第3章 桥梁设计荷载PPT

本章主要介绍各类作用的基本概念和计算方法. 实际设计时作用的取值按: 《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1—2005) 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004) 的规定办理。
对城市桥梁，其荷载标准与公路桥梁类似，可参阅 《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77)。
第一节 作用分类和作用代表值
桥梁标准活载的等级或类型，应根据桥梁所在线路的等 级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定。 对标准轨距(1435mm)的干线铁路，采用中一活载(本 书讨论者)； 对地方窄轨(轨距762mm)铁路，规定了与中一活载形 状类似但数值大幅减小的活载图式； 对专用铁路(如矿区铁路桥梁)，其活载图式需结合 具体情况确定。 对于不包括冲击效应(后述)的列车竖向活载，称之为 静活载。
公路一I级和公路一Ⅱ级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值
3 车辆活载折减
多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。
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。
1 汽车荷载
-旧公路规范1989版

设计荷载
大量、经常出现的汽车荷载，以车队形式排列。 汽—10级、汽—15级、汽—20级、汽—超20级
验算荷载
偶然、个别出现的平板挂车或履带车。 挂—80、挂用的车辆荷载标准模式．是 根据20世纪60年代我国公路交通荷载的实际情况， 经过相当长时期的分析、研究和修正确定的。从近 40年的应用情况看，《标准》（97）车辆荷载的模 式及其分级基本上是合理的，能适应我国公路建设 发展的需要，但也存在一些不尽合理之处，如采用 车队荷载模式在桥涵结构设计时计算非常繁琐、车 队荷载在不同跨径的结构上产生的效应的连贯性不 够合理、标准荷载的级差不尽合理等，同时，采用 车队荷载模式，容易造成设计采用的车辆荷载是实 际运营中允许如此载质量的车辆在公路上行驶的错 误观念。

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纵向折减系数：
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❖城市道路车辆荷载
城市汽车荷载等级 ✓ 城－Ａ级汽车荷载 ✓ 城－Ｂ级汽车荷载 汽车荷载： ✓ 车辆荷载 ✓ 车道荷载
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横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力 的计算应采用车辆荷载。
主梁、主拱和主桁架等的计算应采用车道荷 载。
横向折减：按《城市桥梁设计荷载标准》 （CJJ 77－98）的有关规定执行。
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车辆荷载的影响力
冲击力 ✓ 冲击作用：车辆以较高速度驶过桥梁时，
由于桥面不平整、车轮不圆、发动机抖动 等原因， 使桥梁结构引起振动。 ✓ 冲击系数：1+µ
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多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。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。
4.0
1.2
300 300
300 300
0.5 0.9 0.9 0.9 1.0 3.2
横向布置
挂车—120
1.2
4.0
1.2
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《公路桥涵设计通用规范》 （JTG D60-2004）

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

城市汽车荷载等级 ✓ 城－Ａ级汽车荷载 ✓ 城－Ｂ级汽车荷载 汽车荷载： ✓ 车辆荷载 ✓ 车道荷载
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横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力 的计算应采用车辆荷载。
主梁、主拱和主桁架等的计算应采用车道荷 载。
进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道 荷载的作用叠加。
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二、可变荷载
✓ 基本可变荷载（活载）：汽车（含冲击
力、离心力），平板挂车，履带车，人群 及其土侧压力。
✓ 其它可变荷载：汽车制动力，支座摩阻力，
温度影响力，风力，流水压力，冰压力。 铁路桥：列车横向摇摆力，冻胀力。
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三、偶然荷载
✓ 地震力，船只、漂流物的撞击力，施工荷 载等。
横向布置
挂车—120
1.2
4.0
1.2
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《公路桥涵设计通用规范》 （JTG D60-2004）
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。
1.8 1.3 1.8 0.5
横向布置
图1-4-2 各级汽车的平面尺寸和平面布置（尺寸单位：m）
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验算荷载：偶然个别出现的平板挂车、履带车 ✓ 验算荷载的等级：
履带-50，挂车-80，挂车-100，挂车-120 ✓ 履带车顺桥向可多辆行驶，净距不小于50m，
平板挂车全桥只通过一辆。同时不考虑冲击力、 人群和其他外力。

• 公路—Ⅰ级汽车荷载的车道荷载的计算图式
• 均布荷载标准值为qk=10.5kN/m • 集中荷载标准值Pk按以下规定选取
– 桥梁计算跨径lj≤5m时，Pk=180kN – 桥梁计算跨径lj>50m时，Pk360kN – 桥梁计算跨径5＜＜50时，值采用直线内插求得
• 计算剪力效应时，上述均布荷载和集中荷载的标准值应 乘以1.2的系数。
• 车辆荷载标准值与汽超-20的重车相同 • 公路—Ⅱ级汽车荷载的车道荷载标准值应取公路—Ⅰ 级汽车荷载的车道荷载标准值的0.75倍；公路—Ⅱ级汽 车荷载的车辆荷载标准值应与公路—Ⅰ级汽车荷载的 车辆道荷载标准值相同。 • 重型车辆少的四级公路的桥梁设计所采用的汽车荷载 标准值可取公路—Ⅰ级汽车荷载标准值的0.60倍。 • 每个车道布车，设计车道数 按规范规定，需折减 • 桥梁计算跨径L≥150m时 ，按规定的纵向折减系数进行 折减。 （0.97~0.93）
– 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。 – 桥梁结构整体计算应采用车道荷载；桥梁局 部加载及涵洞、桥台台后汽车引起的土压力 和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算应采 用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不 得叠加。
• 汽车荷载等级应用表
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
3、车辆荷载的选用及布载规定 • 车辆的选用——按公路的等级
公路等级 计算荷载 验算荷载 高速公路 汽车—超 20 级 挂 车 -120 一 汽车—超 20 级 汽 车 -20 级 挂 车 -120 挂 车 -100 二 汽 车 -20 级 挂 车 -100 三 汽 车 -20 级 挂 车 -100 四 汽 车 -10 级 履 带 -50

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
2020年5月28日
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）

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。
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大跨径公路桥梁上的车道荷载，还应考虑纵向折减。 这是因为：在制订车道荷载标准时，采用了自然堵塞的车间间距；在确 定荷载大小时，采用了重车居多的调查资料。但对大跨径桥梁，随着跨 径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐步缓解。因此，需对汽车 荷载(或其效应)按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于150m 时，应按表3.5进行纵向折减。对多跨连续结构(如连续梁桥)，按主跨进 行全桥折减。
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1 汽车荷载
-新公路规范 《通用规范JTG D62》规定
1 汽车荷载分为公路—I级和公路—II级两个等级。 2 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。 3 桥梁结构的整体计算采用车道荷载； 4 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，车辆荷载与车道荷载的作用不得 叠加。
空车活载标准值为10kN/m
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“ZK—活载”分标准活载和特种活载
ZK特 种 活 载
ZK标 准 活 载
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“ZK—活载”分标准活载和特种活载
《高速暂行规定》：
❖ 加载时，标准活载计算图式可任意截取 ❖ 单线或双线桥跨：各线均应计入ZK活载作用。 ❖ 多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：
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新规范 车道荷载的计算图式
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①公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为:

偶然作用: 指在设计基准期内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的 作用，如地震力。
第一节 作用分类和作用代表值
铁路桥梁:
习惯于按作用性质和发生的几率来进行分类，将桥梁作 用分为:
主力(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)、 附加力(对应于不包含在主力中的其他的可变作用) 特殊荷载(对应于偶然作用)。 我国公路、铁路桥梁的设计作用(荷载)分类分别见表3．1和表 3．2。比较两表，尽管公路、铁路规范对各种作用的分类及名称有 所不同，但基本上大同小异。
计算冲击力引起的连续梁正弯矩效应和剪力效应时，采用f1； 计算负弯矩效应时，采用f2 。
说明： （1）汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的 冲击系数采用0.3。 （2）钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱 桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡 胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲 击作用。 （3）填料厚≥50cm的拱桥、涵洞及重力式墩台不计 冲击。 （4）支座的冲击力按相应的桥
一、公路桥梁的作用,按其随时间变化的性质，分为:
永久作用(permanent action) 可变作用(variable action) 偶然作用(accidental action) 永久作用: 习惯上称为恒载(deadload)，是指在设计基准期内，其量值不随时间变化， 或其变化与平均值相比可忽略不计的作用，如结构重力。 可变作用: 指在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比有不可忽 略的作用，如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载，live load)。
G h
Bl0 γ
五、人群荷载
1、标准值：
注：
对跨径不等的连续结构，以最大 计算跨径为准。
kN/m2

❖ 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