橋梁上部結(jié)構(gòu)施工技術(shù) 任務(wù)三橋梁的設(shè)計(jì)荷載

任務(wù)三橋梁的設(shè)計(jì)荷載荷載的種類、型式、大小的確定是否得當(dāng)，既關(guān)系到橋梁建設(shè)的投資，也關(guān)系到橋梁的安全特點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)并不是一成不變的作用于橋梁結(jié)構(gòu)上的荷載（及其組合）可能會(huì)越來越復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)行為和材料行為的認(rèn)識(shí)在逐步加深本章內(nèi)容：介紹各類荷載的基本概念和計(jì)算方法，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)荷載取值按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱鐵橋規(guī)）和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》計(jì)算2/6/20231第一節(jié)荷載分類與組合一、荷載分類：表3-1-12/6/20232二、荷載組合荷載組合－各種荷載的取舍以及它們同時(shí)作用的可能性組合原則－以橋梁在施工和運(yùn)營(yíng)時(shí)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(shí)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(shí)作用。2/6/20233其他可變荷載不同時(shí)組合表（公路）編號(hào)荷載名稱不與該荷載同時(shí)參與組合的荷載號(hào)14風(fēng)力－15汽車制動(dòng)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152/6/20234第二節(jié)

永久荷載（恒載）作用于橋梁上部結(jié)構(gòu)的恒載－結(jié)構(gòu)的重力和附屬設(shè)備等外加重力；作用在橋梁下部結(jié)構(gòu)的恒載－由支座傳遞的上部結(jié)構(gòu)的重力、墩臺(tái)本身的重力、土壓力和水壓（?。┝Φ取＝Y(jié)構(gòu)重力＝結(jié)構(gòu)體積與材料容重的乘積土壓力計(jì)算涉及結(jié)構(gòu)型式、填料性質(zhì)、墩臺(tái)位移和地基變形，也與氣象、水文和外加荷載等因素有關(guān)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(chǔ)底面的（由下而上的）水壓力；對(duì)位于碎石類土、砂類土、粘砂土等透水性地基上的墩臺(tái)，需在設(shè)計(jì)中考慮水浮力。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，在檢算結(jié)構(gòu)的使用性能（如混凝土應(yīng)力）時(shí)，預(yù)加應(yīng)力當(dāng)視為恒載；在檢算結(jié)構(gòu)的承載能力（如抗彎強(qiáng)度）時(shí)，預(yù)加應(yīng)力不作為恒載，但把預(yù)應(yīng)力鋼筋視為結(jié)構(gòu)抗力的一部分。在外部超靜定的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土收縮、徐變影響力是長(zhǎng)期存在并起作用的?；A(chǔ)變位一旦發(fā)生，其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也是長(zhǎng)期的。2/6/20235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(jī)動(dòng)交通活載。對(duì)鐵路橋，指列車活載；對(duì)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(duì)車輛荷載進(jìn)行調(diào)查分析和綜合概括，并按照安全、適用和經(jīng)濟(jì)的原則，確定出設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)活載。對(duì)于不包括沖擊效應(yīng)（后述）的車輛活載，可稱之為靜活載。2/6/20236中－活載我國(guó)鐵路活載標(biāo)準(zhǔn)的情況是：20年代開始自行制訂鐵路建筑標(biāo)準(zhǔn)，1938年公布中華活載標(biāo)準(zhǔn)，1951年制訂了中－Z活載標(biāo)準(zhǔn)，1975年對(duì)中－Z活載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，形成目前所用的中－活載標(biāo)準(zhǔn)。2/6/20237國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）活載圖式考察我國(guó)目前實(shí)際運(yùn)行的列車及其發(fā)展趨勢(shì)，可以看出，1975年制訂的中－活載標(biāo)準(zhǔn)已不太適用。例如，蒸汽機(jī)車已停止生產(chǎn)，內(nèi)燃和電力機(jī)車得到廣泛應(yīng)用；貨車的重載軸重時(shí)常高于機(jī)車的軸重。根據(jù)這些情況可以認(rèn)為，我國(guó)新的列車活載標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）制訂的活載標(biāo)準(zhǔn)較為一致。目前，荷載修訂工作仍在進(jìn)行之中。2/6/20238公路車輛活載公路車輛荷載－標(biāo)準(zhǔn)化活載4個(gè)等級(jí)：汽車10級(jí)、汽車15級(jí)、汽車20級(jí)和汽車超20級(jí)重車與主車考慮沖擊力計(jì)算荷載－把經(jīng)常地、大量出現(xiàn)的汽車排列形成的車隊(duì)，對(duì)一般橋梁設(shè)計(jì)起控制作用驗(yàn)算荷載－偶然地、個(gè)別出現(xiàn)的平板掛車或履帶車，只對(duì)較小跨徑的橋梁或局部構(gòu)件起控制作用500kN履帶車（簡(jiǎn)稱履帶50），可多輛，間距>50m掛80、掛100和掛120，按一輛計(jì)算不計(jì)沖擊力

2/6/20239汽車車隊(duì)縱向排列2/6/202310汽車的平面尺寸和橫向布置2/6/202311平板掛車和履帶車荷載2/6/202312標(biāo)準(zhǔn)活載的加載總的車道活載的折減。對(duì)鐵路橋梁的主要構(gòu)件，雙線活載取雙線標(biāo)準(zhǔn)活載之和的90%，三線及三線以上者取各線標(biāo)準(zhǔn)活載之和的80%；對(duì)僅承受局部活載的構(gòu)件則不考慮折減。對(duì)公路橋梁，在按兩行車隊(duì)布載時(shí)，汽車活載不予折減；按三行車隊(duì)布載時(shí)，汽車活載可在一定條件下折減20%；按四行車隊(duì)布載時(shí)，汽車活載可折減30%，但折減后不得小于用兩行車隊(duì)布載的計(jì)算結(jié)果。加載就是按最不利原則布置標(biāo)準(zhǔn)活載，通過結(jié)構(gòu)分析計(jì)算橋梁活載效應(yīng)（內(nèi)力、應(yīng)力和變形等）的最不利值。等代荷載（或稱換算均布荷載）2/6/202313標(biāo)準(zhǔn)活載的等級(jí)選定根據(jù)橋梁所在線路的等級(jí)、使用任務(wù)、性質(zhì)和將來的發(fā)展等具體情況確定公路等級(jí)汽車專用公路一般公路高速公路一二二三四計(jì)算荷載汽－超20汽－超20汽－20汽－20汽－20汽－20汽－10驗(yàn)算荷載掛－120掛－120掛－100掛－100掛－100掛－100履帶－502/6/202314（二）沖擊力車輛活載以一定的速度在橋上行駛時(shí)，會(huì)使橋梁發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力作用。這種動(dòng)力作用會(huì)使橋梁的內(nèi)力和變形較靜活載作用時(shí)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(gòu)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(dòng)載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出近似計(jì)算公式。在設(shè)計(jì)中，引入沖擊系數(shù)（1+）。當(dāng)豎向活載包括沖擊力時(shí)，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）2/6/202315（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(yīng)與汽車荷載同時(shí)考慮，但不與驗(yàn)算荷載同時(shí)計(jì)算。人行道（鋼筋混凝土）板還應(yīng)以1.2kN（公）或1.5kN（鐵）的集中荷載進(jìn)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。2/6/202316（四）離心力

離心力是指車輛行駛在曲線線路上時(shí)，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(jì)沖擊力）乘以離心力系數(shù)C，C值按下式計(jì)算 （3-4）式中V——設(shè)計(jì)行車速度（km/h）；

R——曲線半徑（m）。離心力的著力點(diǎn)在橋面以上1.2m處（公路橋）或軌頂面上2m處（鐵路橋）。2/6/202317二、基本可變活載（活載）（一）風(fēng)力平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓

橫向風(fēng)壓按下式計(jì)算

W0——基本風(fēng)壓值（Pa）

K1——設(shè)計(jì)風(fēng)速頻率換算系數(shù)K2——風(fēng)載體型系數(shù)K3——風(fēng)壓高度變化系數(shù)K4——地形、地理?xiàng)l件系數(shù)橫向風(fēng)力＝橫向風(fēng)壓×迎風(fēng)面積迎風(fēng)面積＝結(jié)構(gòu)的外輪廓線面積×折減系數(shù)2/6/202318（二）車輛制動(dòng)力或（列車）牽引力

車輛制動(dòng)力（或牽引力）是指車輛在剎車時(shí)（或啟動(dòng)時(shí)）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(dòng)摩擦力。制動(dòng)力或牽引力是墩臺(tái)設(shè)計(jì)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(jiǎn)化辦法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)鐵路橋梁，規(guī)定列車制動(dòng)力或牽引力按豎向靜活載的重力的10%計(jì)算，其作用點(diǎn)一般在軌頂以上2m處。公路橋梁中只考慮制動(dòng)力。對(duì)一或二車道橋梁，規(guī)定制動(dòng)力為一行汽車車隊(duì)總重力的10%，但不得小于一輛重車的30%；對(duì)四車道橋梁，制動(dòng)力為上述規(guī)定值的兩倍。制動(dòng)力作用點(diǎn)一般在橋面以上1.2m處。

2/6/202319（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(gòu)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(duì)靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的影響溫差對(duì)靜定和超靜定結(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)刈罡吆妥畹驮缕骄鶜鉁兀┐_定；氣溫變化值，應(yīng)自結(jié)構(gòu)合龍時(shí)的溫度算起。各種材料的線膨脹系數(shù)，可按設(shè)計(jì)規(guī)范采用。鋼：0.0000118混凝土：0.0000102/6/202320（四）列車橫向搖擺力由于軌道不平等原因，列車在行進(jìn)中會(huì)發(fā)生左右搖擺，產(chǎn)生一種橫橋向的水平力。這種橫向搖擺力很難準(zhǔn)確計(jì)算，現(xiàn)規(guī)定其作用于軌頂面，數(shù)值為5.5kN/m。因橫向搖擺力的取值與豎向活載有一比例，故一般不再檢算空車荷載的橫向搖擺力。另外，橫向搖擺力應(yīng)與橫向風(fēng)力進(jìn)行比較，取其大者參與荷載組合。2/6/202321（五）流水壓力、冰壓力和支座摩阻力位于河流中的橋墩會(huì)受到流水壓力的作用

位于冰凌河流或水庫(kù)的橋梁墩臺(tái)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乇璧木唧w條件及墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，考慮冰荷載的作用。支座上的摩阻力是因上部結(jié)構(gòu)由溫度等引起的變位而產(chǎn)生的，其作用方向與上部結(jié)構(gòu)的變位方向相反，作用點(diǎn)在支座處，計(jì)算公式為：2/6/202322第四節(jié)

偶然荷載偶然荷載－地震荷載、船只或漂流物（如排筏）的撞擊力以及施工荷載。地震力－由于地震波在土中傳播，使震區(qū)發(fā)生地面運(yùn)動(dòng)；橋梁墩臺(tái)首先