第二章桥梁的作用

第二章桥梁的作用 第一节作用组合与分类第二节永久作用第三节可变作用第四节偶然作用

第一节作用分类与组合 一、作用的定义二、作用的分类三、作用的取值四、作用的代表值取用五、作用效应组合返回返回

一、作用的定义 长期以来，我们一般习惯地称所有引起结构反应的原因为“荷载”，这种叫法实际并不科学和确切。引起结构反应的原因可以按其作用的性质分为截然不同的两类，一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施于结构上的，可用“荷载”这一术语来概括。另一类不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处环境等有关，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构的，如果也称“荷载”，容易引起人们的误解。因此，目前国际上普遍地将所有引起结构反应的原因统称为“作用”, 而“荷载”仅限于表达施加于结构上的直接作用。返回返回

二、作用的分类 返回返回

三、作用的取值 公路桥涵设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。 1. 永久作用应采用标准值作为代表值。 2. 可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值为可变作用的代表值。 3 偶然作用取其标准值为代表值。返回返回

四、作用的代表值取用 1永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重（重力密度）计算确定。 2可变作用的标准值应按本规范有关章节中的规定采用。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数。 3偶然作用应根据试验资料，结合工程经验确定其标准值。 4 作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。返回返回

五、作用效应组合 1.作用效应组合的定义 2.作用效应组合的原则 3.作用效应组合的分类返回返回

1.作用效应组合的定义 作用效应组合——是指在确定出各种桥梁作用后，需要根据作用特性、桥梁结构特性、施工方法以及桥位处的环境等因素来决定各种作用的取舍以及它们同时作用的可能性。返回返回

2.作用效应组合的原则 1）只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需作不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。 2）当可变作用的出现对结构或构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。 3）施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具均应作为临时荷载加以考虑。 4）多个偶然作用不同时参与组合。 4）钢筋混凝土和预应力混凝土结构在进行结构构件的承载能力极限状态设计时，可不考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应参与组合；基础变位作用是否参与组合视具体情况确定；拱桥仍应考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应和基础变位作用的组合。返回返回

3.作用效应组合的分类 1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时 2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时 3）公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值 4）公路桥涵结构效应组合表达式 5）注意事项返回返回

1）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时 （1）基本组合（2）偶然组合返回返回

（1）基本组合 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：返回返回

（2）偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按《公路工程抗震设计规范》JTJ004规定采用。返回返回

2）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时 （1）作用短期效应组合（2）作用长期效应组合返回返回

（1）作用短期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：返回返回

（2）作用长期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：返回返回

3）公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值3）公路桥涵结构效应组合表达式中各种系数的取值结构重要性系数，按规范表1.0.9规定的结构设计安全等级采用。对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9；汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应（含本规范第4.3.5条规定的人行道板等局部构件和人行道栏杆上的可变作用效应）的分项系数，取1.4，但风荷载的分项系数取1.1；返回返回

4）公路桥涵结构效应组合表达式 ●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*人群荷载 ●1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.7*（1.4*人群荷载 +1.1*风荷载） ●1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.6*（1.4*人群荷载 +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*人群荷载 +1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力）返回返回

5）注意事项 各种荷载中，有些是不会同时发生的，如，流水压力与冰压力或支座摩阻力与汽车制动力等就不能同时参与组合。返回返回

第二节永久作用（恒载） 一、永久作用（恒载）的定义二、永久作用的类型三、永久作用的计算返回返回

一、永久作用（恒载）的定义 永久作用（恒载）——作用位置和大小、方向固定不变的荷载。返回返回

二、永久作用的类型 （一）桥梁上部结构的恒载：结构重力、附属设备等外加力。（二）桥梁下部结构的恒载：由支座传递下来的结构重力、墩台本身的重力、土压力及水浮力等。返回返回

三、永久作用的计算 1.结构重力 2.土压力 3.水浮力 4.预加力 5.混凝土收缩徐变影响力返回返回

1.结构重力 结构重力=结构体积 ×材料密度注意：在进行桥梁结构分析时，通常需要预先估计恒载，当估算的恒载与最终的设计恒载之间的差距不超过5%时，不必修正设计；否则，需重新进行结构分析。返回返回

2.土压力 按其产生的条件，分为静土压力、主动土压力和被动土压力。桥梁下部结构设计时主要用到静土压力、主动土压力。土的侧压力计算涉及到结构形式、填料性质、墩台位移和地基变形，还与水文和外加荷载等因素有关。目前按库仑理论推导的公式计算土侧压力。返回返回

3.水浮力 水浮力指由地表水或地下水通过地基土壤的孔隙传递给建筑物基础底面的水压力，其值等于建筑物所排开的同等体积的水重。位于岩石地基上的基础一般被认为是不透水的，可不计水浮力；对于碎石类土、砂类土、粘砂土等透水性地基上的墩台，要计考虑水浮力。返回返回

4.预加力 对预应力混凝土桥梁结构，预加力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久作用计算其主效应和次效应，计算时应考虑相应阶段的预应力损失，但不计由于偏心距增大所引起的附加效应；在结构承载能力极限状态设计时预加应力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分，但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力的次效应。返回返回

5.混凝土收缩徐变影响力 在外部超静定结构的混凝土桥梁中，混凝土收缩徐变影响力是长期存在并起作用的。基础变位一旦发生，对结构的影响也是长期的。混凝土收缩徐变的计算可按结构降温考虑，混凝土徐变影响的计算可依据混凝土应力预徐变变形呈直线关系的假定并确定适当的徐变系数来进行，基础变位的影响可按工程实际情况加以分析。返回返回

第三节可变作用 一、可变作用（活载）的定义二、可变作用（活载）的类型返回返回

一、可变作用（活载）的定义 可变作用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作用。返回返回

二、可变作用（活载）的类型 6.汽车制动力 1.车辆荷载 7.温度作用 2.冲击力 8.流水压力 3.人群荷载 9.冰压力 4.离心力 10.支座摩阻力 5.风荷载返回返回

1.车辆荷载 （1）汽车荷载（2）汽车荷载的折减（3）汽车荷载加载（4）标准荷载的等级选定返回返回

（1）汽车荷载 1）概述 2）汽车荷载的类型 3）新旧规范公路车辆荷载的类型 4）标准汽车荷载模式返回返回

1）概述 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。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、和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。返回返回

2）公路车辆荷载的类型 a)公路—Ⅰ级车道荷载 b)公路—Ⅱ级车道荷载返回返回

3）新旧规范公路车辆荷载的类型 新规范：公路—Ⅰ级公路—Ⅱ级旧规范：汽车荷载：汽车—10级、汽车—20级、汽车—超20级。挂车荷载：挂车—100、挂车—120。履带车荷载：履带50。返回返回

4）标准汽车荷载模式 车道荷载(均布荷载+集中荷载）车辆荷载（桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。）返回返回

（4）标准荷载的等级选定 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级返回返回

a)公路—Ⅰ级车道荷载 均布荷载标准值： 10.5kN/m 集中荷载：计算跨径小于等于5m时，180kN 计算跨径大于等于50m时，360kN 计算跨径在5至50m之间时，直线内插。剪力效应应再乘以1.2的系数。 m 返回返回

（3）汽车荷载加载 　　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、和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加。 m 车道荷载 (c)　横桥向车辆荷载返回返回

b)公路—Ⅱ级车道荷载 车道荷载标准值应取公路—Ⅰ级汽车荷载的车道荷载标准值的0.75倍返回返回

车辆荷载的横向布置 车辆荷载的立面、平面尺寸标准车辆荷载公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级标准车辆荷载采用原汽车—超20级标准荷载中总重为550千牛的加重车。返回返回

桥涵设计车道数 返回返回

（2）汽车荷载的折减 汽车荷载的车道数与桥梁的线路数或车道数一致，但由于每车道上的车队活载同时出现最不利加载的机率很小，故需要对总的车道活载进行折减。横向折减系数

纵向折减 施加于长跨桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径L≥150m时，应按表4.3.1-5规定的纵向折减系数进行折减。当为多跨连续结构时，整个结构均应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。纵向折减系数表返回返回

2.冲击力 （1）冲击力的产生（2）冲击力的影响因素（3）冲击力的计算返回返回

（1）冲击力的产生 车辆活载以一定的速度在桥上行驶时，会使桥梁发生振动，产生动力作用。这种动力作用会使桥梁的内力和变形较静活载作用时大。这种现象就统称为冲击作用。

（2）冲击力的影响因素 冲击作用的大小采用冲击力来衡量。冲击力受线路状态、车辆类型（机车的偏心轮作用）以及桥梁结构的形式和跨度等因素的综合影响。目前还难以精确考虑。

（3）冲击力的计算 通常的做法是：在桥梁动载试验的基础上提出近似计算公式，把动力问题简化为静力问题来处理。引入冲击系数（1+μ）。当竖向活载包括冲击力时，将静活载乘以冲击系数。冲击系数的一般形式是： 1+μ = 1 + 式中： a,b——常数，随结构体系或构件的不同而不同。 L——桥跨长度或（局部）构件的影响线加载长度；

冲击系数μ可按下式计算： 当时 μ=0.05 当时当时 μ=0.45 返回

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