桥梁荷载

2020/2/6内蒙古工业大学建工学院1上一页下一页1.2桥梁的总体规划与设计程序1.2.1桥梁设计的基本原则和要求1.2.2桥梁设计的基本资料1.2.3桥梁设计程序1.2.4桥位及桥型选择1.2.5桥梁的纵断面和横断面设计1.3桥梁结构的作用2.3.1永久作用2.3.2可变作用2.3.3偶然作用2.3.4作用效应组合返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院2上一页下一页1.2.1桥梁设计的基本原则和要求桥梁应根据所设计桥梁的使用任务、性质和所在线路的远景发展需要，按照适用、经济、安全、美观的原则设计。1.使用上的要求：要有足够的承载和泄洪能力；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求。2.经济上的要求：一切桥梁设计应体现经济上的合理性。必须经过详细周密的技术经济比较，并满足快速施工的要求。3.设计上的要求：桥梁设计应积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺和新的设计思想。保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。4.施工上的要求：桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械。5.美观上的要求：在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具有优美的建筑外型，并与周围的景物相协调。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院3上一页下一页1.2.2桥梁设计的基本资料桥梁总体设计涉及的因素很多，必须经过充分的调查研究，根据具体的情况，提出正确合理的设计方案和计划任务书。因此必须进行一系列的野外勘测和资料的收集工作。对于跨越河流的桥梁在勘测时应收集如下资料：1.桥梁承担的具体任务：调查桥上的交通信息和交通要求。调查桥上有无各类管线需要通过。2.桥位附近的地形：包括测量桥位处的地形、地貌，并绘成地形图。3.地质资料：通过桥位处的地质勘探，编制工程地质勘探报告，作为基础设计的重要依据。4.河流的水文情况：收集和分析历年的洪水资料；测量桥位处河床断面和桥位附近河道纵断面；通航河流的通航要求。5.其他资料：建筑材料的来源、气象资料、施工单位的技术水平和施工的机械装备情况以及其余相关资料。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院4上一页下一页1.2.3桥梁设计程序我国桥梁的设计程序：大、中桥采用两阶段设计；小桥也可采用一阶段设计。桥梁设计的第一阶段是初步设计(方案设计)。依据计划任务书拟定桥梁结构形式和初步尺寸，估算工程数量，提出主要用材数量指标，选择施工方案，并据此编制工程概算与文字说明、图表资料等技术文件，形成初步设计方案，供投标使用。桥梁设计的第二阶段是编制施工图。在现代桥梁设计中、由于计算机的应用与发展大大提高了结构分析的效率。在初步设计阶段已普遍采用较精确的结构计算、大大提高了初步设计对工程数量的估算精度。对于大型桥梁在初步设计之前需进行项目可行性研究和规划设计，根据所搜集的相关资料制定桥梁规划设计的方案，编制计划任务书。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院5上一页下一页1.2.4桥位及桥型选择1.桥位选择：特大桥、大、中桥的桥位原则上应服从路线总的走向，路与桥需要综合考虑。应尽量选择在河道顺直、水流稳定、河面较窄、地质良好、冲刷较少的河段上，避免桥梁与河流斜交。小桥的位置应完全服从线路走向。2.桥型选择：桥梁结构型式的选择，必须满足安全实用、经济合理及美观协调的原则。影响桥型选择的因素很多，分析它们的特点，根据它们所起的作用和所处的地位，可以将这些因素分为独立因素、主要因素和限制因素等类别。桥梁的长度、宽度和通航孔大小等都是桥型选择的独立因素。经济是桥型选择时考虑的主要因素。一切设计必须经过详细而周密的技术经济比较。地质、地形、水文及气候条件是桥型选择的限制因素。地形条件及水文条件将影响到桥型、基础埋置深度、水中桥墩数量等。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院6上一页下一页1.2.5桥梁的纵断面和横断面设计-1桥梁纵断面设计主要的任务是确定①桥梁的总跨径；②桥梁的分孔；③桥道标高与桥下净空；④桥上及桥头引道的纵坡等。⑴桥梁总跨径的确定桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。要求桥梁总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。同时应根据具体情况经过全面分析后加以确定。对于非坚硬岩层上修筑的浅基础桥梁，总跨径应该大一些；对于深埋基础，一般允许较大的冲刷，总跨径就可适当减小。山区河流一般河床流速很大，应尽可能少压缩或不压缩河床；平原区的宽滩河流可允许有较大的压缩，但必须注意壅水对河滩路堤以及附近农田和建筑物可能造成的危害。继续2020/2/6内蒙古工业大学建工学院7上一页下一页(2)桥梁的分孔一座较长桥梁的分孔不仅影响到使用效果、施工难易等，并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价最低。通常跨径在60m以下时，应尽可能采用标准跨径，各孔跨径最好一样；为了避开不利的地质段（如岩石破碎带、裂隙、溶洞等），可将桥基位置移开，也可适当加大跨径；在有些体系中，为了结构受力合理和用材经济，分孔布置时要考虑相邻桥跨跨径的合理比例；在山区建桥时，往往采用大跨径桥梁跨越深谷，以便减少中间桥墩。各孔跨径的选择还与施工能力有关。继续2020/2/6内蒙古工业大学建工学院8上一页下一页(3)桥面标高的确定桥面标高是通常根据设计洪水位标高、桥下通航所需要的净空来确定，或由路线纵断面设计确定。跨河桥梁其桥面的标高应保证桥下排洪和通航的需要；跨线桥梁则应确保桥下安全行车。非通航河流，梁底一般应高出设计洪水位（包括壅水和浪高）不小于0.5m，高出最高流冰水位0.75m；支座底面应高出设计洪水位不小于0.25m，高出最高流冰水位不小于0.5m，支座处有围护隔水者不受此限。对于无铰拱桥，拱脚允许被设计洪水位淹没，拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.0m。对于有漂流物和流冰阻塞以及易淤积的河床，桥下净空应适当加高。通航及通行木筏的河流，桥跨结构下缘至设计通航水位的净空高度应满足通航净空的要求(参见有关规范的通航净空要求)。(4)桥上及桥头引道的纵坡桥上纵坡4%，桥头引道纵坡5%，城市中心的桥梁引道纵坡3%；当桥梁受到两岸地形限制时，允许修建坡桥。继续纵断面规划图2020/2/6内蒙古工业大学建工学院9上一页下一页2.1.5桥梁的纵断面和横断面设计-2桥梁横断面设计，主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结构横断面的布置。《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)(以下简称《桥规》)规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸规定(见表2-1和图2-3)。桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，并与路线前后布置配合,必要时自行车道和行车道宜设置适当的分隔设施。不设自行车道和人行道时，可设置栏杆和安全带。为了桥面上排水的需要,桥面应根据不同类型的桥面铺装,设置从桥面中央倾向两侧的1.5%～3.0%的横坡,人行道宜设置向行车道倾斜1%的横坡。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院10上一页下一页1.3桥梁结构的作用作用在桥梁上的荷载可分为三大类：永久作用：在设计基准期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。可变作用：在设计基准期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。偶然作用：在设计基准期内，不一定出现，但一旦出现其值很大且持续时间较短的作用，它包括船只或漂浮物撞击力、地震力、汽车撞击力。桥梁设计时许考虑作用效应组合。作用具有变异性，但在结构设计时，不可能直接引用作用随机变量或随机过程的各种统计参数通过复杂的计算进行设计，因此必须为结构设计时的作用给定一个量值，这个作用量值称为作用代表值(representativevalueofanaction)。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院11上一页下一页公路桥梁设计中对不同的设计状况、不同的极限状态有不同的设计要求，采用的设计代表值也不同。作用的代表值有标准值、频遇值和准永久值。作用标准值是作用的基本代表值，其量值是取结构设计规定期限内可能出现的最不利值。按作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定；频遇值是结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测其内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。准永久值是结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测其内作用任意时点概率分布的0.5（或略高于0.5）分位值确定。公路桥梁结构的设计基准期为100年。112020/2/6内蒙古工业大学建工学院12上一页下一页编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船舶或漂流物的撞击作用21汽车撞击作用2020/2/6内蒙古工业大学建工学院13上一页下一页1.3.1永久荷载结构物的重力及桥面铺装、附属设备等外加重力均属结构重力，可按照结构物的实际体积或设计时所假定的体积及其材料的容重计算。作用于墩台上的土压力、土侧压力可参照《桥规》和《公路桥涵地基与基础设计规范》中规定计算。对于预应力混凝土桥梁结构，预加应力在结构使用极限状态设计时，应作为永久荷载计算其效应；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载。混凝土收缩、徐变和基础变位使超静定结构产生内力。水的浮力对桥梁墩台的影响，当墩台位于透水性地基上时，验算墩台的稳定性，应采用设计水位的浮力，验算地基应力，仅考虑低水位时的浮力，或不考虑水的浮力；当墩台位于不透水性地基上时，可不考虑水的浮力。返回2020/2/6内蒙古工业大学建工学院14上一页下一页1.3.2可变荷载1.汽车荷载汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级。对于高速公路和一级公路，应按公路-Ⅰ级汽车荷载设计桥涵，对于二级、三级和四级公路，则按公路-Ⅱ级汽车荷载设计桥涵。二级公路作为干线公路且重型车辆多时，其桥涵设计可采用公路-Ⅰ级汽车荷载。四级公路重型车辆少时，其桥涵设计可采用公路-Ⅱ级车道荷载效应的0.8倍，车辆荷载效应可用0.7倍。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；车辆荷载则为单车荷载，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。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。继续2020/2/6内蒙古工业大学建工学院15上一页下一页车道荷载车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。继续汽车荷载等级公路-Ⅰ级公路-Ⅱ级qk（KN/m）10.50.75×10.5=7.875计算跨径（m）Pk汽车荷载为公路-Ⅰ级时汽车荷载为公路-Ⅱ级时≤5m1800.75×180=135≥50m3600.75×360=270注：1）桥梁计算跨径在5m～50m之间时，Pk值采用直线内插求得；2）计算剪力效应时，表中Pk值应乘以1.2的系数2020/2/6内蒙古工业大学建工学院16上一页下一页车辆荷载继续301201201401402020/2/6内蒙古工业大学建工学院17上一页下一页横桥向设计车道布置及汽车荷载横向分布系数在横向布置车队时,既要考虑使桥梁获得最大荷载效应,还要考虑到车辆实际行驶需要足够的行车道宽度,桥涵设计车道数应符合表1.11的规定。车道荷载横向分布系数，应按设计车道数按下图布置车辆荷载进行计算。上一页继续桥面宽度W(m)桥涵设计车道数车辆单向行驶时车辆双向行驶时W7.0-17.0≤W10.56.0≤W14.0210.5≤W14.0-314.