作用(或荷載)及作用(或荷載)效應組合

1、 新頒布的公路橋涵通用規(guī)范JTG D60-2004（以下簡稱通用規(guī)范JTG D60）修訂了公路橋涵結(jié)構(gòu)設計的作用效應的組合方式及其組合系數(shù)，引入了作用的短期效應組合和長期效應組合，并提出了各種可變作用短期效應組合時的頻遇值系數(shù)和長期效應組合時的準永久值系數(shù)；引入了公路橋涵設計的安全等級及其重要性系數(shù)，以橋涵結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果嚴重程度的不同采用不同的重要性系數(shù)，使結(jié)構(gòu)的設計更趨合理；取消了原標準汽車荷載等級，改為采用公路-級和公路-級標準汽車荷載，取消了掛車和履帶車驗算荷載，將驗算荷載的影響間接反映在汽車荷載中；將汽車沖擊系數(shù)以跨徑為主要影響因素的計算方法，改為以結(jié)構(gòu)基頻為主要影響因素的計算

2、方法。l公路橋涵結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設計，按照可能出現(xiàn)的作用，將其分為兩種作用效應組合，即基本組合和偶然組合。作用效應的基本組合是指永久作用設計值效應與可變作用設計值效應的組合，這種組合用于結(jié)構(gòu)的常規(guī)設計，是所有公路橋涵結(jié)構(gòu)都應該考慮的。作用效應的偶然組合是指永久作用標準值、可變作用代表值和一種偶然作用標準值的效應組合，視具體情況，也可不考慮可變作用效應參與組合。作用效應偶然組合用于結(jié)構(gòu)在特殊情況下的設計，所以不是所有公路橋涵結(jié)構(gòu)都要采用的，一些結(jié)構(gòu)也可采取構(gòu)造或其他預防措施來解決。l規(guī)定，公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用以下兩種作用效應組合：l1 基本組合。永久作用的設計值效應

3、與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為： (4.1.6-1) 或 (4.1.6-2) 式中Sud 承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合設計值；0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按本規(guī)范表1.0.9規(guī)定的結(jié)構(gòu)設計安全等級采用，對應于設計安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9；Gi 第i個永久作用效應的分項系數(shù)，應按表4.1.6的規(guī)定采用；SGik、SGid 第i個永久作用效應的標準值和設計值； 0ud0GiGikQ1Q1KQjQjk12mncijSSSS0ud0GidQ1dcQjd12mnijSSSSlQ1 汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)的分項系數(shù)，取Ql=1.4。當某個可變作用在效應組

4、合中其值超過汽車荷載效應時，則該作用取代汽車荷載，其分項系數(shù)應采用汽車荷載的分項系數(shù)；對專為承受某作用而設置的結(jié)構(gòu)或裝置，設計時該作用的分項系數(shù)取與汽車荷載同值；計算人行道板和人行道欄桿的局部荷載，其分項系數(shù)也與汽車荷載取同值；lSQ1k、SQ1d汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心 力)的標準值和設計值； lQj在作用效應組合中除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)、風荷載外的其他第j個可變作用效應的分項系數(shù)，取1.4，但風荷載的分項系數(shù)取1.l；lSGjk、SGjd 在作用效應組合中除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)外的其他第j個可變作用效應的標準值和設計值；lc 在作用效應組合中除汽車荷

5、載效應(含汽車沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應的組合系數(shù)，當永久作用與汽車荷載和人群荷載(或其他一種可變作用)組合時，人群荷載(或其他一種可變作用)的組合系數(shù)取c=0.8；當除汽車荷載(含汽車沖擊力、離心力)外尚有兩種其他可變作用參與組合時，其組合系數(shù)取c=0.70；尚有三種可變作用參與組合時，其組合系數(shù)取c=0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時，取c=0.50。l設計彎橋時，當離心力與制動力同時參與組合時，制動力標準值或設計值按70%取用。l2 偶然組合。永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相組合。偶然作用的效應分項系數(shù)取1.0；與偶然作用同時出

6、現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗取用適當?shù)拇碇?。地震作用標準值及其表達式按現(xiàn)行公路工程抗震設計規(guī)范規(guī)定采用。 l表4.1.6 永久作用效應的分項系數(shù) 編號作用類別永久作用效應分項系數(shù)對結(jié)構(gòu)的承載能力不利時對結(jié)構(gòu)的承載能力有利時1混凝土和圬工結(jié)構(gòu)重力（包括附加重力）1.21.0鋼結(jié)構(gòu)重力（包括結(jié)構(gòu)附加重力）1.1或1.22預加力1.21.03土的重力1.21.04混凝土的收縮及徐變作用1.01.05土側(cè)壓力1.41.06水的浮力1.01.07基礎變位作用混凝土和圬工結(jié)構(gòu)0.50.5鋼結(jié)構(gòu)1.01.0注：本表編號1中，當鋼橋采用鋼橋面板時，永久作用效應分項系數(shù)取1.1；當采用混凝土橋面板時

7、，取1.2。l作用效應組合表達式中的作用分項系數(shù)是在有關(guān)作用（恒載、汽車荷載）概率統(tǒng)計分析的基礎上，結(jié)合結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計分析結(jié)果，對原公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTJ02385）進行“校準”，得到用于橋涵設計的結(jié)構(gòu)可靠度指標，然后通過極限狀態(tài)設計表達式，運用“抗力最小二乘法”或“可靠指標最小二乘法”的優(yōu)化方法，求得恒載效應分項系數(shù)G=1.2，汽車荷載效應分項系數(shù)Q1=1.4。這兩個系數(shù)維持了原公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG02385）相同的量值。 l汽車荷載在公路工程結(jié)構(gòu)中通常被視為主導的可變作用，在設計表達式中與永久作用一樣單獨列出。l在橋梁設計中，汽車荷載分

8、項系數(shù)按不同的作用效應組合采用。當某個可變作用對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件確實起到主導影響（在同類效應中其值超過汽車效應），則其分項系數(shù)宜采用該作用效應組合的汽車荷載分項系數(shù)。對于專為承受某作用而設置的結(jié)構(gòu)或裝置，如鋼橋的風構(gòu)，設計時風荷載可被視為主導作用，其分項系數(shù)取與汽車荷載同值。但當風荷載參與與其他荷載組合時，以往將該組合作為“附加組合”考慮，同時，風荷載計入瞬時脈動風壓的影響，比原規(guī)范有較大增加，其分項系數(shù)只能取1.1。l關(guān)于公式（4.1.6-1）、（4.1.6-2）中的作用效應組合系數(shù)c，在多數(shù)情況下，橋涵結(jié)構(gòu)上往往同時作用多個荷載，但是本規(guī)范確定的恒載分項系數(shù)、汽車荷載分項系數(shù)以及賴以建立這些

9、系數(shù)的可靠度指標，是在只有恒載和汽車荷載作用的最基本組合下確定的，當結(jié)構(gòu)上作用著多于上述荷載時，綜合荷載效應最大值的統(tǒng)計規(guī)律也發(fā)生相應的變化，從而影響了結(jié)構(gòu)可靠度指標和恒載、汽車荷載分項系數(shù)的取值。因此，在保持可靠度指標、恒載和汽車荷載分項系數(shù)不變的情況下，對多個可變荷載參與效應組合時，引入其值小于1.0的荷載效應組合系數(shù)c對荷載標準值效應作等值折減。組合系數(shù)c是針對可變荷載效應的不同比值，通過優(yōu)化方法確定的，它隨參與組合的可變荷載的增加而減小，本規(guī)范給出的c值是經(jīng)優(yōu)化計算后適當提高的數(shù)值。l例如：（1）除汽車荷載效應外，只有一種其他可變作用參與組合時，取c=0.8l（2）除汽車荷載效應外，尚

10、有兩種其他可變作用參與組合時，取c=0.7l l（3）除汽車荷載效應外，尚有三種其他可變作用參與組合時，取c=0.6l 00(1.21.40.8 1.4)udSSSS恒汽人群)4 . 11 . 14 . 1 (6 . 04 . 12 . 1 00制動力風人群汽恒SSSSSSud1 . 14 . 1 (7 . 04 . 12 . 1 00）風人群汽恒SSSSSud1 . 14 . 1 (7 . 04 . 12 . 1 00）風人群汽恒SSSSSudl在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，對于需要進行正常使用極限狀態(tài)設計的結(jié)構(gòu)，需要考慮可變作用的短期效應組合和長期效應組合，其可變作用代表值采用頻遇值和準永久值。眾所周

11、知，正常使用極限狀態(tài)設計僅涉及結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的抗裂，裂縫寬度和撓度，其結(jié)構(gòu)可靠度要比承載能力極限狀態(tài)低得多。l可變作用的頻遇值是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值，但它比可變作用的標準值小，實際上由標準值乘以小于1的頻遇值系數(shù)1得到。l可變作用的準永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的作用取值，但它比可變作用的頻遇值又要小一些，實際上是由標準值乘以小于1的準永久值系數(shù)2的得到。l規(guī)定，公路橋涵結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據(jù)不同的設計要求，采用以下兩種效應組合；l1 作用短期效應組合。永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合，其效應組合表達式為：l (4.1.7-1)l式中 Ssd作用短期效應

12、組合設計值；l1j第j個可變作用效應的頻遇值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊力）1=0.7，人群荷載1=1.0，風荷載1=0.75，溫度梯度作用1=0.8，其他作用1=1.0；l1jSQjk第j個可變作用效應的頻遇值。dGik1jQjk11mnlijSSSl2 作用長期效應組合。永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為： l (4.1.7-2) 式中 Sld作用長期效應組合設計值； 2j第j個可變作用效應的準永久值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊力）2=0.4，人群荷載2=0.4，風荷載2=0.75，溫度梯度作用2=0.8，其他作用2=1.0； 2jSQjk第j個可變作用效應的準永久

13、值。dGik2jQjk11mnlijSSSl規(guī)定，公路橋涵設計時，汽車荷載的計算圖式、荷載等級及其標準值、加載方法和縱橫向折減等應符合下列規(guī)定：l1 汽車荷載分為公路I級和公路II級兩個等級。l2 汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。l橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算采用車道荷載；橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。l3 各級公路橋涵設計的汽車荷載等級應符合表4.3.1-1的規(guī)定。l表4.3.1-1 各級公路橋涵的汽車荷載等級l二級公路為干線公路且重型車輛多時，其橋涵的設計可采用公路I級汽車荷載。l四級公路上重型

14、車輛少時，其橋涵設計所采用的公路II級車道荷載的效應可乘以0.8的折減系數(shù)，車輛荷載的效應可乘以0.7的折減系數(shù)。公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路汽車荷載等級公路I級公路I級公路II級公路II級公路II級l4 車道荷載的計算圖式見圖4.3.1-1。l1 ） 公 路 I 級 車 道 荷 載 的 均 布 荷 載 標 準 值 為qk=10.5kN/m；集中荷載標準值按以下規(guī)定選?。簶蛄河嬎憧鐝叫∮诨虻扔?m時，Pk=180kN；橋梁計算跨徑等于或大于50m時，Pk=360kN；橋梁計算跨徑在5m50m之間時，Pk值采用直線內(nèi)插求得。計算剪力效應時，上述集中荷載標準值Pk應乘以1.2的

15、系數(shù)。l2）公路II級車道荷載的均布荷載標準值qk和集中荷載標準值Pk按公路I級車道荷載的0.75倍采用。l3）車道荷載的均布標準值應滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應的同號影響線上；集中荷載標準值只作用于相應影響線中一個最大影響線峰值處。l5 車輛荷載的立面、平面尺寸見圖4.3.1-2，主要技術(shù)指標規(guī)定于表4.3.1-2。公路I級和公路II級汽車荷載采用相同的車輛荷載標準值。l表4.3.1-2 車輛荷載的主要技術(shù)指標項 目單位技術(shù)指標項 目單位技術(shù)指標車輛重力標準值kN550輪距m1.8前軸重力標準值kN30前輪著地寬度及長度m0.30.2中軸重力標準值kN2120中、后輪著地寬度及長度m0.60.

16、2后軸重力標準值kN2140車輛外形尺寸（長寬）m152.5軸 距m3+1.4+7+1.4 立 面 布 置平 面 尺 寸 圖4.3.1-2 車輛荷載的立面、平面尺寸（圖中尺寸以米為單位） l圖4.3.1-3 車輛荷載橫向布置（圖中尺寸以米為單位）l6 車道荷載橫向分布系數(shù)應按設計車道數(shù)如圖4.3.1-3布置車輛荷載進行計算。l7 橋涵設計車道數(shù)應符合表4.3.1-3的規(guī)定。多車道橋梁上的汽車荷載應考慮多車道折減。當橋涵設計車道數(shù)等于或大于2時，由汽車荷載產(chǎn)生的效應應按表4.3.1-4規(guī)定的多車道折減系數(shù)進行折減，但折減后的效應不得小于兩設計車道的荷載效應。 l表4.3.1-3 橋涵設計車道數(shù)橋

17、面寬度W (m)橋涵設計車道數(shù)車輛單向行駛時車輛雙向行駛時W7.0 17.0W10.56.0W14.0210.5W14.0 314.0W17.514.0W21.0417.5W21.0 521.0W24.521.0W28.0624.5W28.0 728.0W31.528.0W35.08l表4.3.1-4 橫向折減系數(shù)8 大跨徑橋梁上的汽車荷載應考慮縱向折減。l當橋梁計算跨徑大于150m時，應按表4.3.1-5規(guī)定的縱向折減系數(shù)進行折減。當為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時，整個結(jié)構(gòu)應按最大的計算跨徑考慮汽車荷載效應的縱向折減。 橫向布置設計車道數(shù)(條)2345678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.

18、550.520.50l表4.3.1.5 縱向折減系數(shù)l對通用規(guī)范JTG D62的上述規(guī)定，應加以說明的是：l（1）規(guī)范給出的車道荷載是個虛擬荷載，它的標準值qk和Pk是由對汽車車隊（車重和車間距）的測定和效應分析得到的。通過對各種橋型的各種跨徑的大量試算，進行車道荷載效應與原規(guī)范汽車超20級和汽車20級效應的比較。按車道荷載計算的效應與原規(guī)范比較有升有降，總體上升的多，降的少。試算中同時發(fā)現(xiàn)，公路II級車道荷載可以按公路I級車道荷載的0.75倍采用。規(guī)定當計算剪力效應時，集中荷載標準值Pk應在原規(guī)定值的基礎上提高1.2倍，其主要用于驗算下部結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)腹板的。計算跨徑L0(m)縱向折減系數(shù)計

19、算跨徑L0(m)縱向折減系數(shù)150L04000.97800L010000.94400L06000.96L010000.93600L08000.95 l（2）汽車荷載橫向分布系數(shù)。橋梁設計時，為取得主梁的最大受力，汽車荷載在橋面上需要偏心加載，其方法仍可按圖4.3.1-3所示的車輛荷載橫向布置偏心加載確定。l（3）橫橋向設計車道布置及多車道橫向折減系數(shù)。表4.3.1-3列出了橋面寬度與設計車道數(shù)的關(guān)系，是以公路工程技術(shù)標準規(guī)定的一個行車道寬度為3.503.75m建立的，也即在某一設計車道數(shù)下所建立的行車道寬度，既能適用于3.50m又能容納3.75m。設N為設計車道數(shù)，表中的下限為3.5N，上限為

20、3.5(N+1)。如N=3，車輛 單 向 行 駛 時 ， 行 車 道 寬 度 即 為3.53=10.5m3.54=14.0m，它也容納了3.753=11.25m。但是，在以往的橋梁設計中常遇失去行車道數(shù)的概念，在按規(guī)范規(guī)定的偏載加載時，l將雙車道的行車道寬度布置了三行車隊進行計算，例如，以往設計經(jīng)常出現(xiàn)9.0m的行車道寬度布置了三行車隊的事例，而9.0m甚至于10.0m按表4.3.1-3規(guī)定仍屬于雙車道。這樣，就加大了橋梁的設計荷載，造成無謂的浪費。當車輛雙向行駛時，行車道的下限寬度仍為3.5N，但上限寬度應為3.5(N+2)。l多車道橫向折減的含義是，在橋梁多車道上行駛的汽車荷載使橋梁構(gòu)件的

21、某一截面產(chǎn)生最大效應時，其同時處于最不利位置的可能性大小，顯然，這種可能性隨車道數(shù)的增加而減小，而橋梁設計時各個車道上的汽車荷載都是按最不利位置布置的，因此，計算結(jié)果應根據(jù)上述可能性的大小進行折減。這是個概率事件，可以認為各車道上的汽車荷載加載是互不相關(guān)的，按重復獨立試驗隨機事件的概率理論，建立多車道橫向折減系數(shù)與相關(guān)變量的關(guān)系式，得到折減系數(shù)的具體數(shù)值。l汽車荷載縱向折減系數(shù)。規(guī)范規(guī)定的汽車荷載標準值是在特定的條件下確定的，例如，在汽車荷載的可靠性分析中，用于計算各類橋型結(jié)構(gòu)效應的車隊，采用了自然堵塞時的車間間距；汽車荷載本身的重力，也采用了路上運煤車或其他重車居多的調(diào)查資料。但是，在實際橋

22、梁上通行的車輛不一定都能達到上述條件，特別是大跨徑的橋梁。所以，國外有些規(guī)范對車輛荷載適用跨徑做了限制。本規(guī)范采用縱向折減的方法，對特大跨徑橋梁的計算效應進行折減。折減系數(shù)采用專題研究得到的下列公式：（L0）=0.979134.7185105L0，式中L0為計算跨徑，以m計。折減系數(shù)以加載長度為函數(shù)更合理些，但考慮到折減值較小，且跨徑很大的橋梁才進行折減，以L0為函數(shù)計算起來更方便一些。l汽車的沖擊系數(shù)是汽車過橋時對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動力效應的增大系數(shù)。l沖擊影響與結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)。一般來說，跨徑越大、剛度越小對動荷載的緩沖作用越強，以往規(guī)范近似地認定沖擊力與計算跨徑成反比（直線變化），無論是梁

23、式橋還是拱式橋等，均規(guī)定在一定的跨徑范圍內(nèi)考慮汽車荷載的沖擊力作用，此模式計算方便，但不能合理、科學地反映沖擊荷載的本質(zhì)。本次規(guī)范修訂，結(jié)合公路橋梁可靠度研究的成果，采用了結(jié)構(gòu)基頻來計算橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)。 l汽車荷載的沖擊系數(shù)可表示為：l （4-2）l式中 Yjmax在汽車過橋時測得的效應時間歷程曲線上，最大靜力效應處量取的最大靜力效應值；lYdmax在效應時間歷程曲線上最大靜力效應處量取的最大動效應值。l通過規(guī)范JTG D60規(guī)定，汽車荷載沖擊力應按下列規(guī)定計算：l1 鋼橋、鋼筋混凝土及預應力混凝土橋、圬工拱橋等上部構(gòu)造和鋼支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座及鋼筋混凝土柱式墩臺，應計算汽車的沖擊作用。l2 填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱橋、涵洞以及重力式墩臺不計沖擊力。l3 支座的沖擊力，按相應的橋梁取用。maxmaxdjYYl4 汽車荷載的沖擊力標準值為汽車荷載標準值乘以沖擊系數(shù)。l5 沖擊系數(shù)可按下式計算：l當f14Hz時，=0.45l式中 f結(jié)構(gòu)基頻（Hz）。l6 汽車荷載的局部加載及在T梁、箱梁懸臂板上的沖擊系數(shù)采用1.3。 l橋梁結(jié)構(gòu)的基頻反映了