荷载标准值与设计值公式

第４ｌ卷第３期　２０１５年９月　湖南交通科．技　

ＨＵＮＡＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．４１　Ｎ０．３　Ｓｅｐ．２０１５　

文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１５）０３一Ｏｌ１０－０５　

公路桥梁设计的荷载标准值适用性分析　

张作胜　

（湖南省交通科学研究院，湖南长沙４１００１５）　

摘要：依据经验法与概率统计法两种常用计算方法来计算公路桥梁上作用的汽车荷　

载。概率统计法以路桥上行驶的汽车重量为变量，对实际测量记录的路桥上车流荷载数据计　算分析，确定车流荷载作用标准值。经验法是在进行桥梁设计时，考虑到实际的车流交通情　

况，确定荷载标准值。根据这两种方法，计算加载于结构的荷载效应，并与部颁标准进行对比　

分析，评价现行标准的适用性。将概率统计的计算结果与规范规定的荷载取值进行比较，发现　规范规定的取值偏低，跨度越小越明显。根据地方标准计算得到的不同车队荷载情况下，车辆　

荷载效应均不同程度的大于部颁标准计算结果，结构安全储备系数更高。建议在以后的公路　桥梁设计中，应根据实际桥梁跨度、车流或当地行车特点，来确定不同车辆荷载标准值作用。　关键词：公路桥梁；荷载标准值；荷载效应　

中　分类号：Ｕ　４４１　．２　文献标识码：Ａ　

公路桥梁工程是交通的枢纽工程，在我国的交　通运输事业中占据着重要的地位¨　。在投入使用　

后，要承受各类型的车辆荷载作用，车辆荷载也是影　

响结构安全性的关键因素，从经济与安全的角度，考　虑适当的荷载作用时非常有必要的　Ｊ。随着我国　

经济的持续发展，运输业规模持续增大，部分运输行　

业的经营者为追求最大化的经济效益，超载现象越　

加严重，有的甚至超载数倍以上。现行的公路桥梁　

设计荷载规定的适用性问题，成为了社会各界关注　的重点问题Ｈ　。建成的公路桥梁是按照规范荷载　

进行设计的，为研究现行荷载标准的适用性，对当前　

路桥的车辆荷载进行实际观测与统计分析。　实际测量得到华南地区某大桥的车流荷载数　据，基于可靠度理论　Ｊ，分析得到车流荷载的概率　

一、材料强度标准值

二、材料强度设计值

一、材料强度标准值(characteristic value of material strength)

(一)钢筋强度标准值

普通钢筋抗拉强度标准值表2-5。

钢筋种类 符号

235

335

400

400

预应力钢筋抗拉强度标准值表2-6。

钢筋种类 符号

钢绞线

1×2（二股） d=8.0、10.0

d=12.0 1470、1570、1720、1860

1470、1570、1720

1×3（三股） d=8.6、10.8

d=12.9 1470、1570、1720、1860

1470、1570、1720

1×7（七股） d=9.5、11.1、12.7

d=15.2 1860

1720、1860

消除

应力

钢丝 光面

螺旋肋 d=4、5

d=6

d=7、8、9

1470、1570、1670、1770

1570、1670

1470、1570

刻痕 d=5、7 1470、1570

精轧螺纹钢筋 d=40

d=18、25、32 JL 540

540、785、930

(二)混凝土强度标准值

1、混凝土轴心抗压强度标准值

轴心抗压强度（棱柱体强度）标准值与立方体抗压强度标准值之间存在着以下 折算关系：

2、混凝土的轴心抗拉强度

抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值之间的折算关系如下：

3、混凝土的强度标准值

表2-6混凝土的强度标准值和设计值。

强度种类

强度等级 强度标准值 设计值

轴心抗压

轴心抗拉

轴心抗压

轴心抗拉

C15

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C55

C60

C65

C70

C75

C80 10.0

13.4

16.7

20.1

23.4

26.8

29.6

32.4

35.5

38.5

41.5

44.5

47.4

50.2 1.27

1.54

1.78

2.01

2.20

2.40

地基承载力（subgrade bearing capacity）是指地基承担荷载的能力。

在荷载作用下，地基要产生变形。随着荷载的增大，地基变形逐渐增大，初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态，具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态，土中应力将发生重分布。这种小范围的剪切破坏区，称为塑性区（plastic zone）。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态，地基尚能趋于稳定，仍具有安全的承载能力。但此时地基变形稍大，必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大，地基出现较大范围的塑性区时，将显示地基承载力不足而失去稳定。此时地基达到极限承载力。

确定地基承载力的方法

（1）原位试验法（in-situ testing method）：是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。

（2）理论公式法（theoretical equation method）：是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。

（3）规范表格法（code table method）：是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同（包括不同部门、不同行业、不同地区的规范），其承载力不会完全相同，应用时需注意各自的使用条件。

（4）当地经验法（local empirical method）：是一种基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法，它是一种宏观辅助方法。

标准值、设计值、特征值的定义

（1）地基承载力：地基所能承受荷载的能力。

（2）地基容许承载力：保证满足地基稳定性的要求与地基变形不超过允许值，地基单位面积上所能承受的荷载。

地基承载力标准值特征值设计值的区分

一、原因

与钢、混凝土、砌体等材料相比，土属于大变形材料，当荷载增加时，随着地基变形的相应增长，地基承载力也在逐渐加在，很难界定出下一个真正的“极限值”，而根据现有的理论及经验的承载力计算公式，可以得出不同的值。因此，地基极限承载力的确定，实际上没有一个通用的界定标准，也没有一个适用于一切土类的计算公式，主要依赖根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整，考虑一个满足工程的要求的地基承载力值。它不仅与土质、土层埋藏顺序有关，而且与基础底面的形状、大小、埋深、上部结构对变形的适应程度、地下水位的升降、地区经验的差别等等有关，不能作为土的工程特性指标。

另一方面，建筑物的正常使用应满足其功能要求，常常是承载力还有潜力可挖，而变形已达到可超过正常使用的限值，也就是变表控制了承载力。

因此，根据传统习惯，地基设计所用的承载力通常是在保证地基稳定的前提下，使建筑物的变形不超过其允许值的地基承载力，即允诺承载力，其安全系数已包括在内。无论对于天然地基或桩基础的设计，原则均是如此。

随着《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）施行，要求抗力计算按承载能力极限状态，采用相应于极限值的“标准值”，并将过去的总安全系数一分为二，由荷载分项系数和抗力分项系数分担，这给传统上根据经验积累、采用允许值的地基设计带来了困扰。

《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）以承力的允许值作为标准值，以深宽修正后的承载力值作为设计值，引起的问题是，抗力的设计值大于标准值，与《建筑可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）规定不符，因此本次规范进行了修订。

二、对策

《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）鉴于地基设计的特殊性，将上一版“应遵守本标准的规定”修改为“宜遵守本标准规定的原则”，并加强了正常使用极限状态的研究。而《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）也完善了正常使用极限状态的表达式，认可了地基设计中承载力计算可采用正常使用极限状态荷载效应标准组合。