a桥梁的设计荷载及荷载组合.docx
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a桥梁的设计荷载及荷载组合
桥梁的设计荷载及荷载组合
桥乘的设计荷裁及荷載组仑
（1）
如图：
一、桥梁的设计荷載
选定荷載和进行荷裁分析是比结构分析更为重要的问题•因为它关系到桥梁结构在它的设计使用期限内的安全和桥梁建设费用的合理投资.近年来.由于交通*的不斷増加，大塑超更车辆的不断Hi现，风载、地廉布裁的更要性愈显夬出等，导致实际与可臆作用在桥梁絡构上的荷載越来越复杂，这就为桥梁荷载的选定和分析造成了困难，常因初始设计荷裁选定的滞后.而造成桥梁早期破坏或加固.
我国现行的公路桥涵设计通用规范（JTJ021-85）中.将作用在桥梁上的布裁分为三大类：
1.永久荷載（也載）在设计使用期内，其值不随时阿变化.或其交化与平均值相比可以忽略不计的荷載.它包括结构直力、预加应力.土的更力及侧压力.混凝土收缩及檢变影响力，基础变位影响力和水的浮力•
2.可交荷載（活載）在设计使用期内.其值随时何变化.且其变化与平均值相比不可忽略的荷載.按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本可变荷戟和其他可变荷载・基本可变荷載包括汽车荷戟及其引起的冲击力，平板挂车（或履借车）荷载，人群荷簌，离心力，以及所有车辆所引起的土侧压力。
其他可变荷载包括汽车制动力.风力.流水压力，冰压力.温丿度影响力和支座犀阻力.
3・偶然荷載在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的荷載，它包括船只或澳浮物據击力，地農作用.
下面具体讲述各种荷载的徹义：
（-＞永久荷徽
结构物的車力及桥面铺装、附属设备等外加重力均展结构重力，可按照结构的实际体积或设计时所假定的体积与材料密度计算.
作用在墩台上的土重力，土侧压力可参風《公路桥涌通用规范》（J1J0214J5）附录一、二和《公路桥涵地基与基础设计燥范》（JTJ024-85）附录二中规定计算•
对于预应力混凝土结构，预加应力在结构使用阶段设计时，应作为永久荷載计算其效应•计算时应考虑相应阶段的预应力损失：
在结构承觀能力极限状态设计时，预应力不作为荷越，而将预应力筋作为普通钢筋计入结构抗力.
混厳土收缩、徐变和基础变位将使超静定结构产生内力.这些力的计算可根据（公路桥涵過用規范》（JTJ021・85）中有关规定计算.
水的浮力对桥梁墩台的影响.当墩台位于透水性地基上时，验算城台的稳定性，应采用设计水位浮力，而验算地基应力时，仅考虑低水付时的浮力或不考恋水的浮力；当基砒嵌入不透水性地基上时.可不考虑水的浮力，当不能肯定地基是否是透水时.应以透水和不透水两种情况分别计算与其他荷報组合，取其量不利者.
可变荷裁
1.基本叮变荷裁
1）公路桥梁汽车荷載
（1）《公路桥涵通用規范〉（JTJ021-85）的规定：
该规范把大量、经常出現的汽车荷戟，作为设计荷戟：
把偶然，个别出现的平板挂车或履帝车作为验算荷戟.
汽车荷皺以汽车车队茨示，分为汽车小）级、汽车山级、汽车・20级、汽车•超20级四个等级。
车队的纵向排列和橫向布置如图1・5・1和图1・5・2所示.荷載级别的数字表示一辆主车的Si.以吨计•毎级车队中有一辆是重车，其的后都是主车，主车的数It在计算跨长内不限。
图1・5・1各级汽车的纵向排列（里力单位：
KN；尺寸单位：
m）
图1・5・2各级汽车的平面尺寸和橫向布置（尺寸单位：
m）
AIS]*]A"j血」&14丄丨上IA16]・4.卜・^15
tX车-lOfflt
吆车.ISSR
图151各级汽车的纵向排列（重力单位：
KN；尺寸单位：
m）
lOoa^zooiN汽车的平面尺寸
300kN汽车的平面尺习
550kN汽车的平面尺寸
横向布置
窗1-5-2各级汽车的平面尺寸和橫向布置（尺寸单位：
m）
验算荷载分为800KN.1000KN.和12OOKN平板挂车（简称挂车一80、挂车一100和挂车一120〉以及恳带5OOKN（简称履带-50）四种.其纵向排列和横向布置见图1-5-3.
（2）《公路工程技术标准〉（JTGB01-2003）的规定
2003年新颁布的《公路工程技术标准〉中对于车辆荷載进行了新的戏定：
取消挂车或履带车荷戟，同时将汽车荷戟分为公路一1级和公路一口级两个等级.其等级按照1-5-1确定.
汽车荷载由车道荷裁和车辆荷觀组成.车道荷裁由均布荷载和集中荷栽组成.桥梁结构的整体计算采用车道荷戟「桥梁结构的局部加載、涵湄、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。
车道衙裁与车辆荷我的作用不得叠加。
独车一120
图153平极车和履帝车荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：
KN;尺寸单位：
tn）
表1-5-1汽车荷载:
等级
公路等级
高速公路
—级公路
二額公路
三级公路
四级公路
汽车荷载等级
公路一I级
公路一I级
公路一II级
公路一II级
公路一II级
车逍荷載的计算图式如图1・5・J所示:
公路一I级车道荷載的均布荷載标准值为氷=W・5KN叫集中荷載标准值产2按以下规定选取：
桥涌计算跨径小于或尊于5m时.F歎=I沁预、
桥涵计算跨径大于或等于50m时，役=%°册；
P
桥涵计算跨径大于5m,小于50m时.亠貰采用直线内插求得。
计算剪力效应时.上述荷載标准值应乘以1.2的系数。
公路一11级车道荷載的均布荷微标准值彳&和集中荷叙标准值f•为公路一I级车道荷載的«.75倍。
车辆荷載「
公路一I级和公路一11级汽车荷载采用相同的车辆荷戟标准值.车辆荷戟布置如图1・5・5所示•其主要技术指标见表1・5・5・发1-5-2车辆衙載主要技术指标
车道荷裁横向分布稀疏，应按设计车道数如图1・5・6布置车辆荷载进行计算。
汽车外侧车轮的中线，离人行道或安全带边缘的距离不得小于0.5nu
图1・5・6乐辆荷紋懂向布置（尺寸单位：
m）
当桥梁横向布置车队数等于或大于2时，由于单向并行通过的机率较小，应考虑计算苟载效应的横向折减，但折减后的效应不得小于用两条设计车道的荷裁效应.一个蚕体结构上的计算衙娥横向折诚系数见农"3。
当桥梁计算跨径大于150m时，应按表1・5J考虫车道荷载的纵向折减。
桥梁为多跨连续结构时，整个结构应按最大计算跨径的纵向折减系数进行折
30120120140140
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2QJ
b）Tifii
图1-5-5车辆荷载布宣图（轴重力单位三KN;尺寸单位2m）
表1-5-2车痢荷载王要技术指标
项目
单位
技术指标
车朝重力标准值
KN
550
前轴重力标准值
KN
30
中轴重力标准值
KN
2x120
后轴重力标准值
KN
2x140
轴距
m
3+1.4+7+1.4
轮距
m
1.8
前轮着地宽度和长度
m
0.3x0.2
中后轮着地宽度和长度
m
06x0.21
车辆外形尺寸（长乂宽）
m
15x2.5
1.8
图1J.6年辆荷载横向布置（尺寸单位；m）
表153横向折减系数
横向布置车队数（条）
2
3
4
5
6
7
8
横向折减系数
1・00
0.78
0.67
0.60
0.55
0.52
0.50
表1-54纵向折减系数
计算跨径W
150<2^<400
400<^<600
600800<1000
扎>1000
纵向折减系数
0.97
0.96
CL95
0.94
0.93
（3）两种规范的比较
由上述两种规范对车辆荷载的规定，可以看出1985年的規定比较符合车辆实际行驶排列情况，而2003年的规范对于车辆荷裁从形式上不考虑挂车和眾带车荷載，同时汽车荷裁计算模式单一化.使得桥梁结构计算更为简便.
说明，在具体桥梁结构计•算时.车辆及人群荷裁等荷載布置以最新颁布的设计岌范为计算依据•
2）城市桥樂汽车衙载
我国建设部1998年制定了《城市桥乘设计荷款标准》（CJJ77-98）.该标准适用于城市内新建、改建的永久性桥梁与涵洞，高架道賂及承受机动车的结构物荷载设计•荷載采用两级荷籤标准，即城一A级、城一B级.城一A级总轴J&700KN,适用于快速路及主干路.城一B级荷載总轴S300KN,适用于次干路及支路。
标准中規定，在城市桥梁设计中，汽车荷載HI分为车辆荷載和车道荷裁.
车辆荷载主耍用于桥梁的橫隔梁，行车道板，桥台或挡土壇后土圧力的计算.
车道荷微主妥用于桥梁的主梁.主拱和主桁架等的计算。
当进行桥梁结构计算时不得将车辆荷戟与车道荷载的作用叠加.
（1）车辆荷載;
总重（700kK>
图1・5・7城・A级标准车辆纵、平面布置
城一八级和城一B级标准车辆，平血布置见图157及图1・5•札图1・5・7城小级标准午辆纵、平面布豐
图1・5・8城・B级标准车辆纵.平面布置
车轴编号1
23
4
5
轴篁（kN）60
140140
200
160
轮重（kN）30
7070
100
80
车轴编号
1
23
铀童CBcZ〉
60
120
120
绘IffCkN）
60
60
卷伍（3OOkN3
图1-5-8城・E级标准车辆纵、平面布置
（2）车道荷載:
城一・\级和城一B级车道荷敎应按均布荷載加•个集中荷載P计算•其纵横向布豐见（图l・5・9a.b）.图中•。
泌农示弯
矩效应计算时采用的均布荷誠标准值，9°表示剪力效应计算时采用的均布荷裁标准值•均布荷載和集中荷戟的标准值可按表1-5-5取值.
车道荷載的单向布載宽度应为3・伽，为简化桥梁横向影响拔的计算，车道荷載应按凤（图1-5-9c）所示的等效荷載车轮集中力形式布賈.
当设计车道数目大于2时，应计入车道的横向折碱系数・加叙车遵位置应选在结构能产生最不利的荷裁效应之处•
義15-5车道荷裁的均布荷戟和集中荷载标准
注：
在计算剪力时•当跨径大于20m小于150m,且车道敷等于或大于4条，城一A级，城一B级车道荷載应分别条以1.25,
1.3««|长系数•
「1.kq玄「上Q6
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（c）
图1-5-9车道荷载纵、横布置图
（a）
C.1Lr
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（c）
图1-5-9车道荷载纵、横布置图
表155车道荷载的均布荷载和集中礴标准
荷载霰
城一A级
城一B级
跨径（m）
车道荷载
车道荷裁
qirtqQ（KN/m）
P（KN）
qM（KN/m）
qQ（KN/m）
P（KN）
2W/W20
225
37.5
140
19.0
25.0
130
20
10.0
15.0
300
9.5
11.0
160
3＞人群荷戟
根据《公路工程技术标准》（JTGB01・2003）.设有人行道的公路桥梁.当用汽车荷裁计算时.应同时计入人行道上的人群荷載.
当桥梁跨径小于或等于50m时，人群荷載标准值为3.0KN/m2；当桥梁跨径等于或大于150m时.人群御栽标准值为2.5KN/m2：
桥涵计算跨径大于50m,小于150m时，可采用宜线内插求得.对于跨径不等的连续结构，采用最大计算跨径的人群荷裁标准值•城镶郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷戟标准值为上述标准值的1・15倍.专用人行桥梁.人群荷載标准值为3・5KN/H12。
城市桥梁在计算人行道板.局部构件的人群荷戟时，应按5KN/O12的均布荷戟或1.5KN的竖向集中力分别计算，取其不利者。
当计算梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载，需根据加載长度及人行道宽度来确定.参见《城市桥柬设计荷栽标准〉（CJJ力・98）,且在任何情况下不得小于2.4KN/m2.
在设计栏杆时，対于公路桥梁作用在栏杆立柱顶上的水平推力…般采用«.75KN/m；作用在栏杆扶手上的监向力…般釆用IKVm；对于城市桥樂由于人流量较大，作用在栏杆扶手上的活裁.其竖向活載采用l・2KN/m・水平向外荷裁采用l・0KN/nu两者应分别考虎，不得同时作用.
4）汽车冲击力
冲击作用车辆以一定速度在桥上行驶•由于桥面不平整，车轮不囲以及发动机抖动等原因，会使桥梁结构引起振动，致使桥梁产生的应力与变形比相应的静載引起的要大.这种由于布報的动力作用使桥梁发生振动而造成内力加大的现象称为冲击作用。
冲击系数鉴于目前对冲击作用还不能从理论上作出符合实际的箱确计算，一般根期在现代桥梁上所做的振动试验结果而近似地以汽车荷载增大系数.即冲击系数来计算荷裁的冲击影响。
1-5-6列出了公路钢筋混凝土和石砌桥梁的冲击系数值•
冲击系数1+卩是随跨径或荷载长度』的增大而减小的.当』在表列数值之间时，可用宜线内插法求得・
农1-5-6钢筋混凝土、浪凝土和砖石砌桥涵的冲击力
表1-5-6钢筋混凝土、混谶土和砖石砌桥涵的冲击力
结构种类
跨径或荷载长度！
结构种类
跨径或荷载长度
A
梁、刚架、拱上构造：
桩式或住武燼台；涵洞盖板
/<5
0.3
桥梁的主拱圈或拱肋
H2
/孑45
0
/>70
0
城巾桥梁U值可按下列公式计算：
对于车道荷載
_20
"各0+/（1-5-1）
式中：
跨径（m>,当!
时，丛=0.2；当!
=150ni时，P-=0.1o
对于车辆荷載
U=0.6686.0.30321og/（1-5-2）
但"的鼓大值不得超过（）・4。
鉴于结构物上填料能起缓冲和扩散的作用，故对于拱桥，涵洞及里力式墩台.当填料序度（包括路的厚度）等于或大于0・5m时，可不计冲击力•
5）离心力
C桥規》中規思当弯道桥的半径等于或小于25（）m时，应计算离心力•高心力为车辆荷戟（不计冲击力）乘以离心力系数C.离心力系数由下式计算：
C=ZL
127S（i-s-3）
式中「V——计算行车速度，应按桥梁所在路线等级的规定采用（Km/h）,
R——曲钱半径（m）.
在计算多车道的离心力时.应按表1・5・3橫向折减系数折减。
离心力的著力点在桥面以上l・2m（为计算简便也可移至桥血上.不计由此引起的力矩）•
6）车辆荷裁引起的土側压力
汽车引起的土压力.即是这些车辆荷载在桥台或挡土填后填土的被坏棱体上引起的土侧压力，可按換算的等代均布土层厚度来计算.具体办法见《公路桥涵设计邇用规范》（1985年）第2・3・6条规定。
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