铁路桥梁的设计荷载图文

特殊 船只或排筏的撞击力，地震力，施工临时荷载，列车脱 荷载 轨荷载，汽车撞击力，长钢轨断轨力
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荷载的计算
恒载 活载 附加力 特殊荷载
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恒载
由支座传递来的梁及桥面的重量
梁的重量查有关标准图 桥面的重量按均布荷载计算
单线直线包括双侧人行道 木枕：38KN/m， 预应力混凝土枕：39.2KN/m
土压力 墩台上土的侧压力，主动土压力（库仑理论） 实体墩台水浮力10kN/m3，（位于透水地基）
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活载
列车竖向静活载
列车竖向静活载应采用中华人民共和国铁路 标准活载（中-活载），计算时截取，下图 “中-活载”制定于1975年，计算桥梁抗 倾覆稳定性时采用空车竖向活载10KN/m
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活载
离心力
桥梁在曲线上，应考虑离心力，离心力 水平向外作用于轨定以上2m处
集中活载N：
F v2 (f N) 127R
分布活载q： F v2 ( f q)
127
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活载
离心力
F—离心力（kN）
N—“中-活载”图式中的集中荷载（kN）
q—“中-活载”图式中的分布荷载（kN/m）
v—设计行车速度（km/h）
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附加力
风力
风力是水平力，有纵向和横向，其值为受风面积 乘风荷载强度W,详见《桥规-1》
列车的受风面积按3m高的长方带计算，作用点子 啊轨顶以上2m高出，仅算横行不算纵向
梁及桥面系的受风面积，对于整片结构为侧轮廓 面积，对于桁式结构按轮廓面积适当折减
桥墩的纵横向风力分别按两个方向的受风面积计 算，验算桥台时时，桥台本身所受风力不予计算

05
设计荷载的验证和评估
模型试验和数值模拟
模型试验
通过制作缩尺比例的桥梁模型， 模拟实际运营状态下的受力情况 ，对桥梁结构进行测试，以验证 设计荷载的准确性。
数值模拟
利用计算机软件建立桥梁结构数 值模型，通过模拟和分析不同工 况下的受力情况，评估设计荷载 的可靠性。
设计方案的评估和优化
评估现有设计方案
对现有设计方案进行评估，分析其优 缺点，确定是否满足设计要求。
优化设计方案
根据评估结果，对设计方案进行优化 ，以提高桥梁结构的承载能力和方案的审批
将优化后的设计方案提交给相关部门 进行审批，确保设计方案符合相关标 准和规范。
设计方案的实施
按照审批通过的设计方案进行施工， 确保施工质量和安全。
抗震设计方法
目前常用的抗震设计方法主要包括基于性能的设计和基于位移的设计。基于性能的设计是 通过控制结构的位移和加速度等性能指标来保证结构的安全性和稳定性；基于位移的设计 则是通过控制结构的最大位移和最大加速度来保证结构的安全性和稳定性。
列车制动力的考虑
01 02
列车制动力的计算
列车制动力的计算是铁路桥梁设计中一个重要的环节，需要考虑列车的 运行速度、制动方式和制动距离等因素。通过合理的计算和分析，可以 确定列车制动力的数值和分布情况。
风振效应的产生
大跨度桥梁在风的作用下会产生振动，这种振动与桥梁的结构形式、刚度和质量 分布等因素有关。当这种振动达到一定的频率时，会产生共振效应，对桥梁的结 构安全和运营安全造成威胁。
风振效应的抑制
为了抑制大跨度桥梁的风振效应，可以采用多种措施，如增加桥梁的阻尼、调整 桥梁的结构形式和刚度、改变风的方向和速度等。这些措施可以有效地减小风振 效应的影响，提高桥梁的安全性和稳定性。

施加在结构上的力 引起结构外加变形、 约束改变的原因
直接作用（荷载） 间接作用
结构内力的反应 结构对所受作用的反应 结构变位的反应
公路、铁路桥梁作用分类对比
公 路 桥 梁
永久作用 可变作用 偶然作用 恒载 活载+附加力 特殊荷载
作用 永久 作用
偶然 作用
铁 路 桥 梁
可变 作用
结构使用期
公路桥梁各作用随时间变化的性质（示意）
公路－I级 公路－I级 公路－II 级
车道荷载
公路－I级PK
• PK＝360kN，LK≤5m • PK＝180kN，LK≥50m • PK值采用直线内插法确定，5m＜LK＜ 50m时， • 计算剪力效应时，PK应乘以系数1.2 • qK＝10.5kN/m
• 公路—II级的均布荷载标准值qK和集中荷 载标准值PK均按公路—Ⅰ级车道荷载的 0.75倍考虑
纵向折减系数 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93
均布荷载，可任意截取，同号影响线满布
加载——就是按最不利原则布置车辆活载，通过结构分析计算桥梁活 载效应（内力和变位）的最不利值。
一般做法——先计算结构内力及位移影响线，然后布载并加载。对均 布荷载，为荷载集度与对应区段影响线面积的乘积；对集中荷载，为 荷载大小与对应影响线纵坐标值的乘积。
偶然作用
船只或漂流物撞击作用
汽车撞击作用
冰压力
温度作用
作用标准值
作用频遇值 作用准永久值
用于所有作用 仅用于可变作用
频率（概率密度）
足够长观测 期内的数据 拟合曲线
推算的设计基准期内 最大值概率密度 (部分可变和偶然作用)
作用频遇值 作用准永久值
“频繁出现” 95%概率分位 “经常出现” 50%概率分位

1976年的唐山大地震有的人利用动物异常现象， 做了震前预防。例如滦南县胡各庄公社东胡大队 马春林等几个小青年，在7月27日晚上，听到奶 羊惨叫，他们分析，可能要闹地震。于是几个人 都没有睡觉，聚在一起聊天，大震发生，全部脱 险。
震中烈度与震级的关系
一次里氏5级地震所释放的能量为 21019erg（尔格）
北京地区一幢8~9层 用砖填充框架结构， 它的总水平地震荷 载约为其自重的 0.05~0.08倍。
地震对房屋的破坏主要由水平方向的最大加速度反应引起
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。
1.0.7 公路桥涵结构应按承载能力极限状 态和正常使用极限状态进行设计：
1 承载能力极限状态：对应于桥涵结构 或其构件达到最大承载能力或出现不适于继 续承载的变形或变位的状态；
❖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
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
2 正常使用极限状态：对应于桥涵结构 或其构件达到正常使用或耐久性的某项限值 的状态。
在进行上述两类极限状态设计时，同时 应满足构造和工艺方面的要求。
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）；

硫
孙
促
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漠 札 酒 誓 承 签 贵 援
蛤
篓
组
200km/h
墓 详 叠 裳 潞 焕 痪 驾 华 所 盈 猜 挟 公 路 与 铁
路
桥
梁
设
计
荷
载
公
路
与
铁
路
桥
梁
设
计
荷
载
《桥规》规定： 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90% 横向稳定检算：空车+最大横向风力 为最不 利，空 车活载 标准值 为10kN/m
荷
载
预加应力(对于预应力结构)
按正常使用极限状态设计时：预加 应力属 永久作 用； 按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 。
略
蒸
慌
锦
杖
递
疯
川
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书
阅
孵
响
虾
帚
蓝
沽
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敷 携 贵 颈 蚀 墓 咱 脖
吏
尊
啤
盔
揩
村
鞘
仗
毋
脓
忧
砰
梨
厅
坑
盈
公
路
与
铁
路
桥
梁
设
计
荷
载
公
路
与
铁
路
桥
梁
设
计
荷
载
基础变位 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( 沉降) 。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，按 最终位 移量分 析计算 。

我国高速铁路采用0.8倍UIC设计活载的原因 我国高速铁路采用0.8倍UIC设计活载的原因
►
►
►
►
1、将0.8UIC作为我国高速铁路桥梁设计活载，其静、动效应均大于跨线 、将0.8UIC作为我国高速铁路桥梁设计活载，其静、动效应均大于跨线 列车和高速列车的静、动载效应，并有一定余量，且设计或者与实际运 营活载的余量和既有铁路设计或者（中营活载的余量和既有铁路设计或者（中-活载）与实际运营活载期间的余 量相当。 2、采用0.8UIC设计活载，其作用于结构上的内力变化与实际运营活载内 、采用0.8UIC设计活载，其作用于结构上的内力变化与实际运营活载内 力变化规律协调 3、经过对24m两的初步估算结果，采用0.8UIC作为设计活载，较UIC活载 、经过对24m两的初步估算结果，采用0.8UIC作为设计活载，较UIC活载 可节省10%的裁量用量 可节省10%的裁量用量 4、采用0.8UIC有利于向国际标准靠拢，加强国际间的交流 、采用0.8UIC有利于向国际标准靠拢，加强国际间的交流
比较
采用0.7UIC作为客运专线铁路桥梁设计活载，虽能包络各种运 营列车活载效应，但余量较小。 采用0.6UIC作为客运专线铁路桥梁设计活载，能包络跨线、高 速列车活载效应，但特殊情况下要求运营货物列车时，个别跨 度经检算不能通过。 根据以上分析比较，所以推荐采用0.8UIC作为客运专线铁路桥 梁设计活载，也就是本暂规条文上列出的ZK标准活载图式。 0.8UIC作为客运专线铁路桥梁设计活载，其静、动载效应均大 于跨线列车和高速列车的静、动载效应，并有一定余量，且设 计活载与实际运营活载间的余量和既有铁路设计活载（中一活 载）与实际运营活载间的余量相当。 0.8UIC作为客运专线铁路桥梁设计活载，其作用于结构上的内 力变化与实际运营活载内力变化规律协调。

桥梁设计时中以活载静重乘上动力系数来 反映这种影响。

铁路桥动力系数 1+μ 公路桥冲击系数 μ 动力系数（或冲击系数）公式中考虑 了不同类型桥跨、跨度和加载长度的影响。
ห้องสมุดไป่ตู้
铁路桥动力系数
1+μ
①
混凝土梁
0.146 当l 8m时， 1＋＝ 1.277＋ l 0.2
0.920 当l 8m时， 1＋＝ 1.014＋ l 0.2

鉴于车辆不可能全部同时刹车 公路《桥规》规定：

1 或 2 车道桥，制动力按一行汽车车队总重量的 10%，但不得小于一辆重车重量的30%。
4车道桥为上述数值的两倍。

铁路《桥规》规定：
制动力按计算长度内列车竖向静活载标准值的15% 计算，牵引力按加载长度等于或小于30m内列车静 活载标准值的30%计算，按控制者设计。 当设计桥墩台时，上述制动力和牵引力按 10% 和 15%计算，按控制者设计。 当制动力与离心力同时计算时，制动力或牵引力按 列车竖向静活载标准值的5%计算。 双线按一线计，多线按两线计。
一
可变作用
可变作用 设计使用期内其值随时间变化，且
其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
一、基本可变作用
包括：列车活载、汽车或平板挂车或履带车、 由列车活载和汽车活载引起的冲击力、 曲线上的离心力、 由活载引起的土侧压力。 公路桥中的人群荷载。 铁路桥梁的列车横向摇摆力等。
（一）列车活载 轴重、轴距各异。 为规范设计，我国根据机车车辆轴重、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/h ZK—活载——250km/h、300km/h以上高速

高速铁路桥梁设计荷载
高铁3103 高铁 第十四组
设计荷载
1.永久荷载 1.永久荷载 2.可变荷载 2.可变荷载 3.偶然荷载 3.偶然荷载 4.荷载组合 4.荷载组合
永久荷载
永久荷载：亦称恒载， 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忽略不计。 时间变化，或其变化与平均值相比忽略不计。 永久荷载包括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、 永久荷载包括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、 人行道及附属设备） 人行道及附属设备）、作用于结构上的土重及 土侧压力、基础变位影响力、水浮力、 土侧压力、基础变位影响力、水浮力、混凝土 收缩和徐变的影响力等。 收缩和徐变的影响力等。
可变荷载
可变荷载:设计使用期内其值随时间变化， 可变荷载:设计使用期内其值随时间变化，且其变化与平均 值相比不可忽略的荷载。 值相比不可忽略的荷载。 基本可变荷载： 基本可变荷载： 列车活载 汽车 由列车活载和汽车活载引起的冲击力 曲线上的离心力 由活载引起的土侧压力 公路桥中的人群荷载 铁路桥梁的列车横向摇摆力等。 铁路桥梁的列车横向摇摆力等。
列车活载
车辆活载指桥梁承受的机动荷载。 车辆活载指桥梁承受的机动荷载。 活载—— 160km/h、200km/h 中—活载 活载 ZK—活载 活载——250km/h、300km/h以上标准活载和特种活载
Z K标 准 活 载
ZK 特 种 活 载
“ZK—活载”分标准活载和特种活载 活载” 标准活载和 活载
• •
与国际UIC活载的比较，我国高铁ZK—活载（0.8倍UIC） 的优点： 将0.8倍UIC作为我国高速铁路桥梁设计活载，其静，动载 效应均大于骷跨线列车和高速列车的静、动载效应，并有 一定余量，且设计或者与实际运营活载间的余量和既有铁 路设计或者（中-活载）与实际运营活载见的余量相当。 将0.8UIC作为我国高速铁路桥梁设计活载，其作用于结构 内力变化与实际运营活载内力变化规律协调。 经过对24米两初步估算结果（包括梁、墩、基础在内）， 采用0.8UIC作为设计活载，较UIC活载可节省材料用量 10%。 采用0.8UIC作为高速铁路桥梁设计活载，有利于向国际标 准靠拢，加强国际间的交流。 此外采用0.8倍UIC活载作为中国高铁列车设计活载图式，与 UIC 活载相比，可节省材料用量，活载余量也满足要求， 过小余量不够; 过大材料浪费，机车与桥梁也不太协调，其 次它有利于向国标靠拢，加强国际间的交流。

❖ 验算荷载；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，分为500kN 履带车（简称履带50），挂80、挂100和挂120
汽 车 车 队 纵 向 排 列
汽车的平面尺寸和横向布置
平板挂车和履带车荷载
2）新规范公路汽车荷载 《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60－2004）
在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷 载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第4.3.5条规定的人行道板等 局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风 荷载的分项系数取1.1；
4）公路桥涵结构效应组合表达式
1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载 1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+
目前桥梁计算中常用的计算方法是采用结构基频来计算冲 击系数，结构自振频率（基频）可以综合的反映出结构尺寸 、类型、材料等动力特性，直接表达了冲击系数与桥梁结构 之间的关系。
3.人群荷载
❖ 铁路桥梁明桥面取竖向静活载为4kN/m2。 ❖ 铁路桥梁道碴桥面，距离梁中心2.45米以内的人行道，
取10 kN/m2；距离梁中心2.45米以外的人行道，取4 kN/m2。
❖ 铁路桥梁
仅考虑横向折减。用于设计的双线活载取双线标准活载之和的 90%，三线及三线以上者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。
2.冲击力
（1）冲击力的产生
车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发 生振动，产生竖向动力作用。这种动力作用会使桥梁 的内力和变形较静活载作用时大。这种现象就统称为 冲击作用。
车辆荷载横断面布置

二、作用的取值
公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。 1. 永久作用应采用标准值作为代表值。 2. 可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、 频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及 按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值为可变作用的代表 值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应 采用频遇值为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组 合设计时，应采用准永久值为可变作用的代表值。 3 偶然作用取其标准值为代表值。
6 汽车荷载制动力
1）汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计 冲击力）计算，以使桥梁墩台产生最不利纵向力 的加载长度进行纵向折减。 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准 值按本规范第4.3.1条规定的车道荷载标准值在加 载长度上计算的总重力的10%计算，但公路—Ⅰ级 汽车荷载不得小于165kN；公路—Ⅱ级汽车荷载不 得小于90kN。同向行驶双车道的汽车荷载制动力 标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；同 向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行 驶四车道为一个设计车道的2.68倍。
V——设计行车速度(km/h);
2
R——曲线半径（m); 离心力的着力点在桥面以上1.2m处（公路桥）或轨顶面2m处（铁 路桥）；多车道时应考虑折减。
• 4、汽车荷载引起的土侧压力
G h Bl 0
5、 人群荷载
L
≤ 50米：
3.0千牛/平方米 L ≥ 150米： 2.5千牛/平方米 L=50~15原则 2.作用效应组合的分类
1.作用效应组合的原则
1）只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。 当结构或结构构件需作不同受力方向的验算时，则应以不同方向的 最不利的作用效应进行组合。 2）当可变作用的出现对结构或构件产生有利影响时，该作用不 应参与组合。 3）施工阶段作用效应的组合，应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均应作为临时荷载加以考虑。