橋梁上部結(jié)構施工技術之三橋梁的設計荷載

任務三橋梁的設計荷載荷載的種類、型式、大小的確定是否得當，既關系到橋梁建設的投資，也關系到橋梁的安全特點荷載標準并不是一成不變的作用于橋梁結(jié)構上的荷載（及其組合）可能會越來越復雜對結(jié)構行為和材料行為的認識在逐步加深本章內(nèi)容：介紹各類荷載的基本概念和計算方法，實際設計時荷載取值按《鐵路橋涵設計規(guī)范》（以下簡稱鐵橋規(guī)）和《公路橋涵設計通用規(guī)范》計算5/17/20231第一節(jié)荷載分類與組合一、荷載分類：表3-1-15/17/20232二、荷載組合荷載組合－各種荷載的取舍以及它們同時作用的可能性組合原則－以橋梁在施工和運營時可能處于最不利的受力狀態(tài)為原則

基本組合方式：

組合I：恒載（的一種或幾種）與基本可變活載（的一種或幾種）相組合，即僅考慮主力；

組合II：組合I與其它可變荷載（的一種或幾種）相組合，即主力與附加力同時作用；

組合III：組合I與偶然荷載（的一種或幾種）相組合，即主力與特殊荷載同時作用。5/17/20233其他可變荷載不同時組合表（公路）編號荷載名稱不與該荷載同時參與組合的荷載號14風力－15汽車制動力16，17，1816流水壓力15，1717冰壓力15，1618溫度影響力－19支座摩阻力155/17/20234第二節(jié)

永久荷載（恒載）作用于橋梁上部結(jié)構的恒載－結(jié)構的重力和附屬設備等外加重力；作用在橋梁下部結(jié)構的恒載－由支座傳遞的上部結(jié)構的重力、墩臺本身的重力、土壓力和水壓（?。┝Φ取＝Y(jié)構重力＝結(jié)構體積與材料容重的乘積土壓力計算涉及結(jié)構型式、填料性質(zhì)、墩臺位移和地基變形，也與氣象、水文和外加荷載等因素有關水浮力指由地表水或地下水通過地基土壤的孔隙而傳遞給建筑物基礎底面的（由下而上的）水壓力；對位于碎石類土、砂類土、粘砂土等透水性地基上的墩臺，需在設計中考慮水浮力。對于預應力混凝土橋梁，在檢算結(jié)構的使用性能（如混凝土應力）時，預加應力當視為恒載；在檢算結(jié)構的承載能力（如抗彎強度）時，預加應力不作為恒載，但把預應力鋼筋視為結(jié)構抗力的一部分。在外部超靜定的混凝土橋梁結(jié)構中，混凝土收縮、徐變影響力是長期存在并起作用的?；A變位一旦發(fā)生，其對結(jié)構的影響也是長期的。5/17/20235第三節(jié)

可變荷載一、基本可變活載（活載）（一）車輛活載車輛荷載指橋梁承受的機動交通活載。對鐵路橋，指列車活載；對公路橋，指汽車、掛車、履帶車等。車輛荷載的種類繁多，因此，需要對車輛荷載進行調(diào)查分析和綜合概括，并按照安全、適用和經(jīng)濟的原則，確定出設計采用的標準活載。對于不包括沖擊效應（后述）的車輛活載，可稱之為靜活載。5/17/20236中－活載我國鐵路活載標準的情況是：20年代開始自行制訂鐵路建筑標準，1938年公布中華活載標準，1951年制訂了中－Z活載標準，1975年對中－Z活載標準進行修訂，形成目前所用的中－活載標準。5/17/20237國際鐵路聯(lián)盟（UIC）活載圖式考察我國目前實際運行的列車及其發(fā)展趨勢，可以看出，1975年制訂的中－活載標準已不太適用。例如，蒸汽機車已停止生產(chǎn)，內(nèi)燃和電力機車得到廣泛應用；貨車的重載軸重時常高于機車的軸重。根據(jù)這些情況可以認為，我國新的列車活載標準應與國際鐵路聯(lián)盟（UIC）制訂的活載標準較為一致。目前，荷載修訂工作仍在進行之中。5/17/20238公路車輛活載公路車輛荷載－標準化活載4個等級：汽車10級、汽車15級、汽車20級和汽車超20級重車與主車考慮沖擊力計算荷載－把經(jīng)常地、大量出現(xiàn)的汽車排列形成的車隊，對一般橋梁設計起控制作用驗算荷載－偶然地、個別出現(xiàn)的平板掛車或履帶車，只對較小跨徑的橋梁或局部構件起控制作用500kN履帶車（簡稱履帶50），可多輛，間距>50m掛80、掛100和掛120，按一輛計算不計沖擊力

5/17/20239汽車車隊縱向排列5/17/202310汽車的平面尺寸和橫向布置5/17/202311平板掛車和履帶車荷載5/17/202312標準活載的加載總的車道活載的折減。對鐵路橋梁的主要構件，雙線活載取雙線標準活載之和的90%，三線及三線以上者取各線標準活載之和的80%；對僅承受局部活載的構件則不考慮折減。對公路橋梁，在按兩行車隊布載時，汽車活載不予折減；按三行車隊布載時，汽車活載可在一定條件下折減20%；按四行車隊布載時，汽車活載可折減30%，但折減后不得小于用兩行車隊布載的計算結(jié)果。加載就是按最不利原則布置標準活載，通過結(jié)構分析計算橋梁活載效應（內(nèi)力、應力和變形等）的最不利值。等代荷載（或稱換算均布荷載）5/17/202313標準活載的等級選定根據(jù)橋梁所在線路的等級、使用任務、性質(zhì)和將來的發(fā)展等具體情況確定公路等級汽車專用公路一般公路高速公路一二二三四計算荷載汽－超20汽－超20汽－20汽－20汽－20汽－20汽－10驗算荷載掛－120掛－120掛－100掛－100掛－100掛－100履帶－505/17/202314（二）沖擊力車輛活載以一定的速度在橋上行駛時，會使橋梁發(fā)生振動，產(chǎn)生動力作用。這種動力作用會使橋梁的內(nèi)力和變形較靜活載作用時大。這種現(xiàn)象就稱之為沖擊作用。沖擊作用的大小采用沖擊力來加以衡量。沖擊力受線路狀態(tài)、車輛類型以及橋梁結(jié)構的型式和跨度等因素的綜合影響，目前還難以精確考慮，只能在橋梁動載試驗的基礎上提出近似計算公式。在設計中，引入沖擊系數(shù)（1+）。當豎向活載包括沖擊力時，系指將靜活載乘以沖擊系數(shù)。沖擊系數(shù)的一般形式是：（3-1）5/17/202315（三）人群荷載鐵路橋梁明橋面4kN/m2。鐵路橋梁道碴橋面，距離梁中心2.45米以內(nèi)的人行道，取10kN/m2；距離梁中心2.45米以外的人行道，取4kN/m2。公路橋梁的人群荷載一般取3kN/m2，城市郊區(qū)行人密集地區(qū)一般取3.5kN/m2；人群荷載應與汽車荷載同時考慮，但不與驗算荷載同時計算。人行道（鋼筋混凝土）板還應以1.2kN（公）或1.5kN（鐵）的集中荷載進行檢算，人群作用于欄桿上的水平推力按0.75kN/m考慮，作用于立柱和扶手的豎向力按1.0kN考慮。5/17/202316（四）離心力

離心力是指車輛行駛在曲線線路上時，因速率方向變化而引起的橫向水平力。離心力的大小等于車輛活載（不計沖擊力）乘以離心力系數(shù)C，C值按下式計算 （3-4）式中V——設計行車速度（km/h）；

R——曲線半徑（m）。離心力的著力點在橋面以上1.2m處（公路橋）或軌頂面上2m處（鐵路橋）。5/17/202317二、基本可變活載（活載）（一）風力平均風壓和脈動風壓

橫向風壓按下式計算

W0——基本風壓值（Pa）

K1——設計風速頻率換算系數(shù)K2——風載體型系數(shù)K3——風壓高度變化系數(shù)K4——地形、地理條件系數(shù)橫向風力＝橫向風壓×迎風面積迎風面積＝結(jié)構的外輪廓線面積×折減系數(shù)5/17/202318（二）車輛制動力或（列車）牽引力

車輛制動力（或牽引力）是指車輛在剎車時（或啟動時）為克服車輛的慣性力而在路面或軌道與車輪之間發(fā)生的滑動摩擦力。制動力或牽引力是墩臺設計的重要荷載，是作用在橋上的縱向水平力，但兩者的作用方向恰好相反。采用簡化辦法進行計算。對鐵路橋梁，規(guī)定列車制動力或牽引力按豎向靜活載的重力的10%計算，其作用點一般在軌頂以上2m處。公路橋梁中只考慮制動力。對一或二車道橋梁，規(guī)定制動力為一行汽車車隊總重力的10%，但不得小于一輛重車的30%；對四車道橋梁，制動力為上述規(guī)定值的兩倍。制動力作用點一般在橋面以上1.2m處。

5/17/202319（三）溫度影響力溫度影響力指因溫度的變化而引起的結(jié)構變形和附加力溫度的變化：（年平均）氣溫變化和溫差。氣溫變化對靜定和超靜定結(jié)構的影響溫差對靜定和超靜定結(jié)構的影響氣溫變化的幅度，可按橋梁所在地區(qū)的氣溫條件（一般取當?shù)刈罡吆妥畹驮缕骄鶜鉁兀┐_定；氣溫變化值，應自結(jié)構合龍時的溫度算起。各種材料的線膨脹系數(shù)，可按設計規(guī)范采用。鋼：0.0000118混凝土：0.0000105/17/202320（四）揪列車寶橫向虛搖擺河力由于軌字道不平肅等原因撿，列車恭在行進社中會發(fā)攔生左右倒搖擺，長產(chǎn)生一揀種橫橋給向的水塑平力。腥這種橫校向搖擺修力很難寬準確計調(diào)算，現(xiàn)仰規(guī)定其垮作用于拜軌頂面潮，數(shù)值牲為5.5剝kN/回m。因橫向想搖擺力跨的取值傻與豎向估活載有維一比例線，故一赴般不再殼檢算空恢車荷載幫的橫向片搖擺力沖。另外泛，橫向朗搖擺力頭應與橫寺向風力夸進行比灰較，取棚其大者臟參與荷誤載組合提。5/3牛/20衰2321（五思）流摔水壓鄰力、賄冰壓叨力和箏支座晚摩阻厲力位于矩河流冊中的權橋墩竿會受行到流淹水壓娘力的滑作用位于冰倍凌河流艘或水庫踢的橋梁攀墩臺，犯應根據(jù)揀當?shù)乇×璧木呶黧w條件你及墩臺餐的結(jié)構膝形式，扶考慮冰捆荷載的滅作用。支座上藏的摩阻互力是因如上部結(jié)脅構由溫植度等引濱起的變砌位而產(chǎn)芳生的，泄其作用茄方向與券上部結(jié)居構的變辣位方向冰相反，宋作用點貌在支座掌處，計心算公式葬為：5/酒3/溉20突2322第四節(jié)奸偶然更荷載偶然荷踐載－地姿震荷肉載、參船只局或漂待流物職（如箭排筏居）的租撞擊耀力以噴及施愧工荷旗載。地震蠶力－由于謊地震波拌在土中每傳播，德使震區(qū)仙發(fā)生地撥面運動防；橋梁那墩臺首答先受到歸外加的甩強迫運梨動，并釘導致整調(diào)個橋梁窯的振動兵。所謂燈地震力眨，主要畫指強烈吃的地面園運動引吉起的結(jié)談構自身賺的慣性疊力（加邀速度與悟質(zhì)量的分乘積）峰。它不蹦僅地面過運動的疫強烈程憤度有關網(wǎng)，也與能結(jié)構的商