桥梁的设计荷载-课件.ppt

1、桥梁工程概论桥梁工程概论第三章 桥梁的设计作用（荷载）第三章第三章 桥梁的设计荷载桥梁的设计荷载第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作作用用 施加在结构上的施加在结构上的力力引起结构外加变形、引起结构外加变形、约束改变的约束改变的原因原因直接作用直接作用间接作用间接作用又称为又称为“荷载荷载”作作用用效效应应 结构对所受作用结构对所受作用的反应的反应结构内力的反应结构内力的反应结构位移的反应结构位移的反应轴力轴力弯矩弯矩剪力剪力扭矩扭矩第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值一一.作用分类作用分类恒载活载主力附加力特殊荷载（铁路）桥梁荷载永久作用（永久作用（Pe

2、rmanent action）可变作用（可变作用（Variable action）偶然作用（偶然作用（Accidental action）第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值一一.作用分类作用分类永久永久作用作用可变可变作用作用偶然偶然作用作用结构使用期内量值不结构使用期内量值不变或变化很小的作用变或变化很小的作用结构使用期内量值随结构使用期内量值随时间变化，且变化值时间变化，且变化值与平均值相比不可忽与平均值相比不可忽略的作用略的作用结构使用期内发生概结构使用期内发生概率很小，但出现后影率很小，但出现后影响很大、持续时间又响很大、持续时间又很短的作用很短的作用地震作用地震作

3、用船、车撞击船、车撞击作用作用结构重力结构重力预应力预应力收缩徐变收缩徐变基础变位基础变位汽车荷载汽车荷载汽车冲击力汽车冲击力人群荷载人群荷载风荷载风荷载温度作用温度作用土的重力及侧压力土的重力及侧压力水的浮力水的浮力汽车离心力汽车离心力流水（冰）压力流水（冰）压力汽车制动力汽车制动力汽车产生的土压力汽车产生的土压力结构附属部分的重力结构附属部分的重力规范第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值二二.作用代表值作用代表值1.作用代表值（作用代表值（Representative value of an action）结构或结构或构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，构

4、件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，包括作用包括作用标准值、准永久值标准值、准永久值和和频遇值频遇值。2.作用标准值（作用标准值（Characteristic value of an action）各种作用各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概的基本代表值，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。率分布的某一分位值确定。3.作用准永久值（作用准永久值（Quasi-permanent value of an action）一一种种可变作用代表值可变作用代表值，作用概率分布的，作用概率分布的0.5分位值，用于正常分位值，用于正常使用极限状态长期

5、效应组合设计（经常出现者）使用极限状态长期效应组合设计（经常出现者）足够长的足够长的观测期内观测期内 第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值3.作用频遇值（作用频遇值（Frequent value of an action）一种可变作用一种可变作用代表值，作用概率分布的代表值，作用概率分布的0.95分位值，用于正常使用极限分位值，用于正常使用极限状态短期效应组合设计（频繁出现且量值较大者）状态短期效应组合设计（频繁出现且量值较大者）足够长足够长的观测期内的观测期内 4.设计基准期（设计基准期（Design reference period）在进行结构可靠在进行结构可靠性分析时，

6、考虑持久设计状态下各项基本变量与时间关系性分析时，考虑持久设计状态下各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数。所采用的基准时间参数。100年，与寿命的关系年，与寿命的关系二二.作用代表值作用代表值第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值1.永久作用永久作用标准值标准值 2.可变作用可变作用根据不同的极限状态和组合方式分别采用标根据不同的极限状态和组合方式分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态承载能力极限状态标准值标准值 按弹性阶段计算结构强度按弹性阶段计算结构强度标准值标准值 正常使用状态按短期效应组合设计正常使用状态

7、按短期效应组合设计频遇值频遇值 频遇值标准值乘以频遇值系数频遇值标准值乘以频遇值系数1 正常使用状态按长期效应组合设计正常使用状态按长期效应组合设计准永久值准永久值 准永久值标准值乘以准永久值系数准永久值标准值乘以准永久值系数2 3.偶然作用偶然作用标准值标准值 二二.作用代表值作用代表值第二节第二节 永久作用永久作用1.结构重力结构重力结构体积与结构体积与材料容重（重力密度）材料容重（重力密度）的乘积的乘积 作用于桥梁上部结构的恒载结构的重力和附属作用于桥梁上部结构的恒载结构的重力和附属设备等外加重力；设备等外加重力；作用在桥梁下部结构的恒载由支座传递的上部作用在桥梁下部结构的恒载由支座传递

8、的上部结构的重力、墩台本身的重力、土压力和水压（浮）结构的重力、墩台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。力等。第二节第二节 永久作用永久作用2.土的重力及土侧压力土的重力及土侧压力计算涉及结构型式、填料性质、墩计算涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与气象、水文和外加荷载等因素有台位移和地基变形，也与气象、水文和外加荷载等因素有关关 3.水浮力水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙而传递指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙而传递给建筑物基础底面的（由下而上的）水压力；对位于碎石给建筑物基础底面的（由下而上的）水压力；对位于碎石类土、砂类土、粘砂土等类土、砂类土、粘砂土等透水性地基

9、上的墩台透水性地基上的墩台，需在设计，需在设计中考虑水浮力。中考虑水浮力。第二节第二节 永久作用永久作用4.预应力混凝土桥梁，在检算结构的使用性能（如混凝土预应力混凝土桥梁，在检算结构的使用性能（如混凝土应力）时，应力）时，预加应力预加应力当视为恒载；在检算结构的承载能力当视为恒载；在检算结构的承载能力（如抗弯强度）时，预加应力不作为恒载，但把预应力钢（如抗弯强度）时，预加应力不作为恒载，但把预应力钢筋视为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，筋视为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑其次效应。仍需考虑其次效应。5.在外部超静定的混凝土桥梁结构中，在外部超静定的混凝土桥梁

10、结构中，混凝土收缩、徐变混凝土收缩、徐变影响力影响力是长期存在并起作用的。是长期存在并起作用的。基础变位基础变位一旦发生，其对一旦发生，其对结构的影响也是长期的。结构的影响也是长期的。第二节第二节 永久作用永久作用12 受力结构（梁）自身的重量，一期恒载受力结构（梁）自身的重量，一期恒载附属结构（铺装、护栏等）附加的重量，二期恒载附属结构（铺装、护栏等）附加的重量，二期恒载土对下部结构的侧压力及重力土对下部结构的侧压力及重力超静定结构中基础变位会产生内力超静定结构中基础变位会产生内力混凝土的收缩徐变会产生变形，混凝土的收缩徐变会产生变形，超静定结构中还会产生内力。超静定结构中还会产生内力。第二

11、节第二节 永久作用永久作用结构重力结构重力结构体积与材料容重（重力密度）的乘积结构体积与材料容重（重力密度）的乘积 在确保结构安全的前提下，减小结构自重是设计的目标。在确保结构安全的前提下，减小结构自重是设计的目标。第二节第二节 永久作用永久作用位于水中的构造均会受到水的位于水中的构造均会受到水的浮力浮力作用作用第二节第二节 永久作用永久作用预应力预应力第二节第二节 永久作用永久作用第三节第三节 可变作用可变作用一、车辆活载一、车辆活载 车辆活载指桥梁承受的机动交通活载。对铁路车辆活载指桥梁承受的机动交通活载。对铁路桥，指列车活载；对公路桥，指汽车、挂车、履带桥，指列车活载；对公路桥，指汽车、

12、挂车、履带车等。车辆荷载的种类繁多，因此，需要对车辆荷车等。车辆荷载的种类繁多，因此，需要对车辆荷载进行调查分析和综合概括，并按照安全、适用和载进行调查分析和综合概括，并按照安全、适用和经济的原则，确定出设计采用的标准活载。经济的原则，确定出设计采用的标准活载。第三节第三节 可变作用可变作用1、铁路列车活载、铁路列车活载第三节第三节 可变作用可变作用1、铁路列车活载、铁路列车活载第三节第三节 可变作用可变作用1、铁路列车活载、铁路列车活载 考察我国目前实际运行的列车及其发展趋势，可以考察我国目前实际运行的列车及其发展趋势，可以看出，看出，1975年制订的中活载标准已不太适用。例如，年制订的中活

13、载标准已不太适用。例如，蒸汽机车已停止生产，内燃和电力机车得到广泛应用；蒸汽机车已停止生产，内燃和电力机车得到广泛应用；货车的重载轴重时常高于机车的轴重。根据这些情况货车的重载轴重时常高于机车的轴重。根据这些情况可以认为，我国新的列车活载标准应与国际铁路联盟可以认为，我国新的列车活载标准应与国际铁路联盟（UIC）制订的活载标准较为一致。）制订的活载标准较为一致。第三节第三节 可变作用可变作用2、公路车辆荷载、公路车辆荷载第三节第三节 可变作用可变作用2、公路车辆荷载、公路车辆荷载公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路汽车荷载等级公路-级公路-级公路-级 公路-级公路-级新的汽车荷载分

14、为：公路-级、公路-级汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由长度不限的均布荷载和一个集中荷载组成。第三节第三节 可变作用可变作用2、公路车辆荷载、公路车辆荷载第三节第三节 可变作用可变作用2、公路车辆荷载、公路车辆荷载第三节第三节 可变作用可变作用2、公路车辆荷载、公路车辆荷载第三节第三节 可变作用可变作用二、冲击力二、冲击力车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发生振动，车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发生振动，产生动力作用。这种动力作用会使桥梁的内力和变形较静活产生动力作用。这种动力作用会使桥梁的内力和变形较静活载作用时大。这种现象就称之为冲击作用。冲击作用的大小载作用

15、时大。这种现象就称之为冲击作用。冲击作用的大小采用采用冲击力冲击力来加以衡量。来加以衡量。在设计中，引入在设计中，引入冲击系数（冲击系数（1+）。当竖向活载包括冲击力。当竖向活载包括冲击力时，系指将汽车荷载标准值乘以冲击系数时，系指将汽车荷载标准值乘以冲击系数（1+）。）。第三节第三节 可变作用可变作用二、冲击力二、冲击力第三节第三节 可变作用可变作用三、离心力三、离心力第三节第三节 可变作用可变作用四、人群荷载四、人群荷载第三节第三节 可变作用可变作用五、风荷载五、风荷载l当风以一定速度运动并受到桥梁阻碍时，桥梁就承受到风压。当风以一定速度运动并受到桥梁阻碍时，桥梁就承受到风压。对大跨度的斜

16、拉桥、悬索桥以及高耸的桥塔和桥墩等，尤其对大跨度的斜拉桥、悬索桥以及高耸的桥塔和桥墩等，尤其如此。如此。l顺风向风压和横风向风压顺风向风压和横风向风压 l顺风向：顺风向：平均风压平均风压和和脉动风压脉动风压 l公路桥公路桥横桥向风荷载横桥向风荷载按下式计算按下式计算 Fwh横桥向风荷载标准值（横桥向风荷载标准值（kN）Wd设计基准风压设计基准风压（kN/m2）k0 设计风速重现期换算系数设计风速重现期换算系数 k1 风载阻力系数风载阻力系数 k3 地形、地理条件系数地形、地理条件系数 l铁路桥的风荷载计算按铁路桥的风荷载计算按铁路桥涵设计基本规范铁路桥涵设计基本规范（TB10002.199）办

17、理。）办理。whdwhAWkkkF310第三节第三节 可变作用可变作用六、车辆制动力六、车辆制动力第三节第三节 可变作用可变作用七、温度作用七、温度作用第三节第三节 可变作用可变作用八、流水压力、冰压力和支座摩阻力八、流水压力、冰压力和支座摩阻力第三节第三节 可变作用可变作用八、流水压力、冰压力和支座摩阻力八、流水压力、冰压力和支座摩阻力第三节第三节 可变作用可变作用八、流水压力、冰压力和支座摩阻力八、流水压力、冰压力和支座摩阻力第三节第三节 可变作用可变作用八、流水压力、冰压力和支座摩阻力八、流水压力、冰压力和支座摩阻力第三节第三节 可变作用可变作用第四节第四节 偶然荷载偶然荷载1、地震力的

18、考虑、地震力的考虑计算方法计算方法：静力法、反应谱理论，动态时程分析：静力法、反应谱理论，动态时程分析WkgWmFhggmaxmax WkFh反应谱理论静力法第四节第四节 偶然荷载偶然荷载1、地震力的考虑、地震力的考虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载1、地震力的考虑、地震力的考虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载1、地震力的考虑、地震力的考虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载1、地震力的考虑、地震力的考虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载2、船舶撞击力的考虑、船舶撞击力的考虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载2、船舶撞击力的考虑、船舶撞击力的考虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载2、船舶撞击力的考虑、船舶撞击力的考

19、虑第四节第四节 偶然荷载偶然荷载2、船舶撞击力的考虑、船舶撞击力的考虑防撞措施防撞措施第四节第四节 偶然荷载偶然荷载第五节第五节 作用效应组合作用效应组合结构上几种作用分别产生的效应的叠加结构上几种作用分别产生的效应的叠加一、作用效应组合一、作用效应组合二、作用效应组合的原则二、作用效应组合的原则以桥梁在施工和运营时可能处于最不利的受力状态为原则以桥梁在施工和运营时可能处于最不利的受力状态为原则必需考虑各种作用效应的取舍以及它们同时作用的可能性必需考虑各种作用效应的取舍以及它们同时作用的可能性参照相关设计规范要求进行组合参照相关设计规范要求进行组合依据依据方法方法目的目的第五节第五节 作用效应

20、组合作用效应组合l公路桥采用基于结构可靠性理论的极限状态设计方法。应考虑结构可能公路桥采用基于结构可靠性理论的极限状态设计方法。应考虑结构可能同时出现的作用，分别按同时出现的作用，分别按承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极限状态正常使用极限状态进行作用进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。效应组合，取其最不利效应组合进行设计。三、公路桥梁作用效应组合三、公路桥梁作用效应组合 承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态A.A.设计中结构的状态设计中结构的状态 相关术语解释相关术语解释第五节第五节 作用效应组合作用效应组合相关术语解释相关术语解释B.B.作用

21、效应作用效应作用设计值效应作用标准值效应作用设计值效应作用标准值效应作用效应分项系数作用效应分项系数l作用效应（作用效应（Effect of an action）结构对所受作用的反应，如弯结构对所受作用的反应，如弯矩、位移等（通过结构分析得到）矩、位移等（通过结构分析得到）l作用效应设计值（作用效应设计值（Design value of an action effect）作用标准值作用标准值效应与效应与分项系数分项系数的乘积。的乘积。l分项系数（分项系数（Partial safety factor）为保证结构具有规定的可靠度为保证结构具有规定的可靠度而在设计表达式中采用的系数，分为作用分项系数

22、和抗力分项系而在设计表达式中采用的系数，分为作用分项系数和抗力分项系数。数。对对公路桥公路桥，作用分项系数是显式的，在作用组合时采用；抗，作用分项系数是显式的，在作用组合时采用；抗力分项系数是隐式的，包含在材料强度取值中。力分项系数是隐式的，包含在材料强度取值中。对对铁路桥铁路桥，无分项系数，各荷载效应直接组合，结构安全度，无分项系数，各荷载效应直接组合，结构安全度包含在材料强度取值和单一安全系数包含在材料强度取值和单一安全系数K中。中。第五节第五节 作用效应组合作用效应组合l作用效应基本组合（作用效应基本组合（Fundamental combination for action effect

23、s）承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合变作用设计值效应的组合 l作用效应偶然组合（作用效应偶然组合（Accidental combination for action effects）承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应、一种偶然作用标准值效应的组合准值效应、一种偶然作用标准值效应的组合 l作用短期效应组合（作用短期效应组合（Combination for short-term action effects）正常使用极限状态设计时，永久

24、作用标准值效应与可变作用频正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合遇值效应的组合 l作用长期效应组合（作用长期效应组合（Combination for long-term action effects）正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用准正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应的组合永久值效应的组合2.作用效应组合的不同方法作用效应组合的不同方法第五节第五节 作用效应组合作用效应组合基本组合基本组合偶然组合偶然组合短期状态组合短期状态组合长期状态组合长期状态组合设计方法设计方法承载能力承载能力极限状态极限状态正常使用正常使用

25、极限状态极限状态永久作用永久作用可变作用可变作用偶然作用偶然作用组合内容和方法组合内容和方法组合名称组合名称应力计算组合应力计算组合设计值效应设计值效应设计值效应设计值效应标准值效应标准值效应标准值效应标准值效应某种代表值某种代表值标准值效应标准值效应标准值效应标准值效应标准值效应标准值效应频遇值效应频遇值效应准永久值效应准永久值效应标准值效应标准值效应第五节第五节 作用效应组合作用效应组合minjQjkQjckQQGikGiudSSSS121100l结构重要性系数，结构重要性系数，1.1,1.0,0.9 l承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合

26、设计值 l第第i个永久作用效应的分项系数个永久作用效应的分项系数 l第第i个永久作用效应的标准值个永久作用效应的标准值 l汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的分项系数汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的分项系数 l汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值 l除汽车荷载效应外的其他可变作用效应的组合系数除汽车荷载效应外的其他可变作用效应的组合系数 l除汽车荷载效应、风荷载外的其他第除汽车荷载效应、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数个可变作用效应的分项系数 l除汽车荷载效应外的其他第除汽车荷载效应外的其他第j个可变作用效应的标准值个可变作用效应的标准值A

27、.承载力极限状态下，作用效应的基本组合承载力极限状态下，作用效应的基本组合第五节第五节 作用效应组合作用效应组合基本效应组合基本效应组合设计值设计值永久作用永久作用 标准值效应标准值效应可变作用可变作用 汽车汽车 标准值效应标准值效应举例举例汽车荷载汽车荷载（计冲击）（计冲击）可变作用可变作用 汽车以外汽车以外 标准值效应标准值效应作用分项系数作用分项系数 Q1=1.4自重恒载效应自重恒载效应作用分项系数作用分项系数 G1=1.2永久作用永久作用 设计值效应设计值效应可变作用（汽车）可变作用（汽车）设计值效应设计值效应温度效应温度效应组合系数组合系数 c=0.8,0.7,0.6,0.5作用分项

28、系数作用分项系数 Qj=1.4第五节第五节 作用效应组合作用效应组合l第一项：作用短期效应组合的设计值第一项：作用短期效应组合的设计值 l第二项：第二项：m个永久作用的标准值效应（不乘系数）组合个永久作用的标准值效应（不乘系数）组合 l第三项：第三项：n个可变作用效应的频遇值效应组合个可变作用效应的频遇值效应组合 第第j个可变作用效应的频遇值系数个可变作用效应的频遇值系数B.正常使用极限状态下，作用短期效应组合正常使用极限状态下，作用短期效应组合短期效应组合短期效应组合设计值设计值永久作用永久作用/标准标准值效应值效应可变作用可变作用/标准标准值效应值效应可变作用频遇可变作用频遇值系数值系数可

29、变作用可变作用/频遇频遇值效应值效应举例举例自重恒载效应自重恒载效应1=0.7汽车荷载汽车荷载（不计冲击）（不计冲击）第五节第五节 作用效应组合作用效应组合l第一项：作用长期效应组合的设计值第一项：作用长期效应组合的设计值 l第二项：第二项：m个永久作用的标准值效应（不乘系数）组合个永久作用的标准值效应（不乘系数）组合 l第三项：第三项：n个可变作用的准永久值效应组合个可变作用的准永久值效应组合 第第j个可变作用效应的准永久值系数个可变作用效应的准永久值系数C.正常使用极限状态下，作用长期效应组合正常使用极限状态下，作用长期效应组合长期效应组合长期效应组合设计值设计值永久作用永久作用/标准标准

30、值效应值效应可变作用可变作用/标准标准值效应值效应可变作用准永可变作用准永久值系数久值系数可变作用可变作用/准永准永久值效应久值效应举例举例2=0.4汽车荷载汽车荷载（不计冲击）（不计冲击）自重恒载效应自重恒载效应第五节第五节 作用效应组合作用效应组合效应组合设计值效应组合设计值永久作用永久作用/标准标准值效应值效应可变作用可变作用/标准标准值效应值效应举例举例自重恒载效应自重恒载效应汽车荷载汽车荷载（不计冲击）（不计冲击）l第一项：作用效应组合的设计值第一项：作用效应组合的设计值 l第二项：第二项：m个永久作用的标准值效应的组合（不乘系数）个永久作用的标准值效应的组合（不乘系数）l第三项：第

31、三项：n个可变作用的标准值效应的组合（不乘系数）个可变作用的标准值效应的组合（不乘系数）l本组合用于正常使用极限状态设计中持久状况应力计算时的作本组合用于正常使用极限状态设计中持久状况应力计算时的作用效应组合用效应组合D.正常使用极限状态中持久状况应力计算效应组合正常使用极限状态中持久状况应力计算效应组合第五节第五节 作用效应组合作用效应组合编号编号荷载名称荷载名称不与该荷载同时参与组合的荷载号不与该荷载同时参与组合的荷载号15汽车制动力汽车制动力流水压力，冰压力，支座摩阻力流水压力，冰压力，支座摩阻力16流水压力流水压力汽车制动力，冰压力汽车制动力，冰压力 17冰压力冰压力汽车制动力，流水压力汽车制动力，流水压力 19支座摩阻力支座摩阻力汽车制动力汽车制动力 四、作用效应组合中的排它性四、作用效应组合中的排它性l1、公路桥梁的作用按其时间变化的性质，分为哪几类？他们包括哪些力？l2、作用效应组合方式有哪些？