大学精品课件：第五章 桥梁工程的荷载.ppt

1、第五章第五章 桥梁工程的荷载桥梁工程的荷载 5.1 荷载类型荷载类型 5.2 荷载取值荷载取值 5.3 各种荷载的计算方法各种荷载的计算方法 5.4 荷载组合荷载组合 5.1 荷载类型荷载类型 （主要依据（主要依据公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004） 1 1、永久作用、永久作用： 结构重力预加力土的重力土侧压力砼收缩及结构重力预加力土的重力土侧压力砼收缩及 徐变水的浮力基础变位作用徐变水的浮力基础变位作用 5.1.1 荷载与作用荷载与作用 直接作用直接作用集中力或分布力集中力或分布力 间接作用间接作用引起结构外加变形或约束变形的原因引起结构外加变形或约束变形的原因

2、 5.1.2 桥梁荷载类型桥梁荷载类型 作用的分类作用的分类 2 2、可变作用、可变作用： （1 1）汽车荷载；（）汽车荷载；（2 2）汽车冲击力；（）汽车冲击力；（3 3）汽车离心力；）汽车离心力； （4 4）汽车引起的土侧压力；（）汽车引起的土侧压力；（5 5）人群荷载；）人群荷载； （6 6）汽车制动力；（）汽车制动力；（7 7）风荷载；（）风荷载；（8 8）流水压力；）流水压力； （9 9）冰压力；（）冰压力；（1010）温度作用；（）温度作用；（1111）支座摩阻力；）支座摩阻力； 3 3、偶然作用、偶然作用： （1 1）地震作用；）地震作用； （2 2）船舶或漂流物的撞击作用；）船

3、舶或漂流物的撞击作用； （3 3）汽车撞击作用；）汽车撞击作用； 5.2 荷载取值荷载取值 5.2.1 代表值代表值 永久作用永久作用标准值；标准值； 可变作用可变作用标准值、频遇值、准永久值、组合值；标准值、频遇值、准永久值、组合值； 偶然作用偶然作用标准值；标准值； 5.3 荷载的计算方法荷载的计算方法 一、结构重力一、结构重力 根据结构构件尺寸和材料重度计算；根据结构构件尺寸和材料重度计算； 二、预加应力二、预加应力 结构正常使用极限状态设计，将预加应力作为永久作用结构正常使用极限状态设计，将预加应力作为永久作用 计算；计算； 结构承载能力极限状态设计，预加应力不作为作用计算，结构承载能

4、力极限状态设计，预加应力不作为作用计算， 将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在超静定结构将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在超静定结构 中需考虑预加力引起的次效应；中需考虑预加力引起的次效应； 具体计算：见具体计算：见预应力混凝土结构预应力混凝土结构 三、汽车荷载三、汽车荷载 1 1 公路汽车荷载公路汽车荷载 公路公路-级级 公路汽车荷载的分级公路汽车荷载的分级 公路公路-级级 车道荷载车道荷载 汽车荷载汽车荷载 车辆荷载车辆荷载 集中荷载集中荷载 均布荷载均布荷载 公路公路-级车道荷载级车道荷载 均布荷载标准值：均布荷载标准值： 10.5kN/m10.5kN/m 集中荷载：集中荷载： 计

5、算跨径小于等于计算跨径小于等于5m5m时，时，180kN 180kN 计算跨径大于等于计算跨径大于等于50m50m时，时，360kN360kN 计算跨径在计算跨径在5 5至至50m50m之间时，直线内插。之间时，直线内插。 剪力效应应再乘以剪力效应应再乘以1.21.2的系数。的系数。 公路公路-级车道荷载级车道荷载 其均布荷载标准值和集中荷载标准值，其均布荷载标准值和集中荷载标准值，应取公路应取公路级汽车荷载级汽车荷载 的车道荷载标准值的的车道荷载标准值的0.750.75倍倍 车辆荷载车辆荷载 公路公路级和公路级和公路级车辆荷载级车辆荷载 均采用一辆总重为均采用一辆总重为550550千牛的标准

6、车。千牛的标准车。 汽车荷载的加载方式汽车荷载的加载方式 车道荷载用于桥梁结构整体计算车道荷载用于桥梁结构整体计算 车辆荷载用于桥梁结构局部计算车辆荷载用于桥梁结构局部计算 （横隔梁、行车道板、桥台或（横隔梁、行车道板、桥台或 挡土墙的计算应采用车辆荷载）挡土墙的计算应采用车辆荷载） 进行桥梁结构计算时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不得将车辆荷载和车道荷载的作用叠加 均布荷载：满布于使结构产生最不利效应的同号影响均布荷载：满布于使结构产生最不利效应的同号影响 线上。线上。 车道荷载的最不利布置车道荷载的最不利布置 按教材按教材7878页图页图5 5- -5 5布置；布置

7、； 横向多车道时，横向布置最大车辆数目不应超过设计车横向多车道时，横向布置最大车辆数目不应超过设计车 道数。道数。 集中荷载：作用于相应影响线中一个最大影响线峰值集中荷载：作用于相应影响线中一个最大影响线峰值 处。处。 车辆荷载的横向布置车辆荷载的横向布置 车辆的布置按桥梁宽度确定车道数 根据桥梁所在公路等级选用。根据桥梁所在公路等级选用。 汽车荷载的选用汽车荷载的选用 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 汽车荷载汽车荷载 等级等级 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 车道多、桥

8、梁长，出现最不利加载概率小，汽车荷载效车道多、桥梁长，出现最不利加载概率小，汽车荷载效 应折减；应折减； 2、横向折减、横向折减 横向折减：车道数横向折减：车道数2，79页，表页，表5-4；但折减后效应；但折减后效应2 车道的荷载效应车道的荷载效应； 汽车荷载的折减汽车荷载的折减 1、纵向折减、纵向折减 纵向折减：计算跨径纵向折减：计算跨径150m，79页，表页，表5-3；多跨连续结；多跨连续结 构，按最大跨折减；构，按最大跨折减； 汽车荷载的折减 横向折减系数 横向布置 车队数 345678 横向折减 系数 0.780.670.600.550.520.50 城市桥梁汽车荷载城市桥梁汽车荷载

9、城市桥梁设计荷载标准城市桥梁设计荷载标准CJJ 77CJJ 77- -9898 城城-A级级 城市桥梁汽车荷载城市桥梁汽车荷载 城城-B级级 车道荷载车道荷载 汽车荷载汽车荷载 车辆荷载车辆荷载 集中荷载集中荷载 均布荷载均布荷载 车辆荷载车辆荷载 城城- -A A级轴重级轴重700KN700KN，适用于快速路、主干路；，适用于快速路、主干路； 城城- -B B级轴重级轴重300KN300KN，适用于次干路、支路；，适用于次干路、支路； 纵、平面布置见纵、平面布置见8080页图页图5 5- -7 7； 纵、平面布置见纵、平面布置见8080页图页图5 5- -8 8； 车道荷载车道荷载 城城-

10、-A A级轴重级轴重700KN700KN，适用于快速路、主干路；，适用于快速路、主干路； 城城- -B B级轴重级轴重300KN300KN，适用于次干路、支路；，适用于次干路、支路； 车道荷载的均布荷载、集中荷载见车道荷载的均布荷载、集中荷载见8282页表页表5 5- -5 5； 车道荷载的均布荷载、集中荷载见车道荷载的均布荷载、集中荷载见8282页表页表5 5- -5 5； 车道荷载的纵、横向布置见车道荷载的纵、横向布置见8181页图页图5 5- -1010； 四、冲击力四、冲击力 （1 1）冲击力的产生）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，产生动车辆活载以一定

11、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载作用时大。这种力作用。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。现象就统称为冲击作用。 当竖向活载包括冲击力时，将静活载产生的效应乘以冲击系数。当竖向活载包括冲击力时，将静活载产生的效应乘以冲击系数。 通常的做法是：为了考虑汽车荷载的冲击作用，引入一个竖向通常的做法是：为了考虑汽车荷载的冲击作用，引入一个竖向 动力效应的增大系数。即冲击系数动力效应的增大系数。即冲击系数。 （2 2）冲击力的计算）冲击力的计算 当当 时，时， =0.05 =0.05 冲击系数冲击系数

12、 可按下式计算可按下式计算 Hzf5.1 当当 时，时， HzfHz145.1 0157.0ln1767.0f 当当 时，时， =0.45 =0.45 Hzf14 简支梁桥的基频简支梁桥的基频f f的计算公式的计算公式 2 2 c c EI f lm 跨中截面惯性矩；跨中截面惯性矩； 跨中处单位长度的质量；跨中处单位长度的质量； c I c m 其他桥型的基频其他桥型的基频f f的计算公式，见附录五的计算公式，见附录五 城市桥梁的冲击系数城市桥梁的冲击系数 可按下式计算可按下式计算 20 80l 车道荷载冲击系数车道荷载冲击系数 L=20mL=20m， =0.2=0.2； L=150mL=15

13、0m， =0.1=0.1； 0.66860.3032logl 车辆荷载冲击系数车辆荷载冲击系数 式中式中 的最大值不得超过的最大值不得超过0.40.4； 五、人群荷载五、人群荷载 设有人行道的公路桥梁，人群荷载一般规定为设有人行道的公路桥梁，人群荷载一般规定为3 3千牛千牛/ /平平 方米，城市郊区行人密集区可为方米，城市郊区行人密集区可为3.53.5千牛千牛/ /平方米。详见平方米。详见 教材教材8585页的规定。页的规定。 城市桥梁，计算梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷城市桥梁，计算梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷 载，根据加载长度、人行道宽度来确定，见载，根据加载长度、人行道宽度来确

14、定，见8686页表页表5 5- -8 8， w2.4w2.4千牛千牛/ /平方米。平方米。 作用于栏杆顶水平推力按作用于栏杆顶水平推力按0.75kN/m0.75kN/m考虑，考虑， 作用于扶手竖向力按作用于扶手竖向力按1.0kN/m1.0kN/m来考虑。来考虑。 计算人行道板栏杆计算人行道板栏杆 5.4 荷载组合荷载组合 新规范新规范规定：公路桥涵结构设计，应考虑结构上可规定：公路桥涵结构设计，应考虑结构上可 能同时出现的作用，按承载能力极限状态、正常使用极能同时出现的作用，按承载能力极限状态、正常使用极 限状态进行作用效应组合，取其最不利组合进行设计。限状态进行作用效应组合，取其最不利组合进

15、行设计。 承载能力极限状态设计时，考虑的两种作用效应组合承载能力极限状态设计时，考虑的两种作用效应组合 基本组合；基本组合； 偶然组合；偶然组合； 正常使用极限状态设计时，考虑的两种作用效应组合正常使用极限状态设计时，考虑的两种作用效应组合 作用短期效应组合；作用短期效应组合； 作用长期效应组合；作用长期效应组合； 基本组合基本组合 永久作用设计值效应永久作用设计值效应 + + 可变作用设计值效应可变作用设计值效应 11 0 12 () iikjjk mn udGGQQCQQ ij SSSS 基本组合的效应组合值基本组合的效应组合值 ud S 结构重要性系数结构重要性系数 设计安全等级：一级，

16、取设计安全等级：一级，取1.11.1； 二级，取二级，取1.01.0； 三级，取三级，取0.90.9； 参见教材参见教材103103页表页表5 5- -2727 0 桥梁分类桥梁分类 多孔跨径总长多孔跨径总长L L（m m） 单孔跨径单孔跨径L Lk k（m m） 特大桥特大桥 L1000 LL1000 Lk k 150150 大桥大桥 100L 1000 40 L100L 1000 40 Lk k 150150 中桥中桥 30L100 20 L30L100 20 Lk k 4040 小桥小桥 8 L 30 5 L8 L 30 5 Lk k 2020 涵洞涵洞 桥梁分类桥梁分类 按跨径大小分类

17、按跨径大小分类 11 0 12 () iikjjk mn udGGQQCQQ ij SSSS 第第 个永久作用效应的分项系数；个永久作用效应的分项系数； 恒载：按教材页表恒载：按教材页表- -采用；采用； 其它见教材其它见教材104104页规定；页规定； i G i 11 0 12 () iikjjk mn udGGQQCQQ ij SSSS 第第 个永久作用效应的标准值；个永久作用效应的标准值； ik G Si 汽车荷载效应的分项系数，取汽车荷载效应的分项系数，取1.41.4； 1 Q 汽车荷载效应汽车荷载效应（含汽车冲击力含汽车冲击力、离心力）、离心力）的标准值；的标准值； 1k Q S

18、除汽车荷载外的其他第除汽车荷载外的其他第 个可变作用效应的分项系个可变作用效应的分项系 数，取数，取1.41.4；但风荷载取；但风荷载取. .； j Q j 除汽车荷载效应外的其他第除汽车荷载效应外的其他第 个可变作用效应的标个可变作用效应的标 准值；准值； jk Q Sj 11 0 12 () iikjjk mn udGGQQCQQ ij SSSS 除汽车荷载效应外的可变作用效应的组合系数；除汽车荷载效应外的可变作用效应的组合系数； C 当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用） 组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取

19、组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取 0.80.8； 当除汽车荷载外，尚有两种其他可变作用参与组合时，其当除汽车荷载外，尚有两种其他可变作用参与组合时，其 组合系数取组合系数取0.0.； 尚有三种其他可变作用参与组合时，其组合系数取尚有三种其他可变作用参与组合时，其组合系数取0.0.； 尚有种及多于种的可变作用参与组合时，其组合系数尚有种及多于种的可变作用参与组合时，其组合系数 取取0.0.； 偶然组合偶然组合 永久作用标准值效应永久作用标准值效应 + + 可变作用标准值效应可变作用标准值效应 + + 一种偶然作用标准值效应；一种偶然作用标准值效应； 偶然作用的分项系数取偶然作用

20、的分项系数取1.01.0； 与偶然作用同时出现的可变作用，取适当代表值；与偶然作用同时出现的可变作用，取适当代表值； 作用短期效应组合作用短期效应组合 永久作用标准值效应永久作用标准值效应 + + 可变作用频遇值效应可变作用频遇值效应 1 11 ikjk mn sdGjQ ij SSS 作用短期效应组合设计值；作用短期效应组合设计值； sd S 第第j j个可变作用的频遇值系数；个可变作用的频遇值系数； 汽车荷载（汽车荷载（不计冲击力不计冲击力）取）取0.70.7，人群荷载取，人群荷载取1 1，风荷载，风荷载 取取0.750.75，温度梯度作用取，温度梯度作用取0.80.8，其他作用取，其他作

21、用取1 1； 1j 第第j j个可变作用效应的标准值；个可变作用效应的标准值； jk Q S 作用长期效应组合作用长期效应组合 永久作用标准值效应永久作用标准值效应 + + 可变作用准永久值效应可变作用准永久值效应 2 11 ikjk mn ldGjQ ij SSS 作用长期效应组合设计值；作用长期效应组合设计值； sd S 第第j j个可变作用的准永久系数；个可变作用的准永久系数； 汽车荷载（汽车荷载（不计冲击力不计冲击力）取）取0.40.4，人群荷载取，人群荷载取0.40.4，风荷，风荷 载取载取0.750.75，温度梯度作用取，温度梯度作用取0.80.8，其他作用取，其他作用取1 1；

22、2 j 第第j j个可变作用效应的标准值；个可变作用效应的标准值； jk Q S 装配式钢筋混凝土简支装配式钢筋混凝土简支T梁荷载计算示例梁荷载计算示例 详见：详见：工程结构荷载与可靠度设计原理工程结构荷载与可靠度设计原理，李国强，李国强， 中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社 1 设计资料设计资料 桥面净空桥面净空 净净- -7+27+20.75m0.75m人行道人行道 主梁跨径主梁跨径 计算跨径计算跨径l=19.5ml=19.5m（支座中心距离）（支座中心距离） 汽车荷载：公路汽车荷载：公路- -级；人群荷载：级；人群荷载：3kN/m23kN/m2； 设计荷载设计荷载 混凝土：混凝土：C2

23、5C25 材料材料 极限状态法极限状态法 计算方法计算方法 采用采用5 5片主梁，片主梁，5 5根横梁根横梁 结构尺寸结构尺寸 计算方法参考计算方法参考桥梁工程桥梁工程； 主梁的横向分布系数主梁的横向分布系数 永久作用内力永久作用内力 A A结构重力：主梁、横隔板、人行道板及栏杆、桥面铺装结构重力：主梁、横隔板、人行道板及栏杆、桥面铺装 作用效应计算作用效应计算 平均每片梁的结构重力密度：平均每片梁的结构重力密度： 16.42kN/m16.42kN/m B B结构重力作用效应计算结构重力作用效应计算 2 主梁计算主梁计算 跨中弯矩：跨中弯矩： 四分点弯矩：四分点弯矩： 1/22 10 1/87

24、80.46 G k Mq lkN m 1/42 10 3/32585.35 G k Mq lkN m 可变作用内力（只计算可变作用内力（只计算1 1号梁）号梁） A A汽车荷载作用汽车荷载作用 车道集中力车道集中力 车道分布力车道分布力 a a 跨中跨中 b b 四分点四分点 c c 汽车荷载冲击系数计算汽车荷载冲击系数计算 2 4.326 2 c c EI fHz lm HzfHz145.1 5 180(360 180)238 505 k l PkN 10.5/ k qkN m /2 0 0.5 19.5 4.8754.8751659.33 l kk MqP /4 0 0.5 19.5 3.

25、663.661244.5 l kk MqP 0.1767ln0.01570.243f B B人群荷载作用人群荷载作用 a a 跨中跨中 b b 四分点四分点 作用效应组合作用效应组合 计算承载能力极限状态的作用效应组合计算承载能力极限状态的作用效应组合 计算正常使用极限状态的作用效应组合计算正常使用极限状态的作用效应组合 3 3、桥面板计算、桥面板计算 结构重力作用结构重力作用 每延米恒载每延米恒载 每米宽板条恒载内力每米宽板条恒载内力 /2 01 0.75 0.5 19.5 4.87565.77 l pQ Mq /4 01 0.75 0.5 19.5 3.6649.3 l pQ Mq 5.3

26、7/gkN m 10 5.37 0.713.8 G k Qgl 22 10 /25.37 0.71 /21.7 G k Mgl 汽车荷载作用汽车荷载作用 车辆荷载产生的内力车辆荷载产生的内力 悬臂根部，作用于每米宽板条上的弯矩悬臂根部，作用于每米宽板条上的弯矩 悬臂根部，作用于每米宽板条上的剪力悬臂根部，作用于每米宽板条上的剪力 作用效应的组合作用效应的组合 计算承载能力极限状态的作用效应组合计算承载能力极限状态的作用效应组合 计算正常使用极限状态的作用效应组合计算正常使用极限状态的作用效应组合 作用短期效应组合作用短期效应组合 作用长期效应组合作用长期效应组合 1 37.4 Q k MkN m 1 45.1 Q k QkN 111 1.70.7 37.4/1.24322.8 sdG kQ k MMM 111 3.80.7 45.1/1.24329.2 sdG kQ k QQQ 121 1.70.4 37.4/1.24313.7 ldG kQ k MMM 121 3.80.4 45.1/1.24318.3 ldG kQ k QQQ 作业作业 1 1- -简述公路桥梁汽车荷载的组成和取值；简述公路桥梁汽车荷载的组成和取值； 2 2- -桥梁荷载有哪些组合？桥梁荷载有哪些组合？