第四章第四章 桥梁的设计作用（荷载）桥梁的设计作用（荷载）本章讲解内容要点：本章讲解内容要点：C作用的分类和作用代表值作用的分类和作用代表值C永久作用永久作用C可变作用可变作用C偶然作用偶然作用C作用效应组合作用效应组合第四章第四章 桥梁的设计作用（荷载）桥梁的设计作用（荷载） 作用作用(action)(action)所有引起结构反应的原因。所有引起结构反应的原因。引起结构外加变形、引起结构外加变形、约束变形的约束变形的原因，原因，如基础如基础变位、混凝土收缩和徐变，变位、混凝土收缩和徐变，温度变化等温度变化等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作作用用直接施加于结构上的外力，如直接施加于结构上的外力，如结构重力、车辆、人群等。结构重力、车辆、人群等。4.1.14.1.1作用分类：作用分类：作用代表值作用代表值作用标准值作用标准值作用频遇值作用频遇值作用准永久值作用准永久值仅针对可变作用仅针对可变作用针对所有作用针对所有作用针对不同设计目针对不同设计目的时所采用的作的时所采用的作用的规定值用的规定值不同情况下不同情况下的代表值的代表值“频繁出现频繁出现” 95%95%概率分位概率分位“经常出现经常出现” 50%50%概率分位概率分位作用频遇值作用频遇值作用准永久值作用准永久值“低折扣低折扣” 按标准值的按标准值的7 7折使用折使用“高折扣高折扣” 按标准值的按标准值的4 4折使用折使用4.1.24.1.2作用的代表作用的代表值设计基准期（设计基准期（Design reference period）简单地讲，简单地讲，它就是在确定某些作用它就是在确定某些作用(这些作用的最大值概率分布与这些作用的最大值概率分布与时间有关，如风荷载、车辆活载等时间有关，如风荷载、车辆活载等)的标准值时需要人的标准值时需要人为规定的一个基准时间参数。对桥梁结构，设计基准为规定的一个基准时间参数。对桥梁结构，设计基准期通长取期通长取100年。年。100年，与寿命的关系年，与寿命的关系4.1.24.1.2作用的代表作用的代表值永久作用永久作用标准值标准值 可变作用可变作用根据不同的极限状态和组合方式分别采用标准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。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正常使用状态按长期效正常使用状态按长期效应组合设计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偶然作用偶然作用标准值标准值 4.1.34.1.3作用代表作用代表值的取用的取用概念概念永久作用永久作用在结构使用期间，其在结构使用期间，其量值量值不随时不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。计的作用。位置、大小、位置、大小、 方向方向作作用用于于桥桥梁梁上上部部结结构构的的恒恒载载结结构构的的重重力力和和附附属属设设备备等等外加重力；外加重力； 作作用用在在桥桥梁梁下下部部结结构构的的恒恒载载由由支支座座传传递递的的上上部部结结构构的的重力、墩台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。重力、墩台本身的重力、土压力和水压（浮）力等。 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 土土的的重重力力及及土土侧侧压压力力计计算算涉涉及及结结构构型型式式、填填料料性性质质、墩墩台台位位移移和和地地基基变变形形，也也与与气气象象、水水文文和和外外加加荷荷载载等等因因素素有关有关 在进行桥梁结构在进行桥梁结构(尤其是新型结构尤其是新型结构)分析时，往往需要预分析时，往往需要预先估算恒载。通常，当估算的恒载与设计图完成后确定先估算恒载。通常，当估算的恒载与设计图完成后确定的恒载之间的差异较小的恒载之间的差异较小(例如，例如，不超过不超过3)时，不必修正时，不必修正设计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结设计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分析。构分析。 水水浮浮力力指指由由地地表表水水或或地地下下水水通通过过地地基基土土壤壤的的孔孔隙隙而而传传递递给给建建筑筑物物基基础础底底面面的的（由由下下而而上上的的）水水压压力力；对对位位于于碎碎石石类类土土、砂砂类类土土、粘粘砂砂土土等等透透水水性性地地基基上上的的墩墩台台，需在设计中考虑水浮力。需在设计中考虑水浮力。 对对于于预预应应力力混混凝凝土土桥桥梁梁，在在检检算算结结构构的的使使用用性性能能（如如混混凝凝土土应应力力）时时，预预加加应应力力当当视视为为恒恒载载；在在检检算算结结构构的的承承载载能能力力（如如抗抗弯弯强强度度）时时，预预加加应应力力不不作作为为恒恒载载，但但把把预预应应力力钢钢筋筋视视为为结结构构抗抗力力的的一一部部分分，但但在在连连续续梁梁等超静定结构中，仍需考虑其次效应。等超静定结构中，仍需考虑其次效应。 在在外外部部超超静静定定的的混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构中中，混混凝凝土土收收缩缩、徐徐变变影影响响力力是是长长期期存存在在并并起起作作用用的的。基基础础变变位位一一旦旦发发生生，其对结构的影响也是长期的。其对结构的影响也是长期的。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。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。位于水中的构造均会受到水的浮力作用位于水中的构造均会受到水的浮力作用水的浮力水的浮力预应力预应力概念概念可变作用可变作用在结构使用期间，其在结构使用期间，其量值量值随时间随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。用。位置、大小、位置、大小、 方向方向2007-12-27 一、汽车荷载一、汽车荷载 车辆活载指桥梁承受的机动交通活载。对铁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、路桥，指列车活载；对公路桥，指汽车、挂车、履带车等。车辆荷载的种类繁多，因此，需要履带车等。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，并按照对车辆荷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，确定出设计采用的安全、适用和经济的原则，确定出设计采用的标准活载。标准活载。 对对于于不不包包括括冲冲击击效效应应的的车车辆辆活活载载，可可称称之之为为静活载静活载。 汽车荷载等级汽车荷载等级公路公路I级、公路级、公路 II级级 汽车荷载由汽车荷载由车道荷载车道荷载和和车辆荷载车辆荷载组成，两者的作用不组成，两者的作用不得叠加（取加载不利者）得叠加（取加载不利者） 车道荷载车道荷载：均布荷载集中荷载，用于桥梁结构的整：均布荷载集中荷载，用于桥梁结构的整体计算体计算 加载加载：均布荷载满布于同号影响线区域，集中荷载只：均布荷载满布于同号影响线区域，集中荷载只作用在相应影响线中的一个最大峰值处作用在相应影响线中的一个最大峰值处一、汽车荷载一、汽车荷载一、汽车荷载一、汽车荷载一、汽车荷载一、汽车荷载一、汽车荷载一、汽车荷载公路一公路一I I级和公路一级和公路一级汽车级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准荷载采用相同的车辆荷载标准值值 车辆荷载用于桥梁结构的车辆荷载用于桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台等局部加载、涵洞、桥台等 21 公路公路II级级公路公路II级级公路公路II级级公路公路I级级公路公路I级级汽车荷载等级汽车荷载等级四级公路四级公路三级公路三级公路二级公路二级公路一级公路一级公路高速公路高速公路公路等级公路等级一、汽车荷载一、汽车荷载各级公路桥涵的汽车荷载等级各级公路桥涵的汽车荷载等级对双车道以上的公路桥，需要考虑汽车对双车道以上的公路桥，需要考虑汽车荷载的荷载的多车道横向折减多车道横向折减。 横向折减的含义横向折减的含义是：在多车道（或多线）桥梁上行驶的汽是：在多车道（或多线）桥梁上行驶的汽车荷载使桥梁结构产生某种最大作用效应车荷载使桥梁结构产生某种最大作用效应时，不同车道上的汽车荷载同时处于最不时，不同车道上的汽车荷载同时处于最不利位置的可能性大小。显然，车道数越多，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）可能性（即同时出现最不利加载的几率）越小。但在桥梁设计中，为方便计，各个越小。但在桥梁设计中，为方便计，各个车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置的，因此，就应根据上述可能性的大小对的，因此，就应根据上述可能性的大小对总的汽车荷载（或其作用效应）进行折减。总的汽车荷载（或其作用效应）进行折减。一、汽车荷载一、汽车荷载车道荷载的加载倍数由设计车道数决定车道荷载的加载倍数由设计车道数决定行车道一、汽车荷载一、汽车荷载0.93L0 10000.94800 L0 10000.95600 L0 8000.96400 L0 6000.97150 L0400纵向折减系数纵向折减系数计算跨径计算跨径L0（m）一、汽车荷载一、汽车荷载大跨径公路桥梁上的车道荷载，还应考虑纵向折减。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。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，需对汽车荷载情况就会逐步缓解。因此，需对汽车荷载( (或其效应或其效应) )按跨度按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于150m150m时，应按上时，应按上表进行纵向折减。对多跨连续结构表进行纵向折减。对多跨连续结构( (如连续梁桥如连续梁桥) )，按主跨进，按主跨进行全桥折减。行全桥折减。 一、汽车荷载一、汽车荷载加载就是按最不利原则布置标准活载，通过结构分析加载就是按最不利原则布置标准活载，通过结构分析计算桥梁活载效应（内力、应力和位移、变形等）的计算桥梁活载效应（内力、应力和位移、变形等）的最不利值。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，加载为荷载集度与同号区段影并加载。对均布荷载，加载为荷载集度与同号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。响线纵坐标值的乘积。 对公路车道荷载，布载时，应将其中的均布荷载标准对公路车道荷载，布载时，应将其中的均布荷载标准值（任意长度，任意截取）满布于使结构产生最不利值（任意长度，任意截取）满布于使结构产生最不利效应的同号影响线区段上，而集中荷载标准值只布置效应的同号影响线区段上，而集中荷载标准值只布置在相应影响线中的一个最大影响线峰值处。在相应影响线中的一个最大影响线峰值处。 对公路车辆荷载，则使用轮系荷载直接加载并通过试对公路车辆荷载，则使用轮系荷载直接加载并通过试算的方法找出最不利值。算的方法找出最不利值。 一、汽车荷载一、汽车荷载汽汽车车荷荷载载以以一一定定的的速速度度在在桥桥上上行行驶驶时时，会会使使桥桥梁梁发发生生振振动动，产产生生动动力力作作用用。这这种种动动力力作作用用会会使使桥桥梁梁的的内内力力和和变变形形较较静静活活载载作作用用时时大大。这这种种现象就称之为现象就称之为冲击作用冲击作用。 冲击作用的大小采用冲击作用的大小采用冲击力冲击力来加以衡量。来加以衡量。 冲冲击击力力与与结结构构的的刚刚度度有有关关（刚刚度度越越小小，对对动动荷荷载载的的缓缓冲冲作作用用越越强强），目目前前根根据据结结构构动动力力学学及及桥梁动载试验结果提出的桥梁动载试验结果提出的近似计算公式近似计算公式。 在在设设计计中中，引引入入冲冲击击系系数数 。冲冲击击力力标标准准值值等等于汽车荷载标准值乘以冲击系数于汽车荷载标准值乘以冲击系数 。二、冲击力二、冲击力 冲冲击击力力受受线线路路状状态态( (如如道道路路不不平平顺顺) )、车车辆辆类类型型( (如如机机车车的的偏偏心心轮轮作作用用) )以以及及桥桥梁梁结结构构形形式式等等因因素素的的综综合合影影响响，目目前前还还难难以以在在设设计计中中精精确确考考虑虑。通通常常的的做做法法是是，在在桥桥梁梁动动载载试试验验的的基基础础上上提提出出近近似似计计算算公公式式，把把动动力力问问题题简化成静力问题来处理。简化成静力问题来处理。二、冲击力二、冲击力 桥梁结构的基频桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。桥梁结构之间的关系。 不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。基本相同的冲击系数。二、冲击力二、冲击力 新的新的 通用规范通用规范JTG D60JTG D60规定，汽车荷载冲击力应按下列规定规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算：计算： 1 1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构钢桥、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，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。应计算汽车的冲击作用。 2 2 填料厚度（包括路面厚度）等于或大于填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m0.5m的拱桥、涵洞的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。以及重力式墩台不计冲击力。 3 3 支座的冲击力，按相应的桥梁取用。支座的冲击力，按相应的桥梁取用。 4 4 汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 5 5 冲击系数冲击系数可按下式计算：可按下式计算： 当当 HzHz时，时， =0.05=0.05 当当1.5Hz 14Hz1.5Hz 14Hz时，时，=0.1767ln=0.1767lnf f0.0157 0.0157 当当 HzHz时，时， =0.45=0.45 式中，式中， f 为结构基频（为结构基频（HzHz）。）。 6 汽车荷载的局部加载及在汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数梁、箱梁悬臂板上的冲击系数: 采用采用=1.3。 二、冲击力二、冲击力公公路路桥桥梁梁的的人人群群荷荷载载集集度度：3kN/m2（L0 50m）， 2.5kN/m2（L0150m），其其间间线线性性内内插插；城城市市郊郊区区行行人人 密密 集集 地地 区区 取取 上上 述述 值值 的的 1.15倍倍 ； 专专 用用 人人 行行 桥桥 取取3.5kN/m2。 人人行行道道板板还还应应以以4kN/m2 （公公）的的荷荷载载进进行行检检算算，人人群群作作用用于于栏栏杆杆上上的的水水平平推推力力按按0.75kN/m考考虑虑，作作用用于于立立柱和扶手的竖向力按柱和扶手的竖向力按1.0kN/m考虑。考虑。 三、人群荷载三、人群荷载 离离心心力力是是指指车车辆辆行行驶驶在在曲曲线线线线路路上上时时，因因速速率率方方向向变变化化而而引引起起的的横横向向水水平平力力。当当曲曲线线半半径径等等于于或或小小于于250m时时，应应计计算算汽汽车车荷荷载载引引起起的的离离心心力力。离离心心力力的的大大小小等等于于车车辆辆活活载载（不不计计冲冲击击力力）乘乘以以离离心心力力系系数数C，C值值按按下式计算下式计算 式中式中 V设计行车速度（设计行车速度（km/h）；）； R曲线半径（曲线半径（m）。）。 离离心心力力的的着着力力点点在在桥桥面面以以上上1.2m处处（公公路路桥桥）或或轨轨顶顶面上面上2m处（铁路桥）。处（铁路桥）。四、离心力四、离心力当风以一定速度运动并受到桥梁阻碍时，桥梁就承受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。对大跨度的斜拉桥、悬索桥以及高耸的桥塔到风压。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。和桥墩等，尤其如此。 顺风向风压和横风向风压顺风向风压和横风向风压 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 五、风荷载五、风荷载汽汽车车制制动动力力是是指指车车辆辆在在制制动动时时为为克克服服车车辆辆的的惯惯性性力力（或或阻阻力力）而而在在路路面面与与车车轮轮之之间间发发生生的滑动摩擦力。的滑动摩擦力。 制制动动力力是是墩墩台台设设计计的的重重要要荷荷载载，是是作作用用在在桥桥上的纵向水平力。上的纵向水平力。 一个设计车道上的制动力为车道荷载标准值一个设计车道上的制动力为车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的在加载长度上计算的总重力的10%，但公路，但公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN；公路；公路级不小于级不小于90kN。同向行。同向行驶双车道：两倍；同向行驶三车道：驶双车道：两倍；同向行驶三车道：2.34倍；倍；同向行驶四车道：同向行驶四车道：2.68倍。倍。 六、汽车制动力六、汽车制动力七、温度作用七、温度作用温度作用指因温度的变化而引起的结构变形和附温度作用指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。加力。温度的变化可分为温度的变化可分为: :( (年平均年平均) )均匀温度变化均匀温度变化和和梯度温度梯度温度( (温差温差) )两种情两种情况：况：前者表示结构整体在一年中的温度变化；前者表示结构整体在一年中的温度变化；后者表示结构截面上的不同点或不同材料之间的后者表示结构截面上的不同点或不同材料之间的温度差异，即沿横截面竖向、横向的温度梯度。温度差异，即沿横截面竖向、横向的温度梯度。超超静静定定结结构构存存在在多多余余约约束束，热热胀胀冷冷缩缩将将产产生生内内力力或支座反力。或支座反力。静静定定和和超超静静定定结结构构，由由于于结结构构不不同同部部位位温温度度不不同同，内部将产生温差力。内部将产生温差力。 七、温度作用七、温度作用由日照、骤冷等天气情况引起的温差，则对静定或超静由日照、骤冷等天气情况引起的温差，则对静定或超静定的桥梁结构，均可能会产生附加力。例如，由于材料导热定的桥梁结构，均可能会产生附加力。例如，由于材料导热性的差异，在由混凝土桥面板和钢梁组成的简支结合梁中，性的差异，在由混凝土桥面板和钢梁组成的简支结合梁中，会因温差在截面土产生附加应力会因温差在截面土产生附加应力均均匀匀温温度度的的取取值值，可可按按桥桥梁梁所所在在地地区区的的气气温温条条件件( (一一般般取取当当地最高和最低月平均气温地最高和最低月平均气温) )确定确定；均匀温度的变化值，均匀温度的变化值，应自结构合龙时的温度算起。应自结构合龙时的温度算起。 例例如如，若若桥桥位位处处最最高高和和最最低低月月平平均均气气温温分分别别为为+40+40C C和和0 0C C，而而架架梁梁或或结结构构合合龙龙时时的的温温度度为为+20+20C C，则则均均匀匀温温度度的的变变化化幅幅度度为为4040C C，而而用用于于计计算算温温度度作作用用效效应应的的均均匀匀温温度度值值为为+20+20C C。 对公路桥，计算由温度梯度引起的温度作用效应时对公路桥，计算由温度梯度引起的温度作用效应时: :竖向温度梯度竖向温度梯度: :可可采用图所示的曲线采用图所示的曲线; ;不计及横向温度梯度作用不计及横向温度梯度作用: :考虑到结构两侧腹板外的悬臂板较考虑到结构两侧腹板外的悬臂板较长，腹板受太阳直接辐射较少，梁底始终不受日照。长，腹板受太阳直接辐射较少，梁底始终不受日照。 七、温度作用七、温度作用图中图中: :T T1 1表示桥面板表面的温度表示桥面板表面的温度; ;T T2 2表示桥面板表面下表示桥面板表面下100mm100mm处的温度处的温度( (它们它们的取值依据桥面铺装类型而定的取值依据桥面铺装类型而定););H H为梁高，为梁高，A A为对应温度梯度曲线上零点与为对应温度梯度曲线上零点与T T2 2间的的结间的的结构高度构高度( (按结构类型及梁高取值，例如，当按结构类型及梁高取值，例如，当混凝土结构的梁高大于或等于混凝土结构的梁高大于或等于400mm400mm时，取时，取A=300mm)A=300mm)；t t为结合梁中混凝土桥面板的厚度。为结合梁中混凝土桥面板的厚度。 位于河流中的桥墩会受到流水压力的作用。通常，桥墩位于河流中的桥墩会受到流水压力的作用。通常，桥墩上游上游迎水一侧会形成高压区迎水一侧会形成高压区, ,下游一侧会形成低压区。下游一侧会形成低压区。这种前后压力这种前后压力差便构成水流对桥墩的压力。差便构成水流对桥墩的压力。流水压力标准值与桥墩的截面形状、表面粗糙率、水流流速流水压力标准值与桥墩的截面形状、表面粗糙率、水流流速和形态等有关，其计算公式为和形态等有关，其计算公式为: : 八、八、流水流水压力、冰力、冰压力和支座摩阻力力和支座摩阻力位位于于冰冰凌凌河河流流或或水水库库的的桥桥梁梁墩墩台台，应应根根据据当当地地冰冰凌凌的的具具体体条条件件及墩台的结构型式，考虑冰荷载的作用。及墩台的结构型式，考虑冰荷载的作用。冰荷载可分为以下几种：冰荷载可分为以下几种：河流流冰河流流冰( (因顺流而下、撞击桥墩而因顺流而下、撞击桥墩而) )产生的动压力；产生的动压力；由由于于风风及及水水流流作作用用于于( (常常在在水水库库内内形形成成的的) )大大面面积积冰冰层层产产生生的的静压力；静压力；冰覆盖层受温度影响膨胀冰覆盖层受温度影响膨胀( (且受到约束且受到约束) )时产生的静压力；时产生的静压力；冰堆整体推移产生的静压力冰堆整体推移产生的静压力( (与大面积冰层的情况类似与大面积冰层的情况类似) )；冰层因水位升降产生的竖向作用力。冰层因水位升降产生的竖向作用力。 桥桥梁梁结结构构受受冰冰部部位位宜宜采采用用实实体体结结构构。对对位位于于强强烈烈流流冰冰河河流流中中的桥墩，其迎冰面宜做成圆弧形、多边形或尖角。的桥墩，其迎冰面宜做成圆弧形、多边形或尖角。 影影响响冰冰压压力力的的自自然然因因素素众众多多且且试试验验资资料料欠欠缺缺 ,应结合工程具体分析!八、八、流水流水压力、冰力、冰压力和支座摩阻力力和支座摩阻力支座上的摩阻力是因上部结构由温度等引起的变位而产支座上的摩阻力是因上部结构由温度等引起的变位而产生的，其作用方向与上部结构的变位方向相反，作用点生的，其作用方向与上部结构的变位方向相反，作用点在支座处，计算公式为：在支座处，计算公式为： 式式中中:W:W作作用用于于活活动动支支座座上上由由上上部部结结构构重重力力产产生生的的效效应应( (对对直直桥桥，指竖向反力；对弯桥，指竖向反力；对弯桥， 还包括径向反力还包括径向反力) )； 支支座座的的摩摩擦擦系系数数，其其根根据据支支座座种种类类取取值值；例例如如，对对直直接接与混凝土面接触的板式橡胶支座，与混凝土面接触的板式橡胶支座， =0.30=0.30。八、八、流水流水压力、冰力、冰压力和支座摩阻力力和支座摩阻力44 八、八、流水流水压力、冰力、冰压力和支座摩阻力力和支座摩阻力八、八、流水流水压力、冰力、冰压力和支座摩阻力力和支座摩阻力概念概念偶然作用偶然作用在结构使用期间出现的概率很小，在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。地地震震力力由由于于地地震震波波在在土土中中传传播播，使使震震区区发发生生地地面面运运动动；桥桥梁梁墩墩台台首首先先受受到到外外加加的的强强迫迫运运动动，并并导导致致整整个个桥桥梁梁的的振振动动。所所谓谓地地震震力力，主主要要指指强强烈烈的的地地面面运运动动引引起起的的结结构构自自身身的的惯惯性性力力（加加速速度度与与质质量量的的乘乘积积）。它它不不仅仅地地面面运运动动的的强强烈烈程程度度有有关关，也也与与结结构构的的自自身身动动力力特特性性（频频率率和和振振型型）有有关关，还与桥梁所在处的地质情况有关。还与桥梁所在处的地质情况有关。 船只或漂流物的撞击力船只或漂流物的撞击力 汽车的撞击作用汽车的撞击作用 一、偶然作用（荷载）的分类：一、偶然作用（荷载）的分类：* * 地震区桥梁的设计计算，必须考虑地震力地震区桥梁的设计计算，必须考虑地震力(earthquake force(earthquake force) )。* * 地震力的计算涉及地震理论、结构动力学、工地震力的计算涉及地震理论、结构动力学、工程地质等多方面的知识。程地质等多方面的知识。* * 详细计算方法和结构抗震设计可参见详细计算方法和结构抗震设计可参见公路工公路工程抗震设计规范程抗震设计规范(JTJ004)(JTJ004)和和铁路工程抗震设计铁路工程抗震设计规范规范(GBJ111)(GBJ111)。地震作用分地震作用分竖直方向竖直方向和和水平方向水平方向，经验表明地震，经验表明地震的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构抗震验的水平运动是导致结构破坏的主要因素。结构抗震验算时一般只考虑水平地震作用。算时一般只考虑水平地震作用。 地震波传播地震波传播震区地面运动震区地面运动桥梁基础受到强迫运动桥梁基础受到强迫运动桥梁振动。桥梁振动。地震力：指强烈的地面运动引起的结构自身的惯性力地震力：指强烈的地面运动引起的结构自身的惯性力( (地面水平运地面水平运动加速度与结构质量的乘积动加速度与结构质量的乘积) )。 它不仅与地面运动的强烈程度有关，也与结构的动力特性它不仅与地面运动的强烈程度有关，也与结构的动力特性( (频率频率和振型和振型) )有关，还与桥址处的地质情况有关。有关，还与桥址处的地质情况有关。 汶川大地震共造成汶川大地震共造成24条高速公路受损，条高速公路受损，161条国省条国省干线受损，干线受损，8618条乡村公路受损，条乡村公路受损，6140座桥梁受座桥梁受损，损，156条隧道受损。条隧道受损。1.撞击力计算撞击力计算 在通行船舶或有漂流物的河流中，河中墩台需要考虑船舶或漂流物的撞击力(collision impact)。 船舶或漂流物与桥梁结构的碰撞过程十分复杂，其与碰撞时的环境因素(风浪、气候、水流等)、船舶特性(类型、尺寸、速度、装载情况、船体强度和刚度等)、桥梁结构特性(尺寸、形状、材料、质量和抗力等)等有关。公路桥梁规范按照公路桥梁规范按照“静力法静力法”，并依据，并依据20042004年版年版内河内河通航标准通航标准(GB50139)(GB50139)： 给出了一至七级内河航道上、不同吨位的船舶可能产给出了一至七级内河航道上、不同吨位的船舶可能产生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值。生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值。 对近海通行海轮区域的船舶对近海通行海轮区域的船舶( (吨级从吨级从300050000t)300050000t)产产生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值，则是根据国内外生的横桥向和顺桥向撞击作用标准值，则是根据国内外研究成果，并经综合分析比较确定的。研究成果，并经综合分析比较确定的。 当桥墩配置了防撞设施时，可不计撞击作用。当桥墩配置了防撞设施时，可不计撞击作用。 1954年年9月月1971年第二座桥开通年第二座桥开通1987年年4月新桥开通月新桥开通1980年年5月月9号被一空货轮号被一空货轮撞击，死撞击，死35人人防撞措施防撞措施Sunshine Skyway Bridge, FL USA2.防撞措施（消能及阻尼作用）防撞措施（消能及阻尼作用）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进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。用效应组合，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 1.1.组合中的相关术语解释组合中的相关术语解释 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 三种设计状况：三种设计状况： 持久状况持久状况 指桥涵使用过程中长期承受结构重力、汽车荷载等作用的指桥涵使用过程中长期承受结构重力、汽车荷载等作用的状况。在该状况下，应进行承载能力和正常使用极限状态设计。状况。在该状况下，应进行承载能力和正常使用极限状态设计。 短暂状况短暂状况 指桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。在该状况下，指桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。在该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，必要时才进行正常使用极限状态仅要求进行承载能力极限状态设计，必要时才进行正常使用极限状态设计。设计。 偶然状况偶然状况 指桥涵使用过程中可能偶然遭受的地震等状况。在该状况指桥涵使用过程中可能偶然遭受的地震等状况。在该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，不需要进行正常使用极限状下，仅要求进行承载能力极限状态设计，不需要进行正常使用极限状态设计。态设计。持久状况持久状况短暂状况短暂状况偶然状况偶然状况运营阶段运营阶段施工阶段施工阶段偶然情况偶然情况B.B.设计的状况设计的状况 1.1.组合中的相关术语解释组合中的相关术语解释 在按持久状况承载能力极限状态设计时，按照结构可能破坏的严重程度，在按持久状况承载能力极限状态设计时，按照结构可能破坏的严重程度，将公路桥涵划分为三个设计安全等级，根据不同等级，拟定相应的结构重将公路桥涵划分为三个设计安全等级，根据不同等级，拟定相应的结构重要性系数与作用效应组合值相乘。要性系数与作用效应组合值相乘。 C.C.结构重要性系数结构重要性系数1.1.组合中的相关术语解释组合中的相关术语解释 以标准跨径确定以标准跨径确定D.D.作用效应作用效应作用标准值效应作用标准值效应作用频遇值效应作用频遇值效应作用准永久值效应作用准永久值效应作用设计值效应作用设计值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作用效应（作用效应（Effect of an action）结构对所受作用的反应，如结构对所受作用的反应，如弯矩、位移等（通过结构分析得到）弯矩、位移等（通过结构分析得到） 作用效应设计值（作用效应设计值（Design value of an action effect）作用标作用标准值效应与准值效应与分项系数分项系数的乘积。的乘积。 分项系数（分项系数（Partial safety factor）为保证结构具有规定的可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，分为作用分项系数和抗力靠度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。分项系数。 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；，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。抗力分项系数是隐式的，包含在材料强度取值中。 1.1.组合中的相关术语解释组合中的相关术语解释 作用效应基本组合（作用效应基本组合（Fundamental combination for action effects）承载能力极限状态设计时，永久作用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设计值效应与可变作用设计值效应的组合 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的组合 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，永久作用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标准值效应与可变作用频遇值效应的组合 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标准值效应与可变作用准永久值效应的组合2. 作用效应组合的不同方法作用效应组合的不同方法0 0结构重要性系数，结构重要性系数，1.1,1.0,0.9 S Sudud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设计值 GiGi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 SGik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 Q1Q1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 SQ1k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 c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 QjQj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个可变作用效应的分项系数个可变作用效应的分项系数 SQjk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.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作用分项系数作用分项系数 Qj=1.4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 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 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 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 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）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 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） 第三项：第三项：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） 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作用效应组合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一、作用分为哪几类？是怎样划分的，各有哪些？一、作用分为哪几类？是怎样划分的，各有哪些？二、公路车道荷载需要进行横向和纵向折减，为什二、公路车道荷载需要进行横向和纵向折减，为什么？么？三、解释冲击力及冲击系数的含义。三、解释冲击力及冲击系数的含义。四、某二级公路桥为四、某二级公路桥为4040 m m简支梁简支梁，桥面宽，桥面宽18m18m（2*1m2*1m人行道人行道+16m+16m行车道）行车道），试确定其车道荷载，试确定其车道荷载中中P PK K、q qK K的取值，并画出汽车荷载纵向（计算跨中最的取值，并画出汽车荷载纵向（计算跨中最大弯矩）及横向的布置图。并确定车道折减系数的取大弯矩）及横向的布置图。并确定车道折减系数的取值。值。五五、解释作用、作用标准值、作用效应、作用效应、解释作用、作用标准值、作用效应、作用效应组合等专业名词的含义。组合等专业名词的含义。六、作用效应组合的基本原则是什么？六、作用效应组合的基本原则是什么？思考题思考题