P k按公路—I级车道荷载的0.75倍采用（5）车道荷载的分布：●均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同好影响线上●集中荷载标准值只作用于相应影响中一个最大影响线峰值处（6）人群荷载标准值的采用规定：●桥梁计算跨径≤50m，人群荷载标准值3kN/㎡●50m＜桥梁计算跨径＜150m，由线性内插得人群荷载标准值●桥梁计算跨径≥150m，人群荷载标准值2.5kN/㎡●对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准●城郊行人密集区的公路桥梁：人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍●专用人行桥梁：人群荷载标准值为3.5 kN/㎡（7）可变作用频遇值=可变作用标准值×频遇系数φ1（8）可变作用准永久值=可变作用标准值×准永久值系数φ23.偶然作用：●应根据调查、试验资料，结合工程经验确定其标准值(三)作用的设计值规定为作用的标准值×相应的作用分项系数三、作用的组合效应(一)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和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：1.参与组合的效应：●结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合●结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，应以不同方向的最不利的作用效应进行组合2.不参与组合的效应：●可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不参与组合●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用，按规定不考虑其作用效应的组合3.施工阶段作用效应的组合●按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑●组合式桥梁，把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分为两个阶段，底梁受荷为第一阶段，组合梁受荷为第二阶段4.几个偶然作用不同时参与组合(二)公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用的效应组合：1.基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合2.偶然组合：永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合●偶然作用的效应分项系数取1.0●与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值●地震作用标准值及其表达式按规范规定采用(三)公路桥涵结构按正常使用极限状态设计，根据不同的设计要求，应采用的效应组合：1.作用短期效应组合：●永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合2.作用长期效应组合：●永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合。
桥梁的设计荷载
根据桥梁的设计使用寿命和预期的维 修、加固等因素，综合考虑其安全系 数，以确保桥梁在整个使用寿命期间 能够保持安全和稳定。
05 桥梁设计中的结构分析
CHAPTER
静力分析
静力分析是桥梁设计中最重要的结构分析之一，用于确定桥梁在静力荷 载（如恒载和活载）作用下的响应。
静力分析的主要目的是评估桥梁的强度、刚度和稳定性，以确保桥梁在 使用过程中能够安全、可靠地承受各种荷载。
在特殊荷载组合中，需要考虑不同荷 载之间的相互作用和影响，以及这些 荷载对桥梁结构的影响。
特殊荷载组合需要考虑的是桥梁在特 殊情况下的安全性和稳定性，以确保 桥梁在这些情况下能够保持安全和性 能。
04 桥梁设计中的安全系数
CHAPTER
恒载安全系数
1 2
恒载安全系数
用于确保桥梁在长期恒定载荷作用下能够保持安 全和稳定。
尺寸优化
尺寸优化是指在给定结构的形状和布局下，通过调整结构 构件的截面尺寸或厚度等参数，以达到减小结构重量、降 低工程成本和提高结构刚度的目的。
尺寸优化方法包括线性规划法、遗传算法和模拟退火算法 等，这些方法通过数学模型和计算机技术，可以快速准确 地找到最优解。
形状优化
形状优化是指在给定结构的尺寸和布局下，通过改变结构的边界形状或轮廓线， 以达到提高结构性能、减小结构重量和降低工程成本的目的。
长期荷载组合
长期荷载组合是指桥梁在长期使 用过程中可能承受的荷载情况， 包括车辆、人群、风、雨、雪等。
长期荷载组合需要考虑的是桥梁 的耐久性和可靠性，以确保桥梁 在长期使用过程中能够保持安全
和性能。
在长期荷载组合中，需要考虑不 同荷载之间的长期效应，以及这
些荷载对桥梁结构的影响。
桥梁计算书(含水文、荷载、桩长、挡墙的计算)
**桥梁计算书（含水文、荷载、桩长、挡墙的计算）**本计算书中包括桥涵水文的计算、恒荷载计算、活荷载计算桩长、以及挡墙的计算。
荷载标准：公路Ⅱ级乘0.8的系数桥面宽度：净4.5+2×0.5m跨度：13孔×13m1、工程存在问题*****桥位于***闸下游1000m处，建于1982年，为钢筋砼双排架式桥墩，预制拼装型板梁桥面，17孔，每跨8.85m。
总长150.45m，宽5.3m。
该桥运行20多年，根据***省水利建设工程质量监测站检验测试报告检测结果如下：（1）桥墩A．桥墩基础桥墩基础为抛石砼，设计强度等级为150＃，钻芯法检测砼现有强度代表值为16.4MPa。
B．排架立柱及联系梁立柱设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为14.0～18.3MPa。
联系梁设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为14.7MPa。
立柱外观质量总体较差，局部区域麻面较重。
立柱砼碳化深度最大值为31mm，最小值为5mm，平均值为14mm。
立柱钢筋保护层实测厚度为20mm，钢筋目前未锈，但碳化深度平均值已接近钢筋保护层厚度。
通过普查，全桥64根立柱中有12根35处箍筋锈胀外露，有6处联系梁主筋外露。
C．盖梁盖梁设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为17.4～21.5MPa。
盖梁外观质量一般，梁体砼总体感觉较疏松。
盖梁砼碳化深度最大值为24mm，最小值为9mm，平均值为18mm。
，盖梁主筋侧保护层实测厚度为9～13mm，底保护层实测厚度29～42mm，砼碳化深度已超过钢筋侧保护层厚度，盖梁主筋已开始锈蚀。
通过普查，全桥32根盖梁中共有14根15处主筋锈蚀膨胀，表层砼脱落，主筋外露，长度15～70cm；有28处箍筋锈胀外露。
（2）T型梁T型梁设计强度等级为200＃，每跨中间两根T型外观较好，两边T型梁外观较差。
T型梁砼碳化深度最大值为20mm，最小值为7mm，平均值为14mm。
桥梁下部计算书
K3+665桥下部计算书1、桥墩计算1.1 荷载（1）上部反力汇总（2）桥墩盖梁：（1.5*1.7*15.8+0.85*0.4*15.8-2.55*1.7*0.7）*26=1108.3kN（3）墩柱3.14*0.75*0.75*5.5*2*26=505.4kN（4）承台2.5*2.5*37.3/2*26=3030.6kN（5）水平制动力单车道汽车荷载(提高到1.2系数)：1.2*((30+20)*10.5+360)=1062kN3车道汽车制动力：2.34*0.1*1062=248.5kN<2.34*165kN=386.1kN，取汽车制动力为386.1kN,作用点距承台底10.15米。
（6）作用到承台底（桩顶）的荷载标准值组合：竖向：4814.0+3411.0+2147.0+1849.0+1108.3+505.4+3030.6=16865.3kN水平向：386.1kN弯矩：386.1*10.15m=3918.9kNm（7）单排桩力分配单桩桩顶荷载：竖向：16865.3kN/4.5=3747.8kN水平向：386.1kN/4.5=85.8kN弯矩：3918.9kNm/4.5=870.9kN1.2 桩长计算利用《桥梁通》7.77版桩长计算工具，桩顶竖向力取3747.8kN，初拟桩长、桩径分别为35m、1.5m，计算结果满足承载能力要求。
桩长计算书见附录1。
利用《桥梁博士》3.13版基础计算工具复核单桩承载力计算结果为：配筋面积 1.77e-03㎡，选配30根φ25的钢筋，配筋面积1.47e-02㎡，配筋率0.83%。
2、桥台计算2.1 荷载（2）桥台台帽：0.5*1.2*16.99*26+0.74*16.99*26（背墙）=591.9kN（3）台身1.2*2*16.99*26=1060.2kN（4）承台2*4.5*38/2*26=4446kN（5）水平制动力支座摩阻力：3411.0*0.078=266.1kN；作用点距承台底4.75米。
桥梁工程荷载横向分布计算简介
•由于跨中截面车轮加载值占总荷载的绝大多 数, 近似认为其它截面的横向分布系数与跨中 相同 •对于剪力
从影响线看跨中与支点均占较大比例 从影响面看近似影响面与实际情况相差较大
计算剪力时横向分布沿桥纵向的变化
与铰接板、梁的区别: 未知数增加一倍, 力法方程数增加一倍
5 .铰接板桥计算m举例:
如图所示，l＝12.60m的铰接空心板桥横截面布置。 桥面净空为净－7＋2x0.75m人行道。全桥由9块预应力混凝 土空心板组成，欲求1、3.5号板的公路-I级和人群荷载作用 的跨中横向分布系数？
分析: 荷载横向分布影响线竖标值与刚度参数γ ，板 块数n以及荷载作用位置有关。 5.8 I (b)2
4.目前常用的荷载横向分布计算方法： （1）梁格系模型
①杠杆原理法
②偏心压力法
③横向铰接梁（板）法
④ 横向刚接梁法 （2）平板模型——比拟正交异性板法（简称G—M法） 各计算方法的共同点: （1）横向分布计算得m （2）按单梁求主梁活载内力值
二、杠杆原理法 （一）计算原理 1.基本假定：
忽略主梁间横向结构的联系作用，假设桥面 板在主梁上断开，当作沿横向支承在主梁上的简 支梁或悬臂梁来考虑。
荷载横向分布计算
一、概述
荷载: 恒载: 均布荷载（比重×截面积）
活载: 荷载横向分布
1.活载作用下，梁式桥内力计算特点：
（1）单梁 （平面问题）
P
S=P·η1（x）
x
L/4
1
（2）梁式板桥或由多片主梁组成的梁桥（空间问题）: S＝Ｐ·η（x，ｙ） 实际中广泛使用方法: 将空间问题转化成平面问题
S P (x, y) P 2 (y) 1(x)
为求1号梁的荷载 假设: a、P＝1作用于1号梁梁轴， 跨中，偏心距为e； b、 各主梁惯性矩Ii不相等； c、横隔梁刚度无穷大。 则由刚体力学: 偏心力P=1 <====> 中心荷载 P=1+偏心力矩M=1·e
桥梁计算书(含水文、荷载、桩长、挡墙的计算)
年河桥梁计算书（含水文、荷载、桩长、挡墙的计算）**本计算书中包括桥涵水文的计算、恒荷载计算、活荷载计算桩长、以及挡墙的计算。
荷载标准：公路Ⅱ级乘0.8的系数桥面宽度：净4.5+2×0.5m跨度：13孔×13m1、工程存在问题年河桥位于长江下游1000m处，建于1982年，为钢筋砼双排架式桥墩，预制拼装型板梁桥面，17孔，每跨8.85m。
总长150.45m，宽5.3m。
该桥运行20多年，根据***省水利建设工程质量监测站检验测试报告检测结果如下：（1）桥墩A．桥墩基础桥墩基础为抛石砼，设计强度等级为150＃，钻芯法检测砼现有强度代表值为16.4MPa。
B．排架立柱及联系梁立柱设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为14.0～18.3MPa。
联系梁设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为14.7MPa。
立柱外观质量总体较差，局部区域麻面较重。
立柱砼碳化深度最大值为31mm，最小值为5mm，平均值为14mm。
立柱钢筋保护层实测厚度为20mm，钢筋目前未锈，但碳化深度平均值已接近钢筋保护层厚度。
通过普查，全桥64根立柱中有12根35处箍筋锈胀外露，有6处联系梁主筋外露。
C．盖梁盖梁设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为17.4～21.5MPa。
盖梁外观质量一般，梁体砼总体感觉较疏松。
盖梁砼碳化深度最大值为24mm，最小值为9mm，平均值为18mm。
，盖梁主筋侧保护层实测厚度为9～13mm，底保护层实测厚度29～42mm，砼碳化深度已超过钢筋侧保护层厚度，盖梁主筋已开始锈蚀。
通过普查，全桥32根盖梁中共有14根15处主筋锈蚀膨胀，表层砼脱落，主筋外露，长度15～70cm；有28处箍筋锈胀外露。
（2）T型梁T型梁设计强度等级为200＃，每跨中间两根T型外观较好，两边T型梁外观较差。
T型梁砼碳化深度最大值为20mm，最小值为7mm，平均值为14mm。
桥梁支架计算依据和荷载计算
桥梁支架计算依据和荷载计算1.桥梁支架计算依据：（1）土层力学特性：包括土壤的过渡面摩擦力、土壤剪切力和土壤内摩擦角等。
（2）桥梁设计荷载标准：根据国家相关标准和规范确定桥梁所要承受的设计荷载，如静载、动载、温度效应等。
（3）材料力学性能：包括桥梁支架材料的抗拉、抗压、抗扭、抗剪等强度指标，以及弹性模量、泊松比等刚度指标。
（4）结构形式和几何形状：包括桥墩的形式、跨径和高度、桥面铺装的类型等。
（5）地震设计：根据所在地的地震烈度，进行合理的地震设计。
2.荷载计算：（1）静载荷计算：包括桥梁自重、活载、附加活载等。
自重是指桥梁本身的重量，通常可以根据桥梁的材料和几何形状进行合理估算。
活载是指桥梁上行驶的车辆、行人等的重量，根据相关标准和规范进行计算。
附加活载是指被弯矩、腹杆力或侧向力加载的附加荷载，如风荷载、地震荷载等。
（2）动载荷计算：主要包括行车荷载、机械冲击荷载、地震荷载等。
行车荷载是桥梁上行驶车辆引起的荷载，根据车辆类型、数量、速度等来计算。
机械冲击荷载是因为机械设备的工作而产生的冲击荷载，如起重机、振动器等。
地震荷载是地震引起的荷载，根据所在地的地震烈度进行计算。
（3）温度荷载计算：温度变化会引起桥梁结构的膨胀和收缩，从而产生温度荷载。
通常根据桥梁材料的线膨胀系数、温度变化范围计算温度荷载。
3.荷载计算方法：（1）静载计算方法：静载计算通常采用荷载和材料的极限状态设计原则，以及弹性分析和极限平衡法。
具体计算方法可以根据不同的荷载类型灵活选择，如梁式桥计算采用荷载作用线法，拱桥计算可采用分割法。
（2）动载计算方法：动载计算通常采用动力学分析方法，如有限元法、振动模态分析法等。
这些分析方法可以模拟桥梁在不同的荷载作用下的动力响应，从而确定结构的荷载承载能力。
综上所述，桥梁支架计算依据和荷载计算是桥梁设计的重要环节。
通过合理的计算，可以确保桥梁的强度和刚度满足设计要求，从而保证桥梁的安全运行。
-桥梁设计荷载
汽车荷载(hèzài)制动力
（六）汽车荷载制动力和牵引力
制动力：车辆减速或制动时为克服车辆的惯性力而在路 面与车辆之间发生的滑动摩擦力。作用于桥跨结构的 方向(fāngxiàng)与行车方向(fāngxiàng)一致。
牵引力：是车辆起动或加速时车辆与路面（或钢轨）间 作用的摩阻力。与行车方向(fāngxiàng)相反。
支座摩擦系数
支座种类 滚动支座或摆动支座
支座与混凝土面接触
板式橡胶支 座
支座与钢板接触
聚四氟乙烯板与不锈 钢板接触
支座摩擦系数 0.05 0.30 0.20
0.06(加硅脂；温度低于-25℃时为0.078) 0.12(不加硅脂；温度低于-25℃时为0.156)
精品文档
偶然(ǒu rán)作用——地震作用
桥梁结构振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击 作用。 2.冲击系数μ： 汽车(qìchē)过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。 3.需要计算的规定： 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 刚制作、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩 台，应计算汽车(qìchē)冲击作用。
Pk kN
360 180
5
注： 1.计算剪力效应时，集中荷载标准值PK应乘以
1.2的系数。
2.均布荷载标准值应满布于使结构产生最
不利效应的同号影响线上；
3.集中荷载标准值只作用于相应影响线中一
50
l m 个最大影响线峰值处。
3.公路-Ⅱ级车道荷载的标准值qk 和PK按公
路-Ⅰ级车道荷载的0.75倍采用。
内河航 船舶吨级DWT 横桥向撞击作 顺桥向撞击作用
道等级
（t）
用（kN）
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桥梁计算荷载
一、桥梁设计作用的分类：
1.概念：
作用——公路桥涵设计术语
●直接作用（荷载）：施加在结构上的一组集中力或分布
力
●间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因
2.分类：
二、桥梁工程作用取值方法
(一)设计时，对不同的作用采用不同的代表值
1.永久作用：采用标准值作为代表值
2.可变作用：根据不同的极限状态分别采用标准值、频
遇值、准永久值作为代表值
●标准值：承载能力极限状态设计、按弹性阶段计算
结构强度
●频遇值：正常使用极限状态按短期效应组合设计
●准永久值：按长期效应组合设计
3.偶然作用：采用标准值作为代表值
(二)代表值的取用规定
1.永久作用的标准值：
●结构自重（包括结构附加重力）：按结构构件的设计
尺寸与材料的重力密度计算确定
2.可变作用的标准值：
（1）汽车荷载：
●汽车荷载分为公路—I级和公路—II级
●车道荷载：桥梁结构整体计算
●车辆荷载：桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台、
挡土墙土压力等的计算
●车辆荷载和车道荷载的作用不重叠
（2）车道荷载的计算图式：
（3）公路—I级车道荷载：
●均布荷载标准值:q k=10.5kN/m
●集中荷载标准值：
桥梁计算跨径≤5m，P
=180 kN
k
5m＜桥梁计算跨径＜50m，采用直线内插求
得
=360 kN
桥梁计算跨径≥50m，P
k
●计算剪力效应，上述集中荷载标准值P k×1.2 （4）公路—II级车道荷载：
●均布荷载标准值q k和集中荷载标准值P k按公路
—I级车道荷载的0.75倍采用
（5）车道荷载的分布：
●均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效
应的同好影响线上
●集中荷载标准值只作用于相应影响中一个最大
影响线峰值处
（6）人群荷载标准值的采用规定：
●桥梁计算跨径≤50m，人群荷载标准值3kN/㎡
●50m＜桥梁计算跨径＜150m，由线性内插得人群
荷载标准值
●桥梁计算跨径≥150m，人群荷载标准值2.5kN/
㎡
●对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准
●城郊行人密集区的公路桥梁：人群荷载标准值取
上述规定值的1.15倍
●专用人行桥梁：人群荷载标准值为3.5 kN/㎡
（7）可变作用频遇值=可变作用标准值×频遇系数φ
1（8）可变作用准永久值=可变作用标准值×准永久值系数φ
2
3.偶然作用：
●应根据调查、试验资料，结合工程经验确定其标准
值
(三)作用的设计值规定为作用的标准值×相应的作用分
项系数
三、作用的组合效应
(一)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和正常使用极限状态进行作用效应
组合，取其最不利效应组合进行设计：
1.参与组合的效应：
●结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合
●结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，应以
不同方向的最不利的作用效应进行组合
2.不参与组合的效应：
●可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，
该作用不参与组合
●实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很
小的作用，按规定不考虑其作用效应的组合
3.施工阶段作用效应的组合
●按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人
员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑
●组合式桥梁，把底梁作为施工支撑时，作用效应宜
分为两个阶段，底梁受荷为第一阶段，组合梁受荷
为第二阶段
4.几个偶然作用不同时参与组合
(二)公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用的
效应组合：
1.基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应
相组合
2.偶然组合：永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效
应、一种偶然作用标准值效应相组合
●偶然作用的效应分项系数取1.0
●与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和
工程经验取用适当的代表值
●地震作用标准值及其表达式按规范规定采用
(三)公路桥涵结构按正常使用极限状态设计，根据不同的
设计要求，应采用的效应组合：
1.作用短期效应组合：
●永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合
2.作用长期效应组合：
●永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组
合。