任务三桥梁的设计荷载
桥梁的设计荷载
桥梁的设计荷载第三章桥梁的设计荷载（作⽤）教学⽬的：荷载分析重要，⽐结构分析重要。
教学内容：1、桥梁上的设计荷载分类。
2、根据荷载的重要性和同时作⽤的可能性，《桥规》规定了六种不同的荷载组合。
3、桥梁按极限状态法设计，包括承栽能⼒极限状态和正常使⽤极限状态，前者验算强度和稳定性，后者验算应⼒、变形和裂缝。
重点：设计荷载分类难点：荷载叫法不确切荷载：施加于结构上的直接作⽤。
作⽤：引起结构反应的原因例：结构不均匀沉降、混凝⼟收缩徐变思考题及习题1、试分别列出永久荷载、可变荷载和偶然荷载的主要内容。
2、为什么车道很多或桥梁很长时，汽车荷载效应可予以折减?3、什么叫汽车冲击⼒，它是如何计算的?4、桥梁设计应考虑哪两个极限状态？所含内容分别是什么?第⼀节规范中有关设计荷载的规定三类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载⼀、永久荷载永久荷载亦称恒载——在设计使⽤期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相⽐可以忽略不计的荷载。
础变位影响⼒和⽔的浮⼒。
7种。
⼆、可变荷载可变荷载（活载）——在设计使⽤期内，其值随时间变化，或其变化与平均值相⽐不可忽略不计的荷载。
基本可变荷载——包括：汽车荷载及其引起的冲击⼒、离⼼⼒、⼟侧压⼒、平板挂车（或履车）及其引起的⼟侧压⼒和⼈群。
其它可变荷载——包括：汽车制动⼒、风⼒、流⽔压⼒、冰压⼒、温度影响⼒和⽀座摩阻⼒。
（⼀）基本可变荷载（活载）：车辆荷载车辆荷载影响⼒⼈群荷载各级公路的永久性桥涵参照表2-2确定车辆荷载等级：都进⾏计算，⽽是以⼀种统⼀的标准荷载进⾏设计。
制定标准：⽬前经过统计分析将来车辆荷载等级选⽤表三个等级：汽车－10、汽车－20 和汽车－超20 级（汽车－15取消）标准车：主车加重车（1）单位（T）10 KN＝1T（2）荷载为轴重（3）顺序不变，左进或右进不限（从两端可任进）以产⽣最⼤内⼒为准。
（4）汽车横向布置轮距1.8m，间距1.3m。
偏载时外轮离0.5m，P为轴重。
桥梁设计荷载
第4.2.2条 预加力 在结构进行正常使用极限状态设计和使用 阶段应力计算时，应作为永久作用计算其主效 应和次效应，并计入相应阶段的预应力损失， 但不计由于偏心距增大引起的附加效应； 在结构进行承载能力极限状态设计时，预 加力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗 力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍 需考虑预加力引起的次效应。
支座摩阻力
F = µ ⋅W
偶然作用
偶然作用
偶然作用是指在结构使用期间出现的 概率很小，一旦出现，其值很大且持续时 间很短的作用。《桥规》中的偶然荷载包 括地震作用、船舶或漂流物的撞击作用和 汽车撞击作用。
地震作用
在地震区建造桥梁，必须考虑地震作用。
第4.4.1条 地震作用 地 震 动 峰 值 加 速 度 等 于 0.10g 、 0.15g 、 0.20g、0.30g地区的公路桥涵，应进行抗震设 计。 地震作用的计算及结构的设计，应符合现 行《公路工程抗震设计规范》的规定。
车辆荷载
前轮： 0.3×0.2 中、后轮： 0.6×0.2 各荷载等 级采用相同的 车辆荷载。
横向布载
车道荷载横向分布系数应按设计车道数如下图布 置车辆荷载进行计算。
横向布载
桥涵设计车道数应符合下表的规定：
桥面宽度 车辆单向行驶时 车辆双向行驶时 W<7.0 7.0≤W<10.5 6.0≤W<14.0 10.5≤W<14.0 14.0≤W<17.5 14.0≤W<21.0 17.5≤W<21.0 21.0≤W<24.5 21.0≤W<28.0 24.5≤W<28.0 28.0≤W<31.5 28.0≤W<35.0 桥涵设计车道数 1 2 3 4 5 6 7 8
桥梁工程第二章桥梁规划设计概述及桥梁设荷载
定出现，但一旦出现其值很大且持续
载他 可 变 荷
风力，汽车制动力，流水压力， 冰压力，温度影响力，支座摩 阻力，
时间较短的荷载，它包括船只或漂浮 载
物撞击力、地震力。
❖桥梁设计时许考虑荷载组合。
偶然 荷载
地震力，船只或漂流物撞击力
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2024/3/26
❖桥梁横断面设计，主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结 构横断面的布置。
❖《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)(以下简称《桥规》)
规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸规定(见表2-1和图23)。
❖桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，并与路线前 后布置配合,必要时自行车道和行车道宜设置适当的分隔设施。
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1
2.1.2 桥梁设计的基本资料
桥梁总体设计涉及的因素很多，必须经过充分的调查研究，
根据具体的情况，提出正确合理的设计方案和计划任务书。因此 必须进行一系列的野外勘测和资料的收集工作。对于跨越河流的 桥梁在勘测时应收集如下资料：
1.桥梁承担的具体任务：调查桥上的交通信息和交通要求。调 查桥上有无各类管线需要通过。
❖非通航河流，梁底一般应高出设计洪水位（包括壅水和浪高） 不小于0.5m，高出最高流冰水位0.75m；支座底面应高出设计洪 水位不小于0.25m，高出最高流冰水位不小于0.5m，支座处有围 护隔水者不受此限。对于无铰拱桥，拱脚允许被设计洪水位淹没， 拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.0m。对于有漂流物和流冰 阻塞以及易淤积的河床，桥下净空应适当加高。
❖桥面铺装一般不作受力计算。为使
铺装层具有足够的强度和良好的整体
桥梁设计荷载
❖ 结构基频估算公汽式：车冲击力
（2）连续梁桥：
正弯矩效应和剪力效应
负弯矩效应
汽车荷载离心力
（三）汽车荷载离心力 1.产生原因： ❖ 当弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，需考
虑车辆的离心力作用。
2.计算： ❖ 车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C。
离心力系数按下式计算：
可变作用
二、可变作用（活载） （一）汽车荷载 ❖ 汽车荷载分为公路-I级和公路-Ⅱ级。
汽车荷载
1.车道荷载（整体计算）
车道 均布荷载标准值 荷载 集中荷载标准值
qk=10.5kN/m
P k 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
第一篇 总论 Introduction
1 概论 2 桥梁的基本组成和分类 3 桥梁总体规划和设计要点 4 桥梁的设计荷载
4-1规范中有关设计荷载的规定
作用 Action —— 施加于结构上的一组 集中§力4或-1 分规布范力中有，关或设引计起荷结载构的外规加定变形或 分约类束： 变形的原因。前者称直接作用，也称 1）永久作用 荷Per载man，ent后act者ion称——间在接结构作使用用期。间，其量值不
气温分布
钢桥面板钢桥 最高 最低
混凝土桥面板钢桥
最高
最低
严寒地区
46
-43
39
-32
寒冷地区
46
-21
39
-15
温热地区
46 -9（-3） 39 -6（-1）
注：表中（）内数值适用于昆明、南宁、广州、福州地区。
第三章 桥梁设计荷载
四、冲击力
铁路：列车竖向动力作用等于列车静活载乘以动力 系数（1+μ）。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。
公路：根据桥梁的竖向自振频率(结构基频)进行计 算。
五、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250m时应
计算汽车荷载引起的离心力。 离心力系数：
V C 127R
2
式中：V为设计速度（Km/h）； R为曲线半径（m）。
六、温度作用
分为均匀温差（年温差）和日照温差（梯度温度）。 均匀温差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。 日照温差的计算模式公路、铁路有所不同。铁路采 用指数模式。
THE END
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车辆荷载
汽车荷载的加载方式
1. 车道荷载的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；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。 2. 车道荷载横向分布系数应按照设计车道数如 下图布置车辆荷载来进行计算 。
桥梁设计车道数
汽车荷载效应的横、纵向折减
1. 车道数大于2时，汽车荷载效应可进行折减，但不 小于2车道效应。
1.“中—活载”（铁路标准活载）（P.25）
某些轴重较大的车 辆对小跨度桥梁的 不利影响
2. “ZK活载”
二、汽车荷载
汽车荷载分为公路—I级和公路—Ⅱ级两个等级。
二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可 采用公路—I级汽车荷载。 四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公 路—Ⅱ级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数,车辆荷载 的效应可乘以0.7的折减系数。
rA第三章桥梁的设计荷载
2020年5月28日
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
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公路等级与汽车荷载等级的关系
公路 等级
汽车荷 载等级
高速 公路
公路－I 级
一级 公路
公路－I 级
二级 公路
公路－ II级
三级 公路
公路－ II级
四级 公路
公路－ II级
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李亚东: 桥梁工程概论 第三章
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行车道
桥涵设计车道数
L0 ≥1000
纵向折减系数 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93
对多跨连续结构，按最大计算跨径进行纵向折减
2020年5月28日
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
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车辆荷载的立面、平面尺寸
2020年5月28日
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
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车辆荷载的横向布置
车辆荷载用于桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台等 公路－I级和公路－II级汽车荷载采用相同的车辆荷载 车道荷载横向分布系数应按设计车道数如图布置车辆
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大家监督. 2020年5月28日 3. 请李亚东下: 桥载梁工程试概论用第三后章 二十四
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第三章 桥梁的设计荷载
荷载的种类、型式、大小的确定是否得当，既 关系到桥梁建设的投资，也关系到桥梁的安全
2020年5月28日
李亚东: 桥梁工程概论 第三章
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术语解释（公路）
作用（Action）施加在结构上的一组集中力或分布力 （直接作用，或荷载），或引起结构变形的原因（间 接作用） – 永久作用（Permanent action） – 可变作用（Variable action） – 偶然作用（Accidental action）
桥梁工程桥梁的设计设计荷载
横向折减的含义是：在多车道(或多线)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(即同时出现最不利加载的几 率)越小。
当桥涵设计车道数≥2时，汽车荷载产生的效应 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应。
第一节 作用分类和作用代表值
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，但在按另一本规范设计桥梁时，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 路荷载的基础上，增加公路桥全部活载的75％；但对仅承受 公路活载的构件，应计及全部公路活载。
我国铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，其各类 荷载的代表值相当于上述标准值，没有规定频遇值和 准永久值。
第一节 作用分类和作用代表值
作用的分类不是绝对的! 例如，铁路钢梁桥的水平联结系(见第六章)主要承受风力和制 动力，在设计水平联结系时，就该视风力和制动力为活载而非 附加力。
设计基准期(design reference period) 简单地讲，它就是在确定某些作用(这些作用的最大值
对铁路桥梁，仅考虑横向折减。
双线桥的主要构件，用于设计的双线活载应取两线标准活 载之和的90％(相当于横向折减系数取0.9);
三线及三线以上者应取各线标准活载之和的80％；
对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。
4 车辆活载的加载
加载就是按最不利原则布置标准活载，通过结构分 析计算桥梁活载效应(内力、应力和位移、变形等)的 最不利值。
桥梁的设计荷载
桥梁的设计荷载2.1.1 公路桥涵的汽车荷载《公路桥涵设计通用规范》（JDG D60-2004）将公路桥梁汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级。
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。
桥梁结构的整体计算采用车道荷载：桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。
车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。
车道荷载的计算图式如图2-3所示。
图2-3 公路桥梁车道荷载公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为＝10.5kN/m，集中荷载标准值按表 2-4选取：k q k P 表2-4 公路桥梁集中荷载标准值计算跨径集中荷载标准值k P 备注5m ≤L480kN m 305m <<L采用直线内插求得50m ≥L360kN计算剪力效应时，上述荷载标准值应乘以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为公路-Ⅰ级车道荷载的0.75倍。
车道荷载的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，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个影响线峰值处。
k q k P 公路桥梁车辆荷载的立面、平面尺寸如图2-4，其主要技术指标规定如表2-5。
公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。
(a) 立面 (b) 平面 图2-4 公路桥梁车辆荷载布置图(单位：kN.m) 表2-5 公路桥梁车辆荷载主要技术指标项 目 单 位 技 术 指 标项 目 单 位 技 术 指 标车辆重力标准值 kN 550 轮距m 1.8 前轴重力标准值 kN 30 前轮着地宽度及长度 m 0.3×0.2 中轴重力标准值kN2×120中、后轮着地宽度及长度m0.6×0.2后轴重力标准值kN 2×140 车辆外形尺寸(长×宽)m 15×2.5轴距m3+1.4+7+1.4公路工程技术旧标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载，把偶然、个别出现的平板挂车和履带车作为验算荷载。
1.3桥梁的设计荷载
2. 加载方式 ①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。 ②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。 ③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0.75KN/m; 作用在栏杆扶手上的竖向力标 准值取1.0kN/m。
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第1篇 总论
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第3章 桥梁的设计作用
➢ 重点掌握：
1.桥梁作用分类； 2.作用计算； 3.作用效应组合。
作用——施加于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。前者称直接作用，也称荷 载,后者称间接作用。
在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或 其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。
l0 ——桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，以m计； ∑G ——布置在B×l0面积内的车辆车轮重力，以kN计。
注：当涉及多车道加载时，车轮总重力应按表1.7进行折减。
6、汽车制动力
原因： 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 的方向与行车方向一致。
，比例越高。
2、预加力
预加应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力 计算时，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应阶 段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力 不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。但在连 续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应。
3、混凝土收缩徐变影响力
3） 折减系数
a、当横向布置车队数大于2时，应计入横向折减 ，但折减后不得小于用两行车队计算的结果。
横向折减系数
b、当桥梁计算跨径大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵 向折减。
1.5桥梁的设计荷载-新
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当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满 足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功 能的极限状态。对于结构的各种极限状态，均应规定明 确的标志和限值。 1）承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结 构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变 位的状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为 超过了承载能力极限状态： （1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如 滑动、倾覆等）； （2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括 疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载； （3）结构转变成机动体系； （4）结构或结构构件丧失稳定(如柱的压屈失稳等）；
7
❖现行桥梁规范将荷载分为3类：
永久作用 可变作用 偶然作用
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永久作用
❖ 在结构使用期间，其量值不随时间而变化， 或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用
❖ 包括：
结构自重（一期恒载）、
桥面铺装及附属设备的重量（二期恒载） 、
作用在结构上的土重及土侧压力、
基础变位影响力、
水浮力、
长期作用在结构上的人工预加力、
混凝土收缩徐变影响力
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可变作用
❖ 在结构使用期间，其量值随时间变化，且其 变化值与平均值比较不可忽略的作用。
基本可变作用 其他可变作用
❖ 89版规范规定以车队荷载来计算结构内力； 2004版规范换之以车道荷载，且规定：
当计算整体结构时用车道荷载 当计算局部结构或验算时采用车辆荷载
10
公路桥梁汽车荷载（设计荷载）：以汽车车队表示，每一车队包括一辆重车
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荷载组合
❖ 作用效应组合
结构上几种作用分别产生的效应的随机组合。