桥梁工程 bridge engineering

《桥梁工程》 by rkang

桥梁工程Bridge Engineering

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桥梁工程

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教学内容：

3.3 偶然荷载

3.4 荷载组合

3.2 可变荷载

第 3 章桥梁设计荷载

3.1 永久荷载


桥梁设计荷载

桥梁设计荷载

《公路桥涵设计通用规范》主要修订内容1 、极限状态：明确了公路桥涵结构应进行承载能力极限承载能力极限

状态状态和正常使用极限状态正常使用极限状态设计，并引入了结构设计的持久状况持久状况、短暂状况短暂状况和偶然状况偶然状况三个设计状况。

2 、组合方式：修改了公路桥涵结构设计的作用效应的组合方式及其组合系数，引入了作用的短期效应组合短期效应组合和长期效应组合长期效应组合，并提出了各种可变作用短期效应组合时的频遇值系数频遇值系数和长期效应组合时的准永久值系数准永久值系数。

3 、安全等级安全等级及其重要性系数重要性系数：引入了公路桥涵设计的安全等级及其重要性系数，以桥涵结构破坏可能产生的后果严重程度的不同采用不同的重要性系数，使结构的设计更趋合理。


桥梁的设计与规划


JTG D60-2004 修订的具体内容摘录

1.0.1 为统一公路桥涵设计技术标准，贯彻国家有关法规和公路技术政策，使公路桥涵设计符合技术先进、安全可靠、适用技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理耐久、经济合理的要求，制定本规范。

1.0.5 …… 还应按照美观和有利环保美观和有利环保的原则进行设计……。1.0.10 特殊大桥宜进行景观设计景观设计1.0.6 公路桥涵结构的设计基准期为 100 年。

设计基准期：与使用寿命的概念不同，指荷载和作用在某一时间与使用寿命的概念不同，指荷载和作用在某一时间段变化的参考坐标段变化的参考坐标。使用寿命与结构使用状况、环境有关，综合评价较难。建筑结构实行质量终生制，但判断体系未完全建立，如无裂缝的定量评价等。




JTG D60-2004 修订的具体内容摘录

4.1.1 公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用、偶永久作用、可变作用、偶然作用然作用三类。

引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为两类：一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施加于结构上的，可用“荷载荷载”概括。

另一类不是一外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处的环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩徐变、温度变化等，它们是间接作用间接作用于结构的。

国际上普遍将所有引起结构反应的原因统称为“作用”“作用”，而“荷载”“荷载”仅限于施加于结构上的直接作用。


桥梁设计荷载

桥梁设计荷载


编号荷载分类荷载名称1

永久荷载（恒载）

结构重力2 预加应力3 土的重力及土侧压力4 混凝土收缩徐变影响力5 基础变位影响力6 水的浮力7

可变荷载基本可变荷载

（活载）

车道荷载8 汽车冲击力9 离心力

10 汽车引起的土侧压力11 人群12 车辆荷载

荷载分类表（公路、城市桥梁）


桥梁设计荷载

桥梁设计荷载



可变荷载其他可变荷载

风力14 汽车制动力15 流水压力16 冰压力17 温度影响力18 支座摩阻力19

偶然荷载地震力

20 船只或漂流物撞击力

荷载分类表（公路、城市桥梁）

注：如构件主要为承受某种其他可变荷载而设置，则计算该构件时，所承荷载作为基本可变荷载。


桥梁设计荷载

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第 3 章桥梁设计荷载荷载分类表（铁路桥梁）

荷载分类荷载名称荷载分类荷载名称

主

力

恒

载

结构重力预加应力混凝土收缩徐变影响力土压力静水压力及浮力基础变位影响力

附加力

制动力或牵引力风力流水压力冰压力温度变化的作用冻胀力

活

载

列车竖向静活载公路活载（需要时考虑）长钢轨纵向水平力（伸缩力和挠曲力）离心力横向摇摆力活载土压力人行道人行荷载

特殊荷载

列车脱轨荷载船只或排筏的撞击力汽车撞击力施工临时荷载地震力长钢轨断轨力


桥梁设计荷载

桥梁设计荷载



附加力

制动力或牵引力14 风力15 列车横向摇摆力16 流水压力17 冰压力18 温度变化的影响19 冻胀力20

特殊荷载船只或排筏撞击力

21 地震力20 施工荷载

荷载分类表（铁路桥梁）


桥梁设计荷载

桥梁设计荷载

§3.1 永久荷载永久荷载永久荷载是指在设计使用年限内其作用位置、大小和方向不随时间变化，或其变化值与平均值相比可忽略不计的荷载，又称恒载恒载。

结构自重称为一期恒载一期恒载；桥面铺装、附属设施等名加重力称为二期二期恒载恒载。永久荷载往往占全部设计荷载的很大部分。

预加应力预加应力在结构正常使用极限状态设计时，应作为永久荷载计算其效应，但应计入相应阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。

对于超静定结构的混凝土结构及结合梁桥等，应考虑混凝土的收缩收缩和徐变和徐变的影响。

基础变位影响力（基础沉降）、土的重力及土侧压力、水的浮力均为永久荷载。


桥梁设计荷载

桥梁设计荷载

§3.2 可变荷载可变荷载可变荷载是指在设计使用年限内其作用位置、大小和方向随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。

按其对桥涵结构的影响程度，又可分为基本可变荷载基本可变荷载和其他其他可变荷载可变荷载。

基本可变荷载——又称“活载”，主要部分是车辆荷载及其影响力。

其他可变荷载——包括自然和人为产生的各种变化力。


桥梁设计荷载

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§3.2 可变荷载3.2.1 3.2.1 基本可变荷载基本可变荷载

3.2.1.1 公路桥梁基本可变荷载（活载）

1 、汽车荷载

(1) 汽车荷载分为公路公路—— II 级级和公路公路—— IIII 级级两个等级。

各级公路桥涵的汽车荷载等级

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— I 级公路— I 级公路— II级

公路— II级

公路— II级


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载


车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。

(2) 汽车荷载由车道荷载车道荷载和车辆荷载车辆荷载组成。

车道荷载由影响线进行布载


桥梁设计荷载

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§3.2 可变荷载车辆荷载


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载


车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。

桥梁结构的整体计算采用车道荷载。


桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算采用车辆荷载。

车辆荷载与车道荷载的作用车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加计算不得叠加计算 !!


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载



(3) 汽车荷载折减。

※ 横向折减原因：横向每一车队同时出现最大荷载的概率随车道数增加而减小。横向折减系数：表 3.2.4 。

※ 纵向折减原因：桥跨越长，全桥达到高密度和重载的概率越小，当跨度 >150m 时进行纵向折减。纵向折减系数：表 3.2.5 。方法：多跨连续结构时，按最大计算跨径考虑。


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载

2 、汽车冲击力* 原因：桥面不平整

车轮不圆

发动机抖动桥振动效应比静载时大

这种动力效应称为冲击力

* 冲击力 =(1+μ)×( 汽车荷载 ) μ—— 冲击系数

* 影响 μ 的主要因素：结构阻尼

材料（自重↗ μ ↘)

连接方式（刚度↗ μ ↘)

跨径（跨径↗ μ ↘)

* μ 与桥梁基频 f 有关


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载

2 、汽车冲击力* μ 与桥梁基频 f 有关 μ 的计算宜采用有限元法（有限元软件）计算


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载

2 、汽车冲击力

3 、离心力


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载


3 、离心力

4 、人群荷载


桥梁设计荷载

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1 、汽车荷载


3 、离心力

4 、人群荷载

5 、车辆荷载引起的土的侧压力


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3.2.1.2 公路桥梁其他可变荷载

1 、制动力


桥梁设计荷载

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1 、制动力

2 、风力


桥梁设计荷载

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1 、制动力

2 、风力

3 、温度影响力


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1 、制动力

2 、风力

3 、温度影响力

4 、支座摩阻力


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§3.3 偶然荷载


桥梁设计荷载

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§3.4 荷载组合3.4.1 3.4.1 荷载组合（作用效应组合）荷载组合（作用效应组合）

* 作用不一定同时出现 → 影响结构安全的组合 → 作用效应组合

* 公路桥梁设计方法

以概率理论为基础的极限状态法，采用分项系数的设计表达式。

* 极限状态

承载能力极限状态

正常使用极限状态


桥梁设计荷载

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* 三种设计状况

必须进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算。

持久状况（使用阶段状况）

只进行承载能力极限状态的计算（时间短），必要时才进行正常使用极限状态的计算。

短暂状况（施工阶段状况）

只进行承载能力极限状态的计算（保证主要承重结构不丧失承载能力，或只发生局部破坏）。

偶然状况（偶然出现的状况）


桥梁设计荷载

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桥梁设计荷载

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组合系数（示例） :

1.2× 恒荷载 +1.4× 汽车荷载

1.2× 恒荷载 +1.4× 汽车荷载 +0.8 × （ 1.4 × 人群）

1.2× 恒荷载 +1.4× 汽车荷载 +0.7 × （ 1.4 × 人群 +1.1 ×风荷载）

1.2× 恒荷载 +1.4× 汽车荷载 +0.6 × （ 1.4 × 人群 +1.1 ×风荷载 +1.4 × 土压力）

1.2× 恒荷载 +1.4× 汽车荷载 +0.5 × （ 1.4 × 人群 +1.1 ×风荷载 +1.4 × 土压力 +1.4× 汽车制动力）


桥梁设计荷载

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§3.4 荷载组合3.4.2 3.4.2 极限状态设计法极限状态设计法

RC 和 PC 结构按极限状态法设计计算时，应按承载力和正常使用两大类极限状态计算。

* 结构构件的承载能力极限状态计算以塑性理论为基础。

其设计原则：荷载效应最不利组合的设计值，必须小于或等于结构抗力的设计值。

* 正常使用极限状态的计算以弹性理论为基础或弹塑性理论为基础。

主要计算内容：

限制应力

短期荷载作用下的变形

各种荷载组合下的裂缝宽度。


作用在桥梁上的荷载可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三大类。永久荷载主要指恒载，可变荷载包括活载、温度影响力等，偶然荷载包括地震力和撞击力。

桥梁设计荷载

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小结

由于多车道及长车队出现设计荷载的几率较小，所以公路和城市道路桥梁的对相应纵横向设计荷载作了折减。

车辆动载过桥会引起桥梁振动，造成内力增大，桥梁规范用冲击系数考虑这一因素的影响，不同的桥梁规范有不同的规定。

公路和城市桥梁汽车荷载分为车辆荷载和车道荷载，车辆荷载主要用于局部计算，而车道荷载用于总体计算。

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