任务1.3 铁路桥梁设计荷载

任务1.3铁路桥梁设计荷载主讲人：梁启龙铁路桥梁与隧道工程教研室CONTENTS01恒载目录02活载03附加荷载恒载PART01一、恒载桥梁设计荷载是桥梁结构设计时所应考虑的各种可能出现的荷载的统称。包括恒载、活载和其他荷载。一、恒载案例——郑州黄河铁路桥百年变迁铁路桥梁恒载是指在设计使用期内其作用位置和大小不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。铁路桥梁荷载包括：桥梁结构自重、桥上附加恒载（桥面、人行道及附属设备）、预加应力、混凝土的收缩和徐变的影响、土因自重所生的竖向和水平压力、静水压力、浮力。一、恒载桥梁结构的自重和桥面附属结构的重量，可按实际体积乘以材料容重计算，铁路桥涵结构一般常用材料容重可按下表中数值采用。一般常用材料容重单位：kN/m3材料名称容重材料名称容重钢78.5干砌片石20.2铸铁72.5填土17.0铅114.0填石（利用弃砟）19.0钢筋混凝土（配筋率在3%以内）25.0碎石道砟21.0混凝土和片石混凝土23.0浇注的沥青15.0浆砌粗料石25.0压实的沥青20.0浆砌块石23.0不注油的木材7.5浆砌片石22.0

一、恒载桥面恒载包括防水层、栏杆、照明设备、信号设备、接触网支柱及声屏障、轨枕、道砟、钢轨、扣件、轨下垫板及电缆等。在计算道砟荷载时应根据维修养护规则计算其局部超砟或移除的可能性。明桥面道砟桥面一、恒载预加应力：对于预应力结构，运营阶段设计时预加应力按永久荷载考虑，强度检算时预加应力不作为荷载，而将预应力筋作为结构抗力的一部分考虑。在超静定结构中，由预加力引起的次内力应属永久荷载。混凝土收缩徐变影响：施工中与施工后结构体系发生变化的超静定结构应考虑混凝土徐变引起的超静定力。一、恒载土压力：作用于墩台上的土的侧压力可按库仑理论推导的主动土压力计算。水浮力：水浮力计算对位于碎石土、砂土、粉土等透水地基上的墩台，当检算稳定性时，应考虑设计洪水频率水位的水浮力地基基础变位的影响：超静定结构应按实际可能发生的基础变位计算其超静定次内力，并应计入混凝土收缩徐变对此项内力的影响。活载PART02二、活载活载铁路桥梁活载是指在设计使用期内其作用位置和大小、方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。桥梁设计中考虑的活载包括铁路列车活载或公路车（道）辆荷载，它们所引起的冲击力、离心力、横向摇摆力（铁路列车）、制动力或牵引力，人群荷载，以及由列车车辆所产生的土压力等。铁路桥梁主要考虑铁路列车活载、人群荷载及列车荷载的影响力。滨州铁路哈尔滨松花江铁路桥滨州铁路哈尔滨松花江桥全长1027.2m，共19孔钢钢桁梁，20个墩台，1900年5月开工，1901年8月竣工，历时1年零3个月。二、活载铁路列车活载一般用普通活载和特种活载表示。普通活载是机车车辆的重量；特种活载是代表某些集中轴重（它对小跨度桥梁及局部杆件的设计起决定作用）。由于不同型号机车（或车辆）的轴重和轴距不相同，在设计时，应按当时的设计规范所制订的列车活载来进行。这种活载不仅能概括当前机车车辆的实际情况，还考虑到今后的发展。二、活载1.列车竖向静活载中华人民共和国铁路标准活载简称“中-活载”，由标准活载和特种活载组成。中-活载标准活载的计算图式如图所示。二、活载高速铁路桥梁列车荷载采用ZK标准设计活载如图所示，ZK特种活载如图所示。二、活载ZK标准活载图式ZK特种活载图式1列车竖向动力作用：列车竖向动力作用等于列车竖向静活载乘以动力系数（1+μ），主要反映列车行驶时的的振动，活载土压力：列车静活载在桥台后破坏棱体上引起的侧向土压力，应按列车静活载换算为当量均布土层厚度计算。离心力:桥梁在曲线上时，应考虑列车竖向静活载产生的离心力。离心力按水平向外作用于轨顶以上2.0m处。离心力应按下列公式计算：二、活载列车荷载影响力横向摇摆力应取100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。多线桥梁只计算任一线上的横向摇摆力。空车时应考虑横向摇摆力。铺设无缝线路桥梁，桥梁设计应考虑无缝线路长钢轨纵向力作用。主要有伸缩力、挠曲力、断轨力作用。人行道荷载:铁路桥梁设有人行道时，应考虑人群荷载，人群荷载按均匀分布荷载考虑。对于道砟桥面和明桥面的人行道，人群荷载按4.0kPa计，对于人工养护的道砟桥面除考虑人群荷载外，还应考虑养护时人行道上的堆砟荷载。栏杆立柱及扶手时，水平推力按0.75kN/m计算。二、活载其他活载附加荷载PART03三、附加荷载制动力和牵引力列车制动力或牵引力应按列车竖向静活载的10%计算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时，制动力或牵引力应按列车竖向静活载的7%计侧。双线桥应采用一线的制动力或牵引力；三线或三线以上的桥应采用两线的制动力或牵引力。风荷载横向风力的受风面积按桥跨结构理论轮廓面积乘以下列系数：钢桁梁及钢塔架0.4；钢拱两弦间的面积0.5；桁拱下弦与系杆间的面积或上弦与桥面系间的面积0.2；整片的桥跨结构1.0；列车受风面积应按3m高的长方带计算，其作用点在轨顶以上2rn高度处。三、附加荷载13级狂风吹翻火车流水压力及冰压力：铁路桥梁桥墩上承受的流水压力，分布假定为倒三角形，其合力的着力点位于水位线以下1/3水深处。温度荷载：铁路桥涵结构和构件应计算均匀温差和日照温差引起的变形和应力，温差应按当地气候条件与建造条件确定，线膨胀系数（1/℃）按下列取值：钢：0.0000118；钢筋混凝土和混凝土：0.000010；石砌体：0.000008。三、附加荷载特殊荷载特殊荷载主要包括脱轨荷载、船只或排筏的撞击力、地震力、施工临时荷载等，计算时可视具体情况分别计算。三、附加荷载荷载组合桥梁结构设计应根据结构的特性和检算内容，以其最不利组合荷载进行设计。桥梁设计荷载应仅考虑主力与一个方向（顺桥或横桥方向）的附加力相结合，荷载组合时应遵循以下原则：如杆件的主要用途为承受某种附加力，则在计算此杆件时，该附加力应按主力考虑；流水压力不与冰压力组合，两者也不与制动力或牵引力组合。