1、2023年1月5日星期四桥梁所受的作用桥梁所受的作用1.4 桥梁的设计作用（荷载）桥梁的设计作用（荷载）Action(Loads)on Bridges1.4.1 桥梁作用分类桥梁作用分类1.4.2 作用计算作用计算1.4.3 作用效应组合作用效应组合 一、一、桥梁作用分类桥梁作用分类桥梁所受作用示意图桥梁所受作用示意图 作用的分类作用的分类 【永久作用】永久作用】permanent action：量值不随时间变化或变化值可忽略。量值不随时间变化或变化值可忽略。如：结构重力，预加应力，混凝土收缩和徐变作用等如：结构重力，预加应力，混凝土收缩和徐变作用等【可变作用】【可变作用】variable a
2、ction：量值随时间变化且变化值不可忽略。量值随时间变化且变化值不可忽略。如：汽车荷载、人群荷载、风荷载、温度作用等如：汽车荷载、人群荷载、风荷载、温度作用等【偶然作用】【偶然作用】accidental action：作用：作用时间短暂，发生的机率小。时间短暂，发生的机率小。如：地震作用、船撞力和汽车撞击作用如：地震作用、船撞力和汽车撞击作用编号编号作作 用用 分分 类类作作 用用 名名 称称1永久作用永久作用结构重力（包括结构附加重力）结构重力（包括结构附加重力）2预加力预加力3土的重力土的重力4土侧压力土侧压力5混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩及徐变作用6水的浮力水的浮力7基础变位作用基础
3、变位作用8可变作用可变作用汽车荷载汽车荷载9汽车冲击力汽车冲击力10汽车离心力汽车离心力11汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力12人群荷载人群荷载13汽车制动力汽车制动力14风荷载风荷载15流水压力流水压力16冰压力冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力支座摩阻力19偶然作用偶然作用地震作用地震作用20船只或漂浮物撞击力船只或漂浮物撞击力21汽车撞击作用汽车撞击作用 二、二、作用的计算（上）作用的计算（上）永久作用永久作用 n结构自重，按设计尺寸和材料的重力密度计算确定。结构自重，按设计尺寸和材料的重力密度计算确定。n常用材料的重力密常用材料的重
4、力密度度材料种类材料种类重力密度（重力密度（kN/m3）材料种类材料种类重力密度（重力密度（kN/m3）钢钢78.5浆砌片石浆砌片石23钢筋混凝土或钢筋混凝土或预应力混凝土预应力混凝土2526沥青混凝土沥青混凝土2324混凝土混凝土24填土填土1718 （1）公路桥梁汽车荷载）公路桥梁汽车荷载n依据：公路桥涵设计通用规范（依据：公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路等级公路等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三级公路三级公路四级公路四级公路汽车荷载等级汽车荷载等级公路公路级级公路公路级级公路公路级级公路公路级级公路公路级级 汽车荷载由汽车荷载由车道荷载车道荷载和和
5、车辆荷载车辆荷载组成。桥梁结构整体计算采用车道荷载，组成。桥梁结构整体计算采用车道荷载，桥梁结构局部加载、桥台等计算采用车辆荷载。二者作用效应不得叠加。桥梁结构局部加载、桥台等计算采用车辆荷载。二者作用效应不得叠加。汽车荷载汽车荷载 车道荷载车道荷载汽车荷载等级汽车荷载等级均布荷载标准值均布荷载标准值 qk集中荷载标准值集中荷载标准值 Pk公路公路-I级级10.5kN/m 计算跨径计算跨径5m Pk=180kN计算跨径计算跨径50m Pk=360kN公路公路-II级级按公路按公路-I级车道荷载的级车道荷载的0.75倍倍采用采用n公路公路-I-I级和公路级和公路-II-II级级采用相同的车辆荷载
6、采用相同的车辆荷载 550kN550kNn立面布置立面布置n平面布置平面布置 汽车荷载汽车荷载 车辆荷载车辆荷载 汽车荷载的横向布置汽车荷载的横向布置 n横向分布系数计算时，按图示的方式进行偏心加载。横向分布系数计算时，按图示的方式进行偏心加载。n横向布置的最大车辆数不超过设计车道数。横向布置的最大车辆数不超过设计车道数。汽车荷载折减系数汽车荷载折减系数横向布置车道数横向布置车道数 2345678横向折减系数横向折减系数10.780.670.60.550.520.5n横向折减系数横向折减系数n纵向折减系数纵向折减系数计算跨径计算跨径 l（m）150 l400400l600600l800800l
7、1000纵向折减系数纵向折减系数0.970.960.950.940.93 城市桥梁汽车荷载城市桥梁汽车荷载 n汽车荷载组成：车道荷载和车辆荷载汽车荷载组成：车道荷载和车辆荷载n荷载等级划分为荷载等级划分为城城-A级和级和城城-B级级n荷载折减系数：只考虑横向折减系数荷载折减系数：只考虑横向折减系数 n依据：城市桥梁设计荷载标准依据：城市桥梁设计荷载标准 CJJ7798n城级车道荷载城级车道荷载n城城B B级车道荷载级车道荷载（2）汽车荷载冲击力）汽车荷载冲击力 n冲击作用：汽车以较高速度过桥时，由于桥面不平整等原因，引起冲击作用：汽车以较高速度过桥时，由于桥面不平整等原因，引起桥梁结构振动，内
8、力增大。冲击力桥梁结构振动，内力增大。冲击力=汽车荷载标准值汽车荷载标准值冲击系数。冲击系数。（填料厚度（填料厚度0.5m的拱桥和重力式墩台不计冲击力）。的拱桥和重力式墩台不计冲击力）。n冲击系数冲击系数：竖向动力效应的增大系数，以结构基频竖向动力效应的增大系数，以结构基频 f 为指标为指标。nf14HZ =0.45 城市桥梁城市桥梁 与与 l相关相关勇于开始，才能找到成功的路 （3）汽车荷载的其它影响力）汽车荷载的其它影响力 汽车荷载离心力（汽车荷载离心力（弯桥半径弯桥半径250m）：）：车辆荷载标准值车辆荷载标准值C C离心力系数离心力系数 汽车荷载制动力：汽车荷载制动力：刹车时在路面与车
9、辆之间发生的滑动摩阻力。刹车时在路面与车辆之间发生的滑动摩阻力。制动力标准值制动力标准值=加载长度内车道荷载的加载长度内车道荷载的10%。公路一级荷载：制动力标准值公路一级荷载：制动力标准值165kN，公路二级荷载：制动力标准值公路二级荷载：制动力标准值 90kN.勇于开始，才能找到成功的路（4）人群荷载）人群荷载桥梁计算跨径（桥梁计算跨径（m）人群荷载（人群荷载（kN/m2）50m3.0 150m2.5 城市郊区行人密集区，人群荷载取上述规定值的城市郊区行人密集区，人群荷载取上述规定值的1.15倍。倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kN/m2 二、二、作用
10、的计算（下）作用的计算（下）n中华人民共和国铁道标准活载（简称中华人民共和国铁道标准活载（简称“中中-活载活载”）nZK-ZK-活载活载铁路列车荷载铁路列车荷载 风荷载的研究风荷载的研究 nTay 桥跨桥事故桥跨桥事故n （1879年）年）nTay Bridge 塔科马桥风毁事件塔科马桥风毁事件 （1940）n板式钢梁板式钢梁n风速：风速：19m/sn扭转颤振扭转颤振 Tacoma bridge 风荷载取值风荷载取值 n桥梁横桥向：风荷载标准值桥梁横桥向：风荷载标准值=横桥向风压横桥向风压迎风面积迎风面积n桥梁顺桥向：可不计桥面系及上承式梁所受的风荷载桥梁顺桥向：可不计桥面系及上承式梁所受的风
11、荷载n 桥墩：顺桥向风荷载值桥墩：顺桥向风荷载值=70%横桥向风压迎风横桥向风压迎风面积面积 n 桥塔：顺桥向风荷载值桥塔：顺桥向风荷载值=横桥向风压迎风面积横桥向风压迎风面积 风洞试验风洞试验 温度作用温度作用 n均匀温差（年温差）：导致桥梁各截面的均匀温升或温降、均匀温差（年温差）：导致桥梁各截面的均匀温升或温降、n 伸长或缩短。伸长或缩短。n梯度温差：由日照辐射或骤然温降所引起。在结构各截面上梯度温差：由日照辐射或骤然温降所引起。在结构各截面上n 分布是不均匀，非线性的。分布是不均匀，非线性的。勇于开始，才能找到成功的路 桥梁结构损伤形态：落梁、支承连桥梁结构损伤形态：落梁、支承连接件破
12、坏、墩台和基础破坏接件破坏、墩台和基础破坏偶然作用偶然作用 地震作用地震作用勇于开始，才能找到成功的路桥梁结构的抗震设计桥梁结构的抗震设计 地震动峰值加速度地震动峰值加速度0.10g地区的桥涵，抗震设计。地区的桥涵，抗震设计。地震动峰值加速度地震动峰值加速度0.05g地区的桥涵，简易设防。地区的桥涵，简易设防。勇于开始，才能找到成功的路船舶的撞击力船舶的撞击力n内河船舶撞击作用内河船舶撞击作用内河航道等级内河航道等级 船舶吨级（船舶吨级（t）横桥向撞击作用（横桥向撞击作用（kN）顺桥向撞击作用（顺桥向撞击作用（kN）一一300014001100二二20001100900三三1000800650
13、四四500550450五五300400350六六100250200七七50150125勇于开始，才能找到成功的路广东南海九江大桥事故广东南海九江大桥事故 通航孔桥墩：横桥向撞击力通航孔桥墩：横桥向撞击力1200t 非通航孔桥墩：横桥向撞击力非通航孔桥墩：横桥向撞击力40tn【事故鉴定】【事故鉴定】大桥质量优良，防撞设计具有前瞻性。大桥质量优良，防撞设计具有前瞻性。三、三、作用效应组合作用效应组合勇于开始，才能找到成功的路桥梁极限状态设计方法桥梁极限状态设计方法 承载能力极限状态：作用效应的组合设计值承载能力极限状态：作用效应的组合设计值承载力设计值承载力设计值 正常使用极限状态：裂缝宽度、挠度
14、等验算正常使用极限状态：裂缝宽度、挠度等验算桥梁结构桥梁结构特大桥、重要大桥特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞小桥、涵洞设计安全等级设计安全等级一级一级二级二级三级三级结构重要性系数结构重要性系数1.11.00.9n桥梁结构的结构重要性系数桥梁结构的结构重要性系数勇于开始，才能找到成功的路承载能力极限状态承载能力极限状态基本组合基本组合n n 0 结构重要性系数结构重要性系数n SGik永久作用效应的标准值永久作用效应的标准值n SQ1k汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值值n SQjk其它可变作用效应的标准值其它可变作
15、用效应的标准值n c组合系数（组合系数（0.80.70.60.5）n永久作用与可变作用相结合永久作用与可变作用相结合n n 分项系数分项系数 n Gi 1.2n Q1 1.4n Qi 1.4n（风荷载取（风荷载取1.1）勇于开始，才能找到成功的路例：例：n1.1（1.2 结构重力结构重力+1.4汽车荷载汽车荷载+0.8 1.4人群荷载）人群荷载）n1.0 1.2 结构重力结构重力+1.4汽车荷载汽车荷载+0.7(1.4人群荷载人群荷载+1.1风荷载）风荷载）勇于开始，才能找到成功的路承载能力极限状态承载能力极限状态偶然组合偶然组合n永久作用与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用相结合。永久作用
16、与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用相结合。n 多个偶然作用不同时参与组合，偶然作用的效应分项系数取多个偶然作用不同时参与组合，偶然作用的效应分项系数取1.0勇于开始，才能找到成功的路正常使用极限状态正常使用极限状态 作用短期效应组合作用短期效应组合n永久作用标准值与可变作用频遇值相组合永久作用标准值与可变作用频遇值相组合 汽车荷载（不计冲击力）汽车荷载（不计冲击力）1=0.7 人群荷载人群荷载 1=1.0 风荷载风荷载 1=0.75 温度梯度作用温度梯度作用 1=0.8 其他作用其他作用 1=1.0n1 频遇值系数频遇值系数勇于开始，才能找到成功的路正常使用极限状态正常使用极限状态 作用长
17、期效应组合作用长期效应组合n永久作用标准值与可变作用准永久值相组合永久作用标准值与可变作用准永久值相组合 汽车荷载（不计冲击力）汽车荷载（不计冲击力）2=0.4 人群荷载人群荷载 2=0.4 风荷载风荷载 2=0.75 温度梯度作用温度梯度作用 2=0.8 其他作用其他作用 2=1.0n2 准永久值系数准永久值系数勇于开始，才能找到成功的路习题习题1n计算跨径计算跨径l=15.5m的钢筋混凝土简支梁，其跨中截面的弯矩标准值为：梁自重的钢筋混凝土简支梁，其跨中截面的弯矩标准值为：梁自重作用产生的弯矩标准值作用产生的弯矩标准值MG1k=399.806kNm；桥面铺装、栏杆、人行道等自重；桥面铺装、
18、栏杆、人行道等自重（二期恒载）作用产生的弯矩标准值（二期恒载）作用产生的弯矩标准值MG2k=302.715kNm；汽车荷载作用（计入；汽车荷载作用（计入冲击系数冲击系数=0.352）产生的弯矩标准值）产生的弯矩标准值MQ1k=726.5071.352=982.237kNm；人；人群荷载作用产生的弯矩标准值群荷载作用产生的弯矩标准值MQ2k=21.014kNm。试进行作用效应组合的计算。试进行作用效应组合的计算。（1）承载能力极限状态基本组合）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状态的短期效应组合）正常使用极限状态的短期效应组合（3）正常使用极限状态的长期效应组合）正常使用极限状态的长期效
19、应组合勇于开始，才能找到成功的路习题习题2n计算跨径为计算跨径为29.16m的预应力钢筋混凝土简支的预应力钢筋混凝土简支T形截面梁，其支点形截面梁，其支点截面的剪力标准值截面的剪力标准值VG1k=275.71kN；桥面铺装、栏杆、人行道等；桥面铺装、栏杆、人行道等自重作用（二期恒载）产生的剪力标准值自重作用（二期恒载）产生的剪力标准值VG2k=94.92kN；汽车；汽车荷载作用（计入冲击系数荷载作用（计入冲击系数=0.1188）产生的剪力标准值）产生的剪力标准值VQ1k=374.65kN；人群荷载作用产生的剪力标准值；人群荷载作用产生的剪力标准值VQ2k=16.34kN。试进行作用效应组合计算
20、。试进行作用效应组合计算。n 习题习题3n主孔净跨径为主孔净跨径为60m的等截面悬链线空腹式无铰拱桥的拱圈为石板的等截面悬链线空腹式无铰拱桥的拱圈为石板拱。在拱圈的拱顶截面上，由荷载作用在单位拱圈宽度上产生拱。在拱圈的拱顶截面上，由荷载作用在单位拱圈宽度上产生的效应标准值见表的效应标准值见表1-2。试求其。试求其基本组合基本组合设计值。设计值。作用作用最大弯矩（最大弯矩（kNm）相应的轴向力（相应的轴向力（kN）恒载恒载91.052430.72人群人群16.819.18汽车汽车160.1387.46温度下降温度下降34.37-10.41勇于开始，才能找到成功的路习题习题1答案答案（1）承载能力极限状态基本组合）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状态的短期效应组合）正常使用极限状态的短期效应组合（3）正常使用极限状态的长期效应组合）正常使用极限状态的长期效应组合勇于开始，才能找到成功的路习题习题2答案答案（1）承载能力极限状态基本组合）承载能力极限状态基本组合（2）正常使用极限状态的短期效应组合）正常使用极限状态的短期效应组合（3）正常使用极限状态的长期效应组合）正常使用极限状态的长期效应组合
