桥梁的设计作用

《公路桥涵设计通用规规范》（JTG D60-2004）规定：公路
桥涵的设计基准期为100年。
作用标准值是各种作用的基本代表值，反映了作用在设计基准 期内随时间的变异，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。 作用频遇值是结构上较频繁出规的且量值较大的作用取值，也 是结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合时所采用的一 种可变作用代表值，其值也是根据在足够长的观测期内作用任 意时点概率分布的0.95分位值确定。 作用准永久值是在结构上经常出现的作用取值，也是结构或构 件按正常使用极限状态长期效应组合设计时采用的另外一种可 变作用的代表值，其值也是根据在足够长观测期内作用任意时 点概率分布的0.5(或略高于0.5)分位值确定。每个代表值的含 义是：实际作用超出其规定的代表值的概率不大于1与分位值 的差值,如作用频遇值，实际作用超出频遇值的概率不大于10.95=0.05。
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）。
《公路桥涵设计通用规范》规定了持久状况、短暂状况和偶 然状况三种设计状况。 (2)短暂状况 短暂状况是指桥梁的施工阶段。该阶段桥梁结构体系与使用 阶段不同,结构主要承受临时性作用(如施工挂蓝),故一般只 需作承载能力极限状况计算,必要时才作正常使用极限状况 计算。 (3)偶然状况 偶然状况是指桥梁使用过程中可能遭遇的罕遇地震、船舶撞 击等状况,这种状况出现的概率极小,持续时间极短。偶然状 况只需进行承载能力极限状态计算,不必进行正常使用极限 状态验算。
3.1 作用的分类与作用代表值
作用的定义
长期以来，我们习惯称所有引起结构反应的原因为 “荷载”，这种叫法实际上不科学和也不确切。引起 结构反应的原因可以按其作用的性质分为截然不同的 两类：
直接作用：直接施加于结构上的外力，如车辆、人 群、结构自重等，可用“荷载”这一术语来概括。
间接作用：不是以外力形式施加于结构，是间接作 用于结构的，它们产生的效应与结构本身的特性、结 构所处环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩 和徐变、温度变化等。
《公路桥涵设计通用规范》规定了持久状况、短暂状况和偶 然状况三种设计状况。 (1)持久状况 持久持久状况是指桥梁的使用阶段,该阶段桥梁承受结构自 重、汽车荷载等持续时间很长的作用。持久状况要求对结构 所有预定功能进行设计,必须进行承载能力极限状态和正常 使用极限状态的计算。 在持久状况承载能力极限状态设计时，按照结构破坏可能产 生的后果的严重程度，将公路桥涵划分为三个设计等级。并 规定不同的结构重要性系数。
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（主要 针对强度、稳定性等）；
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（主要针对抗裂性能、挠度 、应力等） 。
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。
地震烈度
地震在某一个具体地区引起的振动强度。与震级 是两个不同的概念。震中区烈度最大。根据震时 人、地、物主要宏观标志划分为12度。
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 2 1019 erg （尔格）
相当于在花岗岩中爆炸2万t T.N.T炸药，每增加一级，释放的 能量增加31.5倍。
作用代表值包括：作用标准值、作用频遇值、作用准永久值。 永久作用和偶然作用的代表值均只有一个,即标准值。 可变作用应按其在随机过程中出现的持续时间和种数的不同 （组合时按不同的极限状态），可取标准值、频遇值和准永久值 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，采用标 准值作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，采用频遇值 作为可变作用的代表值；按长期效应(准永久)组合设计时，采用准 永久值作为可变作用的代表值。
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
3.4.2 船舶或飘浮物的撞击作用
跨越通航或有漂浮物河流的桥梁，必须考虑船舶或漂浮物对墩 台的撞击作用。船舶或漂浮物与桥梁结构的碰撞是十分复杂非线性 动力过程，涉及环境、桥梁构件以及驾驶操作等因素，难以精确确 定撞击力。
《内河通航标准》(GB 5O139)规定，一至七级内河航道上船舶 对桥梁墩台的撞击作用标准值按“静力法”近似计算，即假定作用 于桥梁墩台上的有效动能全部转化为静力功。海轮对桥梁墩台的撞 击作用标准值可以参照执行。
第3章 桥梁的设计作用
相应的标准、规范
旧的：
中华人民共和国行业标准 《公路工程技术标准》（JTJ 001 -97）
中华人民共和国交通部部标准 《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）
新的：
中华人民共和国行业标准 《公路工程技术标准》（JTG B01 2003）
中华人民共和国行业标准 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D 60-2004 ）
3.5 作用效应组合
3.5.1 设计状态
公路桥梁设计采用基于结构可靠度理论的极限状态设计 方法，桥梁在施工和使用过程中会受到的不同“作用”的影 响，应根据“作用”的性质、特点来考虑其对结构作用效应 的组合。组合方式分为承载能力极限状态组合和正常使用极 限状结合组合。对不同的组合方式而言，设计时分别取最不 利效应组合。
3.3.9 支座摩阻力
3.4 偶然作用
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。
主要有地震荷载、船只撞击力
3.4.1 地震作用
地震、震级、烈度、地震荷载
地震
地震是以 地面发生 不同强烈 程度的振 动为特征 的一种物 理现象。
震源
震中
震中距
震级
表示地震的强度，用释放出来的能 量大小衡量。
2）正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构 件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态。当结构或结 构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状 态： （1）影响正常使用或外观的变形； （2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏； （3）影响正常使用的振动； （4）影响正常使用的其它特定状态。
（3）拱桥
f1
1 2 l2
EIc mc
频率系数ω1 的取值视具体情况而定
•对于等截面拱圈、桁架拱、刚架拱
1
105
16.45
5.4 50 f 2 334 f 2 1867
f
4
f — 矢跨比
•对于变截面拱圈
1
105
r3
r1 r4 f
r2 f 2
2
r5
f
4
i
1
Ri
3.7
Ti
1.7
ri Ri n Ti
车道荷载
车辆荷载
应用规定
公路等级
高速公路、一级公路 二、三、四级公路
汽车荷载等级
公路—Ⅰ级
公路—Ⅱ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。
3.2 永久作用
3.3 可变作用
3.3.1 汽车荷载等级划分
《公路工程技术标准》（JTG B01— 2OO3）规定：
（1）汽车荷载分为车道荷载和车辆荷载，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； （2）汽车荷载等级分为公路-I级和公路-Ⅱ级； （3）公路-I、公路-Ⅱ级车道荷载与车辆荷载计算图式如下：
作用（action）
施加在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，亦称荷载，后者称间接作 用。
作用的分类（按时间）
不可忽略的
作用代表值
因实际的作用具有变异性（其值是随机的）二不能直接应用， 为便于结构设计而给定的能够反应其统计效果的量值即作用代表 值。
内河船舶的撞击作用点为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或 长度的中点。海轮船舶撞击作用点须视实际情况而定。
漂浮物横向撞击力标准值可参照规范公式计算。漂浮物的撞击 作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点。
3.4.3 汽车撞击作用
桥梁结构应考虑汽车的撞击作用。汽车撞击力标准值在车辆 行驶方向取1000kN，在车辆行驶垂直方向取50O kN，撞击力 作用于行车道以上1.2m处。 对有防撞设施的桥梁，汽车撞击力标准值可根据防撞设施的 防撞能力予以折减，但不应低于上述规定值的1/6。
3.3.7 风荷载
3.3.8 温度作用
温度作用包括：常年气温变化（均匀温变），沿结构高度方 向的温度梯度。
当计算负温度梯度引起的温度作用效应时， 混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构 的竖向日照反温差为正温差的0.5倍。 计算圬工拱圈考虑徐变影晌引起的温差作用效应时，计算 的温差效应应乘以0.7的折减系数。
2004版通规：
原规范汽车荷载的计算图式对人工和计算机加载计算都很不 方便，且计算效应随桥梁跨径的变化是不连续的。 但车道荷载不能解决局部加载，跨径较小的涵洞、桥台、和 挡土墙等计算问题，如仍采用车道荷载，将产生与原规范计 算相差较大的结果。 本规范的车道荷载是个虚拟荷载，它是对由汽车车队的测定 和效应分析得到的。