第三章第三章第三章第三章 设计荷载设计荷载设计荷载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 可变作用可变作用第四节第四节 偶然作用偶然作用第第五节五节 作用效应组合作用效应组合 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按作用的性质，可为两类：按作用的性质，可为两类： 一一类类是是直直接接施施加加于于结结构构上上的的外外力力，如如结结构构重重力力、车辆、人群等，称为车辆、人群等，称为“荷载荷载”(Load)； 另另一一类类不不是是以以力力的的形形式式施施加加于于结结构构，其其产产生生的的效效果果与与结结构构本本身身的的特特性性及及结结构构所所处处环环境境等等有有关关，如如基基础础变变位位、混混凝凝土土收收缩缩和和徐徐变变，温温度度变变化化等等,以以前前习习惯上也称其为惯上也称其为“荷载荷载”，但这种叫法并不确切，但这种叫法并不确切.作用效应作用效应(effect of an action):(effect of an action): 结构对所受作用的反应，如构件承受的弯矩、结构对所受作用的反应，如构件承受的弯矩、剪力，结构的位移等，称为作用效应。剪力，结构的位移等，称为作用效应。 本章主要介绍各类作用的基本概念和计算方法本章主要介绍各类作用的基本概念和计算方法. . 实际设计时作用的取值按实际设计时作用的取值按: : 铁路桥涵设计基本规范铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1(TB10002.12005) ) 公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范(JTG D60(JTG D602004)2004)的规定办理。的规定办理。 对对城城市市桥桥梁梁，其其荷荷载载标标准准与与公公路路桥桥梁梁类类似似，可可参参阅阅城市桥梁设计荷载标准城市桥梁设计荷载标准(CJJ77)(CJJ77)。第一节第一节第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值公路桥梁的作用,按其随时间变化的性质，分为: 永久作用(permanent action) 可变作用(variable action) 偶然作用(accidental action)永久作用: 习惯上称为恒载(deadload)，是指在设计基准期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用，如结构重力。可变作用: 指在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比有不可忽略的作用，如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载，live load)。偶然作用: 指在设计基准期内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用，如地震力。第一节第一节第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值铁路桥梁:习惯于按作用性质和发生的几率来进行分类，将桥梁作用分为: 主力(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)、 附加力(对应于不包含在主力中的其他的可变作用) 特殊荷载(对应于偶然作用)。 我国公路、铁路桥梁的设计作用(荷载)分类分别见表31和表32。比较两表，尽管公路、铁路规范对各种作用的分类及名称有所不同，但基本上大同小异。表表表表3 31 1 公路桥梁作用分类表公路桥梁作用分类表公路桥梁作用分类表公路桥梁作用分类表第一节第一节第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值需要注意的是需要注意的是: : 有些作用是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、牵有些作用是设计铁路桥所特有的，如列车横向摇摆力、牵引力等；引力等； 有些作用仅在一本规范中列出，如公路规范中的支座摩阻有些作用仅在一本规范中列出，如公路规范中的支座摩阻力，但在按另一本规范设计桥梁时，可视情况加以采用。力，但在按另一本规范设计桥梁时，可视情况加以采用。 另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁路另外，在设计公铁两用桥时，目前的设计实践是：在铁路荷载的基础上，增加公路桥全部活载的荷载的基础上，增加公路桥全部活载的7575；但对仅承受公路；但对仅承受公路活载的构件，应计及全部公路活载。活载的构件，应计及全部公路活载。第一节第一节第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值 作作用用代代表表值值: :代代表表作作用用大大小小的的数数值值,它它采采用用数数理理统统计计的的方方法法或根据工程经验加以确定。或根据工程经验加以确定。在进行桥梁结构或构件设计时，需针对不同设计目的采用规定的各种作用值。作用代表值包括作用作用代表值包括作用标准值、频遇值和准永久值。标准值、频遇值和准永久值。 作用标准值作用标准值: :为各种作用的基本代表值，其值可根据作用为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率分布的某一分位值确定。在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。 作用频遇值作用频遇值: :是可变作用的一种代表值，其可根据在足够是可变作用的一种代表值，其可根据在足够长的观测期内作用任意时点概率分布的长的观测期内作用任意时点概率分布的0.950.95分位值确定。分位值确定。 作用准永久值作用准永久值: :是可变作用的另一种代表值，其可根据在是可变作用的另一种代表值，其可根据在足够长的观测期内作用任意时点概率分布的足够长的观测期内作用任意时点概率分布的0.5(0.5(或略高于或略高于0.5)0.5)分位值确定。分位值确定。第一节第一节第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值 我国我国公路桥涵基于极限状态法，公路桥涵基于极限状态法，设计时对不同的作设计时对不同的作用采用不同的代表值。用采用不同的代表值。对永久作用和偶然作用，采用标对永久作用和偶然作用，采用标准值。对可变作用，根据不同的极限状态和组合方式采准值。对可变作用，根据不同的极限状态和组合方式采用标准值、频遇值或准永久值。用标准值、频遇值或准永久值。 我国我国铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，铁路桥梁设计规范仍基于容许应力法，其各类荷其各类荷载的代表值载的代表值相当于上述标准值，没有规定频遇值和准永相当于上述标准值，没有规定频遇值和准永久值。久值。第一节第一节第一节第一节 作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用分类和作用代表值作用的分类不是绝对的作用的分类不是绝对的! !例例如如，铁铁路路钢钢梁梁桥桥的的水水平平联联结结系系( (见见第第六六章章) )主主要要承承受受风风力力和和制制动动力力，在在设设计计水水平平联联结结系系时时，就就该该视视风风力力和和制制动动力力为为活活载载而而非非附加力。附加力。设计基准期设计基准期(design reference period)(design reference period) 简单地讲，它就是在确定某些作用简单地讲，它就是在确定某些作用( (这些作用的最大值这些作用的最大值概率分布与时间有关，如风荷载、车辆活载等概率分布与时间有关，如风荷载、车辆活载等) )的标准值时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，设计基准需要人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100100年。年。注意注意! 设计基准期设计基准期使用寿命。使用寿命。第二节第二节第二节第二节 永久作用永久作用永久作用永久作用永永久久作作用用：亦称恒载，在设计基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比忽略不计的作用。其作用位置、大小和方向一般是固定不变的其作用位置、大小和方向一般是固定不变的.永永久久作作用用包包括括：结构自重、桥上附加恒载（桥面、人行道及附属设备）、作用于结构上的土重及土侧压力、基础变位影响力、水浮力、混凝土收缩和徐变的影响力等。结构重力的标准值，结构重力的标准值，可按结构构件的设计尺寸和材料的重可按结构构件的设计尺寸和材料的重力密度计算确定。力密度计算确定。 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的先估算恒载。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恒载之间的差异较小(例如，不超过例如，不超过3)时，不必修正设计；时，不必修正设计；否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分析。否则有必要按设计图重新计算恒载，再次进行结构分析。 土压力土压力(earth pressure)(earth pressure)按其产生的条件，分为按其产生的条件，分为: : 静止土压力静止土压力 主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力 桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算桥梁下部结构设计时主要用到前两者。土的侧压力计算涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与水文涉及结构型式、填料性质、墩台位移和地基变形，也与水文和外加荷载等因素有关。和外加荷载等因素有关。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递给建筑物基础底面的( (由下而上的由下而上的) )水压力，其水压力，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。值等于建筑物所排开的同等体积的水重。 一般，位于岩石地基上的基础被认为是不渗一般，位于岩石地基上的基础被认为是不渗水的，可不计水浮力；对位于碎石类土、砂类土、水的，可不计水浮力；对位于碎石类土、砂类土、黏砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑黏砂土等透水性地基上的墩台，需在设计中考虑水浮力水浮力 预加应力(对于预应力结构对于预应力结构) 按正常使用极限状态设计时：按正常使用极限状态设计时：预加应力属永久作用； 按承载能力极限状态设计时：按承载能力极限状态设计时：预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分。但在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属永久荷载。规范未作明确说明。混凝土收缩混凝土收缩(shrinkage)(shrinkage)及徐变及徐变(creep)(creep)作用作用 对外部超静定的混凝土桥梁结构以及钢一混组合桥梁对外部超静定的混凝土桥梁结构以及钢一混组合桥梁结构，混凝土收缩结构，混凝土收缩(shrinkage)(shrinkage)及徐变及徐变(creep)(creep)作用是长期作用是长期存在的。存在的。 混凝土徐变影响的计算可依据混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力与徐变变形混凝土应力与徐变变形呈线性关系的假定进行分析。呈线性关系的假定进行分析。 混凝土收缩系数和徐变系数的确定，混凝土收缩系数和徐变系数的确定，按照按照公路钢筋公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)(JTG D62-2004)和和铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)(TB 10002.3-2005)中的规定计算。中的规定计算。 基础变位基础变位 对超静定桥梁结构，由于地基压密等原因，对超静定桥梁结构，由于地基压密等原因，其墩台基础可能发生变位其墩台基础可能发生变位( (沉降沉降) )。基础变位对。基础变位对结构的影响也是长期的，其作用效应可依据工结构的影响也是长期的，其作用效应可依据工程实际情况，按最终位移量分析计算。程实际情况，按最终位移量分析计算。 第三节第三节第三节第三节 可变作用可变作用可变作用可变作用可可变变作作用用指在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化与平均值相比有不可忽略的作用，如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载，live load)一、车辆活载一、车辆活载车辆活载指桥梁承受的机动荷载。车辆活载指桥梁承受的机动荷载。 对铁路桥，指列车；对铁路桥，指列车； 对公路桥，主要指汽车。对公路桥，主要指汽车。 车车辆辆活活载载的的种种类类繁繁多多，因因此此，需需要要对对车车辆辆活活载载进进行行调调查查分分析析和和综综合合概概括括，并并按按照照安安全全、适适用用和和经经济济的的原原则则，制制订出设计采用的标准值。订出设计采用的标准值。 1 列车活载列车活载n列车由机车和车辆组成，机车和车辆类型很多，轴重、轴距各异。n为规范设计，我国根据机车车辆轴重、轴距对桥梁不同影响及考虑车辆的发展趋势，制定了中华人民共和国铁路标准活载图式。n（简称“中中活载活载”）n中中活载活载160km/h、200km/hnZK活载活载250km/h、300km/h以上高速桥规桥规规定：规定：v加载时，标准活载计算图式可任意截取加载时，标准活载计算图式可任意截取v双线桥跨：两线活载之和的双线桥跨：两线活载之和的90%90%v横向稳定检算：空车横向稳定检算：空车+ +最大横向风力为最不利，最大横向风力为最不利，空车活载标准值为空车活载标准值为10kN/m10kN/m“ZK活载活载”分分标准活载标准活载和和特种活载特种活载高速暂行规定高速暂行规定：v加载时，标准活载计算图式可任意截取加载时，标准活载计算图式可任意截取v单线或双线桥跨：各线均应计入单线或双线桥跨：各线均应计入ZKZK活载作用。活载作用。v多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：多于双线桥跨：应按下列最不利情况考虑：1 1）按双线在最不利位置承受）按双线在最不利位置承受ZKZK活载，其余线路不承受活载，其余线路不承受列车荷载；列车荷载；2 2）所有线路在最不利位置承受）所有线路在最不利位置承受7575的的ZKZK活载。活载。v空车活载按空车活载按10kN/m10kN/m计算。计算。“ZK活载活载”分分标准活载标准活载和和特种活载特种活载桥桥梁梁标标准准活活载载的的等等级级或或类类型型，应应根根据据桥桥梁梁所所在在线线路路的的等等级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定。级、使用任务、性质和将来的发展等具体情况确定。 对对标标准准轨轨距距(1435mm)(1435mm)的的干干线线铁铁路路，采采用用中中一一活活载载( (本本书讨论者书讨论者) )； 对对地地方方窄窄轨轨( (轨轨距距762mm)762mm)铁铁路路，规规定定了了与与中中一一活活载载形形状类似但数值大幅减小的活载图式；状类似但数值大幅减小的活载图式； 对对专专用用铁铁路路( (如如矿矿区区铁铁路路桥桥梁梁) )，其其活活载载图图式式需需结结合合具体情况确定。具体情况确定。 对于不包括冲击效应对于不包括冲击效应( (后述后述) )的列车竖向活载，称之为的列车竖向活载，称之为静活载。静活载。1 汽车荷载汽车荷载 - -旧公路规范旧公路规范旧公路规范旧公路规范19891989版版版版q 设计荷载设计荷载大量、经常出现的汽车荷载，以车队形式排列。汽10级、汽15级、汽20级、汽超20级 验算荷载验算荷载偶然、个别出现的平板挂车或履带车。挂80、挂100、挂120、履带50n原公路桥涵结构设计采用的车辆荷载标准模式是根据20世纪60年代我国公路交通荷载的实际情况，经过相当长时期的分析、研究和修正确定的。从近40年的应用情况看，标准（97）车辆荷载的模式及其分级基本上是合理的，能适应我国公路建设发展的需要，但也存在一些不尽合理之处，如采用车队荷载模式在桥涵结构设计时计算非常繁琐、车队荷载在不同跨径的结构上产生的效应的连贯性不够合理、标准荷载的级差不尽合理等，同时，采用车队荷载模式，容易造成设计采用的车辆荷载是实际运营中允许如此载质量的车辆在公路上行驶的错误观念。1 汽车荷载汽车荷载 - -新公路规范新公路规范新公路规范新公路规范 通用规范通用规范通用规范通用规范JTG D62JTG D62规定规定规定规定1 1 汽车荷载分为公路汽车荷载分为公路I I级和公路级和公路IIII级两个等级。级两个等级。 2 2 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。 3 3 桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的整体计算采用车道荷载； 4 4 桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载，等的计算采用车辆荷载，车辆荷载与车道荷载的作用不得车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。叠加。新规范新规范新规范新规范 车道荷载的计算图式车道荷载的计算图式车道荷载的计算图式车道荷载的计算图式 公路公路I I级车道荷载的均布荷载标准值为级车道荷载的均布荷载标准值为: : =10.5kN/m =10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取：；集中荷载标准值按以下规定选取： 桥梁计算跨径小于或等于桥梁计算跨径小于或等于5m5m时，时， =180kN=180kN； 桥梁计算跨径等于或大于桥梁计算跨径等于或大于50m50m时，时， =360kN=360kN； 桥桥梁梁计计算算跨跨径径在在5m50m5m50m之之间间时时， 值值采采用用直直线线内内插插求得。求得。 计计算算剪剪力力效效应应时时，上上述述集集中中荷荷载载标标准准值值 应应乘乘以以1.21.2的系数。的系数。 公路公路IIII级车道荷载的均布荷载标准值级车道荷载的均布荷载标准值 和集中和集中荷载标准值荷载标准值 按公路按公路I I级车道荷载的级车道荷载的0.750.75倍采用。倍采用。 车道荷载的均布标准值应满布于使结构产生最不车道荷载的均布标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。相应影响线中一个最大影响线峰值处。公路一公路一I I级和公路一级和公路一级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值 3 3车辆活载折减车辆活载折减 多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减。 横向折减的含义是：在多车道横向折减的含义是：在多车道(或多线或多线)桥梁上行驶的车辆活载使桥梁结构桥梁上行驶的车辆活载使桥梁结构产生某种最大作用效应时，不同车道上的车辆活载同时处于最不利位置的产生某种最大作用效应时，不同车道上的车辆活载同时处于最不利位置的可能性大小。显然，车道数越多，可能性可能性大小。显然，车道数越多，可能性(即同时出现最不利加载的几率即同时出现最不利加载的几率)越小。越小。 当桥涵设计车道数当桥涵设计车道数2 2时，汽车荷载产生的效应时，汽车荷载产生的效应 应该应该按规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减后按规定的多车道横向折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。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，采用了自然堵塞的车间间距；在确这是因为：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。但对大跨径桥梁，随着跨定荷载大小时，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情况就会逐步缓解。因此，需对汽车径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐步缓解。因此，需对汽车荷载荷载( (或其效应或其效应) )按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于150m150m时，应按表时，应按表3.53.5进行纵向折减。对多跨连续结构进行纵向折减。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。 对铁路桥梁，仅考虑横向折减。对铁路桥梁，仅考虑横向折减。双双线线桥桥的的主主要要构构件件，用用于于设设计计的的双双线线活活载载应应取取两两线线标标准准活活载之和的载之和的9090( (相当于横向折减系数取相当于横向折减系数取0.9);0.9);三线及三线以上者应取各线标准活载之和的三线及三线以上者应取各线标准活载之和的8080；对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。对仅承受局部活载的构件则不考虑折减。4 4 车辆活载的加载车辆活载的加载 加加载载就就是是按按最最不不利利原原则则布布置置标标准准活活载载，通通过过结结构构分分析析计计算算桥桥梁梁活活载载效效应应( (内内力力、应应力力和和位位移移、变变形形等等) )的的最不利值。最不利值。 对对公公路路桥桥梁梁的的车车道道荷荷载载，布布载载时时，应应将将其其中中的的均均布布荷荷载载标标准准值值( (任任意意长长度度，任任意意截截取取) )满满布布于于使使结结构构产产生生最最不不利利效效应应的的同同号号影影响响线线区区段段上上，而而集集中中荷荷载载标标准准值值只布置在相应影响线中的一个最大影响线峰值处。只布置在相应影响线中的一个最大影响线峰值处。 对对公公路路桥桥梁梁中中的的车车辆辆荷荷载载和和铁铁路路桥桥梁梁中中的的中中一一活活载载，则则使使用用轮轮系系荷荷载载直直接接加加载载并并通通过过试试算算的的方方法法找找出出最最不不利值。利值。 对对中中一一活活载载，当当采采用用手手工工计计算算时时，直直接接使使用用轮轮系系荷荷载载加加载载较较为为繁繁琐琐，可可采采用用等等代代荷荷载载( (或或称称换换算算均均布布荷荷载载) )取而代之。取而代之。 等等代代荷荷载载与与标标准准活活载载的的加加载载效效应应相相等等，即即指指对对结结构构或或构构件件的的某某一一单单符符号号影影向向线线，取取标标准准活活载载按按最最不不利利加加载载求求得得的的数数值值，等等于于该该影影响响线线的的面面积积与与对对应应的的等等代代荷荷载载的的乘积。乘积。 等等代代荷荷载载的的大大小小与与荷荷载载类类型型、影影响响线线的的形形状状和和加加载载长长度度有有关关。具具体体数数值值及及加加载载规规定定可可查查阅阅有有关关规规范范和和设设计计手册。手册。二二 冲击力冲击力 车辆以一定速度过桥时，由于动力影响，桥梁实际产生的活载应力和变形大于按活载静重计算所得的结果，这种动力效应常称为冲击作用。 为简化设计，引入冲击系数(大于1)来反映车辆活载的动力影响(即采用静力学的方法，用冲击系数乘以车辆重力)。 YdmaxYdmax在在车车辆辆过过桥桥时时测测得得的的效效应应时时间间历历程程曲曲线线上上，最最大大静静力力效效应应处处量取的最大静力效应值；量取的最大静力效应值；YjmaxYjmax在在效效应应时时间间历历程程曲曲线线上上最最大大静静力力效效应应处处量量取取的的最最大大动动力力效效应应值。值。 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。 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简化化成成静静力力问题来处理。问题来处理。 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计算：规定，汽车荷载冲击力应按下列规定计算： 1 1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢桥、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，应计算钢支座、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。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、涵洞以及的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。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=0.3。 计算冲击力引起的连续梁正弯矩效应和剪力效应时，采用f1；计算负弯矩效应时，采用f2 。 也也可可根根据据桥桥梁梁结结构构的的刚刚度度来来确确定定冲冲击击力力。一一般般而而言言，桥桥梁梁跨跨径径越越大大、刚刚度度越越小小，结结构构对对动动荷荷载的缓冲作用越强，即冲击作用越弱。载的缓冲作用越强，即冲击作用越弱。 因因此此，可可以以近近似似认认为为冲冲击击力力与与计计算算跨跨径径成成反反比。此方法计算简便，但不尽合理。比。此方法计算简便，但不尽合理。 v现行铁路规范铁路桥动力系数现行铁路规范铁路桥动力系数 1+ 简支或连续钢桥跨结构和钢墩台简支或连续钢桥跨结构和钢墩台 钢与钢筋混凝土板构成的结合梁钢与钢筋混凝土板构成的结合梁 v现行铁路规范铁路桥动力系数现行铁路规范铁路桥动力系数 1+钢钢筋筋混混凝凝土土的的、混混凝凝土土的的、石石砌砌的的桥桥跨跨结结构构及及涵涵洞洞、刚刚架架桥桥，其其顶顶上上填填土土厚厚度度1.0m（从从轨轨底底算算起起）时时不不计计冲击力。当小于冲击力。当小于1.0m时时 空腹式钢筋混凝土拱桥的拱圈和拱肋空腹式钢筋混凝土拱桥的拱圈和拱肋三三 人群荷载人群荷载 铁铁路路桥桥梁梁的的人人行行道道以以通通行行巡巡道道和和维维修修人人员员为为主主，一一般般行行人人不不多多。对对明明桥桥面面的的人人行行道道，考考虑虑到到有有时时需需在在其其上上放放置置枕枕木木、钢钢轨轨和和工工具具，取取竖竖向向静静活活载载为为4kN/m4kN/m2 2。对对于于道道碴碴桥桥面面，规规定定距距离离梁梁中中心心2.45m2.45m以以内内的的人人行行道道，取取10kN/m10kN/m2；距距离离梁梁中中心心2.45m2.45m以外的人行道，取以外的人行道，取4kN4kNm m2 2。 设设计计主主梁梁时时，人人行行道道竖竖向向静静活活载载不不与与列列车车活活载载同同时时计计算算，但但对对特特殊殊情情况况( (如如为为城城镇镇居居民民通通行行而而加加宽宽了了人人行行道道) )，两两者者需需同时考虑，此时人行道活载值可按实际情况确定。同时考虑，此时人行道活载值可按实际情况确定。 当当桥桥梁梁计计算算跨跨径径小小于于或或等等于于50m50m时时，公公路路桥桥梁梁人人群群荷荷载载的的标标准值为准值为3.0kN/m3.0kN/m2 2z z； 当桥梁计算跨径等于或大于当桥梁计算跨径等于或大于150m150m时，为时，为3.5kN/m3.5kN/m2 2； 当当桥桥梁梁计计算算跨跨径径在在50-150m50-150m时时，按按线线性性内内插插得得到到人人群群荷荷载载标标准值。准值。 对连续结构，以主跨为准。对连续结构，以主跨为准。 对对位位于于城城镇镇郊郊区区行行人人密密集集地地区区的的公公路路桥桥，人人群群荷荷载载标标准准值值取取上述规定值的上述规定值的1.151.15倍。倍。 对人行桥，人群荷载标准值为对人行桥，人群荷载标准值为3.5kN3.5kNm m2 2。 城市桥梁要按城市桥梁要按城市桥梁设计荷载标准城市桥梁设计荷载标准(CJJ77)(CJJ77) 人人行行道道( (钢钢筋筋混混凝凝土土) )板板还还应应以以4.0kN4.0kNm m2 2( (公公路路桥桥) )或或1.5kN(1.5kN(铁铁路桥路桥) )的荷载进行检算，的荷载进行检算， 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0.75kN0.75kNm m考考虑虑，作作用用于于立立柱柱和扶手的竖向力按和扶手的竖向力按1.0kN1.0kN考虑。考虑。四四 离心力离心力 车车辆辆在在曲曲线线上上运运行行产产生生离离心心力力。公公路路桥桥上上离离心心力力较较小小，当曲线半径等于或小于当曲线半径等于或小于250m时，才考虑离心力的作用。时，才考虑离心力的作用。离心力等于车辆荷载（不计动力效应）乘以离心力等于车辆荷载（不计动力效应）乘以离心力系数离心力系数(率率)离心力系数离心力系数(率率)对铁路荷载C不应大于0.15。离心力作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m五五 风荷载风荷载 当当风风以以一一定定速速度度运运动动并并受受到到桥桥梁梁阻阻碍碍时时，桥桥梁梁就就承承受受到到风风压压。因因此此，桥桥梁梁结结构构设设计计时时，应应考考虑虑风风荷荷载载(wind (wind load)load)。对对大大跨跨度度的的斜斜拉拉桥桥、悬悬索索桥桥以以及及高高耸耸的的桥桥塔塔和和桥桥墩墩等，尤其如此。等，尤其如此。 风压分顺风向和横风向。风压分顺风向和横风向。 顺风向的风压可视为顺风向的风压可视为平均风压或脉动风压平均风压或脉动风压。 采采用用静静力力学学方方法法简简化化计计算算平平均均风风压压对对结结构构的的影影响响，是是桥桥梁梁设设计计的的常常规规做做法法；对对脉脉动动风风压压，往往往往需需按按结结构构( (随随机机) )振振动理论进行分析。动理论进行分析。五五 风荷载风荷载 横桥向风荷载的大小是横桥向风荷载的大小是风压风压与结构迎风面积的乘积。与结构迎风面积的乘积。 但但风风压压与与风风速速及及空空气气重重力力密密度度有有关关，而而风风速速受受到到地地理理位位置、地形条件、地面粗糙程度、高度等因素的影响。置、地形条件、地面粗糙程度、高度等因素的影响。 公路规范规定：取平坦空旷地面、离地面公路规范规定：取平坦空旷地面、离地面10m10m高、重现期为高、重现期为100100年的年的10min10min平均最大风速，为桥梁所在地区的设计基本风速，记为平均最大风速，为桥梁所在地区的设计基本风速，记为V V1010( (单位：单位：m/s)m/s)，该风速可按规范取值并经实地调查核实后采用。注意，该风速可按规范取值并经实地调查核实后采用。注意V V1010是根据离地是根据离地面面10m10m高处的数据经统计得到的，高处的数据经统计得到的，在实用中，根据结构计算高度修正在实用中，根据结构计算高度修正 , ,高高度度Z Z处的设计基准风速记为处的设计基准风速记为V Vd d(m/s)(m/s)， k2 考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数；按地表状况，地面粗糙度分为A、B、C、D四类(例如，B类对应的地表状况为田野、乡村、丛林及低层建筑物稀少地区，对山间盆地、谷地或峡谷、山口等特殊地形，也按B类取值)，梯度风则反映出风速随高度变化的特征；由于受地面摩擦的影响，气流贴近地面运动时的速度会降低，离地面越高，受影响越小，故k2随离地面高度的增加而增大；k5阵风风速系数，对A、B类地表，其取值为1.38；对C、D类地表为1.7。基本风压基本风压W0设计基准风压设计基准风压Wd风荷载标准值风荷载标准值设计基准风速设计基准风速K0-K0-设计风速重现期换算系数，设计风速重现期换算系数，因重现期长短与基本风压有关，故该系数体因重现期长短与基本风压有关，故该系数体现出构的重要性；对于单孔跨径指标为特大桥和大桥的桥梁现出构的重要性；对于单孔跨径指标为特大桥和大桥的桥梁( (见表见表1.1)1.1)，取，取1.01.0；对其他桥梁，取；对其他桥梁，取0.900.90；对正在施工的桥梁，取；对正在施工的桥梁，取0.750.75；当桥梁位于台风；当桥梁位于台风多发地区时，可根据实际情况适当提高多发地区时，可根据实际情况适当提高k0k0值；值；K1-K1-风载阻力系数，风载阻力系数，该系数反映出风压与结构本身的体型、尺寸比的关系；该系数反映出风压与结构本身的体型、尺寸比的关系；其值主要随构件其值主要随构件( (桁架、桥墩和桥塔桁架、桥墩和桥塔) )的截面类型和尺寸等而变；的截面类型和尺寸等而变；K3-K3-地形、地理条件系数；地形、地理条件系数；该系数反映出风压随地形、地理条件的不同而变该系数反映出风压随地形、地理条件的不同而变化的特征；对一般地区，取化的特征；对一般地区，取1.01.0；对山间盆地或谷地，取；对山间盆地或谷地，取0.750.750.850.85；对峡；对峡谷口或山口，取谷口或山口，取1.201.201.41.4。 对于顺桥向的风荷载，对于顺桥向的风荷载，规定如下：规定如下： 对下承式桁架桥，风荷载标准值按其横对下承式桁架桥，风荷载标准值按其横桥向风压的桥向风压的4040乘以桁架迎风面积计算；乘以桁架迎风面积计算； 对桥墩，按其横桥向风压的对桥墩，按其横桥向风压的7070乘以桥乘以桥墩迎风面积计算；墩迎风面积计算； 对于斜拉桥、悬索桥的桥塔，按其横桥对于斜拉桥、悬索桥的桥塔，按其横桥向风压乘以桥塔迎风面积计算。向风压乘以桥塔迎风面积计算。 对比上述计算，铁路桥梁的风荷载计算大体相对比上述计算，铁路桥梁的风荷载计算大体相同，但相对简单同，但相对简单基本风压值基本风压值v桥规规定，取平坦空旷地区、离地面高10m、重现期为100年的10min的平均最大风速计算基本风压强度。v铁路横向风荷载标准强度计算公式：vK1风荷载阻力系数；K2阵风分布系数vK3地形、地理条件系数六六 车辆制动力和车辆制动力和(列车列车)牵引力牵引力 n制动力制动力 是车辆减速或制动时的惯性力。方向：方向：与行车方向一致。n牵引力牵引力 是车辆起动或加速时车辆与路面（或钢轨）间作用的摩阻力。 方向：方向：与行车方向相反。n作用点：作用点：铁路轨顶以上2m，公路桥面以上1.2m。n但在计算墩台时移至支座中心处，不计因此而产生的竖向力和力矩。对铁路桥，规定列车制动力或牵引力按作用在桥跨范围对铁路桥，规定列车制动力或牵引力按作用在桥跨范围内的列车竖向静活载的内的列车竖向静活载的1010计算，但当其与离心力或冲计算，但当其与离心力或冲击力同时计算时，则按列车竖向静活载的击力同时计算时，则按列车竖向静活载的7 7取值。取值。对双线桥，只采用一线的制动力或牵引力；对双线桥，只采用一线的制动力或牵引力；对三线或三线以上的桥，只采用二线制动力或牵引力；对三线或三线以上的桥，只采用二线制动力或牵引力；对多线桥，在计算制动力或牵引力不考虑列车活载的横对多线桥，在计算制动力或牵引力不考虑列车活载的横向折减。向折减。 公路只考虑制动力公路只考虑制动力 汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载( (不计冲击力不计冲击力) )计算，并计算，并考虑纵向折减，以使桥梁墩台产生最不利纵向力的方式进行加载考虑纵向折减，以使桥梁墩台产生最不利纵向力的方式进行加载. . 一一个个车车道道上上的的制制动动力力标标准准值值按按加加载载长长度度范范围围内内车车道道荷荷载载总总重重力力的的1010计计算算，但但公公路路一一I I级级汽汽车车荷荷载载的的制制动动力力标标准准值值不不得得小于小于165kN165kN；公路一公路一级者级者不得小于不得小于90kN90kN。 当当车车道道增增多多时时，也也需需要要采采用用类类似似于于横横向向折折减减的的办办法法，对对制制动力进行折减。动力进行折减。 对对同同向向行行驶驶双双车车道道桥桥( (包包括括双双向向4 4车车道道桥桥) )，制制动动力力标标准准值值为为按按一一个个设设计计车车道道计计算算结结果果的的两两倍倍；同同向向行行驶驶三三车车道道者者为为一一个个设设计车道的计车道的2.342.34倍；同向行驶四车道者为一个设计车道的倍；同向行驶四车道者为一个设计车道的2.682.68倍。倍。 关关于于制制动动力力在在支支座座或或墩墩台台间间的的传传递递与与分分配配，规规范制订出若干具体规定。范制订出若干具体规定。 基本原则是：基本原则是： 对刚性墩台，制动力全部由固定支座承担；对刚性墩台，制动力全部由固定支座承担； 对对设设有有板板式式橡橡胶胶支支座座的的刚刚性性墩墩台台，按按跨跨径径两两端端支支座的抗推刚度进行分配；座的抗推刚度进行分配； 对对设设有有板板式式橡橡胶胶支支座座的的柔柔性性墩墩台台，按按支支座座与与墩墩台台刚度集成方法进行传递和分配。刚度集成方法进行传递和分配。 n温度作用指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。温度作用指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。 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) )两种情况：两种情况： 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温度差异，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。即沿横截面竖向、横向的温度梯度。n 超静定结构存在多余约束，热胀冷缩将产生内力或支座反力。超静定结构存在多余约束，热胀冷缩将产生内力或支座反力。n 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，内内部部将将产产生生温差力。温差力。 七七 温度作用温度作用对静定结构对静定结构: : 均匀温度作用通常只会导致结构的伸长或缩短，不产均匀温度作用通常只会导致结构的伸长或缩短，不产生温度附加力；生温度附加力；超静定结构超静定结构: : 由于气温变化引起的变形受到约束，导致结构中产生由于气温变化引起的变形受到约束，导致结构中产生相应的附加力。相应的附加力。 由日照、骤冷等天气情况引起的温差，则对静定或超由日照、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，由于材静定的桥梁结构，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，会因温差在截面土产生附加应力。结合梁中，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( (一一般般取当地最高和最低月平均气温取当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+40C+40C和和0C0C，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+20C+20C，则则均均匀匀温温度度的的变变化化幅幅度度为为40C40C，而而用用于于计计算算温温度度作作用用效效应应的均匀温度值为的均匀温度值为+20C+20C。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: :可可采用图采用图3 37 7所示的曲线所示的曲线; ;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，梁底始终不悬臂板较长，腹板受太阳直接辐射较少，梁底始终不受日照。受日照。 图中图中: :T1T1表示桥面板表面的温度表示桥面板表面的温度; ;T2T2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( (它们的取值依据桥面铺装类型而定它们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T2T2间间的的结构高度的的结构高度( (按结构类型及梁高取按结构类型及梁高取值，例如，当混凝土结构的梁高大于值，例如，当混凝土结构的梁高大于或等于或等于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。 图37所示的为结构表面正温差(升温)的情况，将其乘以-0.5，就得到负温差(降温)时的竖向温度梯度曲线。 铁路桥关于温度计算的规定与公路桥铁路桥关于温度计算的规定与公路桥大体大体相同。相同。 在在20002000年版年版铁路桥涵设计基本规范铁路桥涵设计基本规范和和铁路铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范中，中，分别给出了分别给出了“钢筋混凝土、混凝钢筋混凝土、混凝 土、砌石矩形截面土、砌石矩形截面杆件计算温度图解杆件计算温度图解”和和“混凝土箱梁温差应力计算混凝土箱梁温差应力计算”，用以确定构件的计算温度和梯度温度引起的应力。用以确定构件的计算温度和梯度温度引起的应力。 八八 列车横向摇摆力列车横向摇摆力 由于轨道不平整等原因，列车在行进中会发生左右由于轨道不平整等原因，列车在行进中会发生左右摇摆摇摆( (蛇形运动蛇形运动) )，产生横桥向的水平力。，产生横桥向的水平力。横向摇摆力横向摇摆力(swaying force)(swaying force)较难准确计算，现规定较难准确计算，现规定: : * *按同一方向作用于轨顶面，数值为按同一方向作用于轨顶面，数值为5.5kN5.5kNm m。 * *空车时不考虑列车的横向摇摆力。空车时不考虑列车的横向摇摆力。 * *横向摇摆力应与横向风荷载进行比较，取其大者参横向摇摆力应与横向风荷载进行比较，取其大者参与荷载组合。与荷载组合。 * * 对高速铁路桥梁，主要采用一个对高速铁路桥梁，主要采用一个100kN100kN的移动集中的移动集中力作用于轨顶。力作用于轨顶。九九 流水压力和冰压力流水压力和冰压力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，桥墩上游迎水一侧会形成高压区上游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。这种前后压力差便构成水流对桥墩的压力。这种前后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，其计算公式为流流速和形态等有关，其计算公式为: : 因流水压力分布可近似假定为倒三角形，故其着力点在设计水位以下因流水压力分布可近似假定为倒三角形，故其着力点在设计水位以下1 13 3水深处水深处 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条件及墩台的结构型式，考虑冰荷载的作用。体条件及墩台的结构型式，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静压力；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的桥墩，其迎冰面宜做成圆弧形、多边形或尖角。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!十十 支座摩阻力支座摩阻力 支支座座上上的的摩摩阻阻力力是是因因上上部部结结构构由由温温度度、制制动动力力、顺顺桥桥向向风风力力、混凝土收缩等引起的变位而产生的混凝土收缩等引起的变位而产生的.其作用方向其作用方向与上部结构的变位方向相反与上部结构的变位方向相反;作用点作用点在支座处在支座处;计算公式计算公式为为: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，=0.300.30。