汽车荷载的说明

1、桥梁的设计荷载 2.1.1 公路桥涵的汽车荷载 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）将公路桥梁汽车荷载分为公路-级和公 路-级两个等级。 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。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。 车道荷载的计算图式如图 2-3 所示。 P k q k 图 2-3 公路桥梁车道荷载 公路-级车道荷载的均布荷载标准值为10.5kN/m，集中荷载标准值按表 2-4 选取： k q k P 表 2-4 公路桥梁集中荷载标准值 计算跨径 集

2、中荷载标准值 k P备注 5mL 480kN m305m L 采用直线内插求得 50mL 360kN 计算剪力效应时， 上述荷载标准 值应乘以 1.2 的系数。 公路-级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值为公路-级车道荷载 的 0.75 倍。车道荷载的均布荷载标准值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影响线峰值处。 k q k P 公路桥梁车辆荷载的立面、平面尺寸如图 2-4，其主要技术指标规定如表 2-5。公路- 级和公路-级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。 3 0 1 2 0 1 2 0 1 4 0 1 4 0 7 3 . 0 1 .

3、 4 7 . 0 1 . 4 3 . 0 1 . 4 7 . 0 1 . 4 1 5 . 0 1 . 8 2 . 5 (a) 立面 (b) 平面 图 2-4 公路桥梁车辆荷载布置图(单位：kN.m) 表 2-5 公路桥梁车辆荷载主要技术指标 项 目 单 位 技 术 指 标项 目 单 位 技 术 指 标 车辆重力标准值 kN 550 轮距 m 1.8 前轴重力标准值 kN 30 前轮着地宽度及长度 m 0.30.2 中轴重力标准值 kN 2120 中、后轮着地宽度及长度 m 0.60.2 后轴重力标准值 kN 2140 车辆外形尺寸(长宽) m 152.5 轴距 m 3+1.4+7+1.4 公路

4、工程技术旧标准中把大量、经常出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载， 把偶然、 个别出现的平板挂车和履带车作为验算荷载。 汽车车队分为汽车10 级、 汽车15 级、汽车20 级和汽车超 20 级四个等级。验算荷载分为挂车80、挂车100、挂车 120 和履带50。但对新建桥涵已取消汽车15 级、挂车80 的标准，只是为了便于国家 统计工件的连续性而继续保留了这一级荷载。 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）在公路桥涵结构设计采用的标准车辆荷载 模式及其分级方面作了调整。 汽车荷载采用了国外普遍采用的由车道荷载和车辆荷载组成的 模式。一是将四级标准车队荷载分为公路-级、公路-级

5、两级汽车荷载，二是取消了汽车 15 级车辆荷载，即在标准中不再保留该级荷载标准，三是取消了四级公路上使用的汽车 10 级车辆荷载。 经过如此调整， 从荷载水平看， 公路-级基本相当于旧标准 （JTJ001-97） 的汽车超 20 级车辆荷载,公路-级基本相当于旧标准 （JTJ001-97） 的汽车20 级车辆荷 载。另外，从形式上取消了验算荷载，而将验算荷载的影响通过多种途经间接地反映到汽车 荷载模式中。 然而，大量正在使用的桥梁采用的是旧的荷载标准，因此，在这里需对公路工程技术 标准 （JTJ 001-97）的车辆荷载作一介绍。该标准中车队的纵向排列和横向布置及其主要技 术指标规定如图 2-

6、5 和图 2-6。图中所示的荷载均为轴重，每一车队中均规定有一辆重车。 415 汽车15级 415 70 4 50 100 45 100130 5010050 415 汽车10级 415 50 4 30 70 45 70100 307030 154 13070 4 130 34 13070 10 30 汽车超20级 1.4 140 1.4 7 120 120140 10 70 154 13070 70 13070 130 120 4 12070 13060 1.4 汽车20级 415104154 图 2-5 公路桥梁各级汽车车队的纵向排列(单位：kN.m) 100KN、150KN、200KN汽

7、车的平面尺寸300KN汽车的平面尺寸 1.8 4.0 7.0 2.5 2.5 1.4 1.8 4.0 8.0 550KN汽车的平面尺寸 15.0 7.0 1.8 1.43.0 2.5 1.4 0.6 1.3 1.8 横向布置 0.51.8 2.52.5 图 2-6 公路桥梁各级汽车的平面尺寸和横向布置(单位：m) 验算荷载图式及主要技术指标规定如图 2-7。用平板挂车或履带车荷载验算时，不计冲 击力、人群荷载和其他非经常作用在桥涵上的各种外力。履带车在顺桥方向可多辆布载，但 两车间净距不得小于 50m，平板挂车在桥梁全长内用一辆布载。 每条履带单位压力56KN/m 4.0 4.5 200 1.

8、2 200 履带50 横向布置 总重力500KN 3.2 1.2 200200 0.7 2.5 0.7 1.0 挂车80 4.0 4.01.2 1.2 300 300 250 250 1.2 横向布置 1.2 300 300 3.2 3.5 250250 0.5 0.9 0.9 0.9 1.0 挂车120 挂车100 图 2-7 公路桥梁各级验算荷载图式和横向布置（单位：kN.m） 2.1.1 城市桥梁的汽车荷载 城市桥梁设计荷载标准将城市汽车荷载等级划分为：城-A 级汽车荷载和城-B 级汽 车荷载。汽车荷载又可分为车辆荷载和车道荷载。桥梁的横隔梁、行车道板、桥台或档土墙 后土压力的计算应采用

9、车辆荷载。桥梁的主梁、主拱和主桁架等的计算应采用车道荷载。当 进行桥梁结构计算时不得将车辆荷载和车道荷载的作用叠加。 城A 级车辆荷载的标准载重汽车应采用五轴式货车加载，总重 700kN，前后轴距为 18.0m，行车限界横向宽度为 3.0m（图 2-8） 。城-B 级车辆荷载的标准载重汽车应采用三轴 式货车加载，总重 300kN，前后轴距为 4.8m，行车限界横向宽度为 3.0m（图 2-9） 。 140 7.2m 16020014060 18.0m 3.6m6.0m 1.2m 0.6m 0.6m 3.0m 0.6m 0.6m 1.8m 0.25m0.25m 图 2-8 城A 级标准载重汽车

10、60 4.8m 3.6m1.2m 120 120 1.8m 0.6m 3.0m 0.6m 0.25m0.25m q P集中荷载 q均布荷载 图 2-9 城B 级标准载重汽车图 图 2-10 城市道路标准荷载示意图 城A级车道荷载和城B级车道荷载应按均布荷载加集中荷载计算， 如图2-10所示。 均布荷载和集中荷载的标准值见表 2-6。 表 2-6 城市桥梁车道均布荷载标准值 计算跨径 城市 A 级Q 城市 A 级P城市 B 级Q 城市 B 级P 220m 计算弯矩时 22.5 kN/m 140 kN 19.0 kN/m 130 kN 计算剪力时 37.5 kN/m 140 kN 25.0 kN/

11、m 130 kN 20150m 计算弯矩时 10.0 kN/m 300 kN 9.5 kN/m 160 kN 计算剪力时 15.0 kN/m 300 kN 11.0 kN/m 160 kN 说明：当跨径大于 20m 且小于等于 150m 时，对于车道数等于或大于 4 条的桥梁，城A 级计算剪力应乘以 1.25；城B 级计 算剪力应乘以 1.30。 2.2 汽车荷载的冲击力 车辆以较高速度驶过桥梁时，由于桥面的不平整、车轮不圆以及发动机抖动等原因，会 使桥梁结构引起振动，这种动力效应通常称为冲击作用。在此情况下，汽车荷载（动荷载） 对桥梁结构所引起的应力和变形， 要比同样大小的静荷载引起的大。

12、鉴于目前对冲击作用还 不能从理论上做出符合实际的精确计算， 一般引用一个荷载增大系数， 即冲击系数 （1） ， 来计及荷载的冲击作用。冲击作用是根据现成桥梁上所做的振动试验结果分析整理出来的， 在设计中可按不同的结构种类选用相应的冲击系数。 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）对冲击系数的计算见表 2-6。 表 2-6 冲击系数 结构基频 冲击系数 1.5Hzf 0.05 14Hzf1.5Hz 0.45 注：为结构基频。 城市桥梁设计荷载标准 （CJJ 77-98）对车辆荷载的冲击系数规定如下： (1) 车道荷载冲击系数： )80(20l+= (2-1) 式中 l跨径(m) 2

13、. 0,20=时当ml；1 . 0,150=时当ml (2) 车辆荷载的冲击系数： llog3032. 06686. 0= (2-2) 但是的最大值不能超过 0.4。 上面两式中，对于简支的主梁、主桁、拱桥的拱圈等主要构件，l 为计算跨径的长度； 对于悬臂梁、连续梁、刚构、桥面系等构件、墩台以及受局部荷载的构件，l 为相应内力影 响的荷载长度（即为各荷载区段之和） 。 这里应该指出的是， 根据对车桥振动的研究表明， 车辆对桥梁的冲击系数的影响因素很 多，除以上两本规范的长度因素外，还与路面平整度、结构形式、伸缩缝、车辆作用位置等 等因素有关。 其中路面平整度的影响和伸缩缝结构应特别引起桥梁养护

14、部门的注意。 桥面施 工过程中除保证桥面平整度和伸缩缝的安装质量外， 还应保持桥面的整洁； 铺装层的破损要 及时修补，伸缩缝中的赃物杂物应及时清理，伸缩缝的损坏应及时维修，以尽量减小车辆对 桥梁的冲击影响。 2.3 汽车荷载离心力 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）规定：位于曲线上的桥梁，当曲线半径等 于或小于 250m 时，须考虑车辆离心力的作用。离心力为车辆荷载（不计冲击力）乘以离心 系数 C，离心力系数按下式计算： 127RVC 2 = (2-3) V设计车速（km/h） ，应按照桥梁所在路线的设计车速进行计算； R曲线半径 在计算四车道的离心力时，应按规定折减汽车荷载。

15、离心力的着力点在桥面以上 1.2m。 城市桥梁设计荷载标准 （CJJ 77-98）的规定同上。 2.4 汽车荷载引起的土侧压力 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）规定：车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的 破坏棱体上引起的土侧压力，可换算成等代均布土层厚度计算： Bl G h 0 = (2-4) h换填土层的厚度（m） 土的重力密度（kN/m3） G布置在 面积内的车轮的总重力（kN） ； o lB o l桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度（m） ，对于墙顶以上有填土的路堤式挡土墙， 为破坏棱体范围内的路基宽度部分； o l B桥台横向全宽或挡土墙的计算长度。 城市桥梁设计荷载标准 （

16、CJJ 77-98）的规定同上。 2.5 人群荷载 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）规定：公路桥梁设置人行道时，人群荷载 按下面规定计算： （1）当桥梁计算跨径小于或等于 50m时，人群荷载标准值为 3.0kN/m 2；当桥梁计算跨 径等于或大于 150m时，人群荷载标准值为 2.5kN/m 2；当桥梁计算跨径在 50m150m时，可由 线性内插得到人群荷载标准值。 跨径不等的连续结构， 采用最大计算跨径的人群荷载标准值。 （2）城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值为上述标准值的 1.15 倍。 （3）专用人行桥梁，人群荷载标准值为 3.5kN/m 2。 城市桥梁设

17、计荷载标准 （CJJ 77-98）规定： （1） 人行道板的人行荷载为 5kPa 的均布荷载或 1.5kN 竖向集中力分别计算， 并作用在 一块构件上，取其不利者。 （2）梁、桁、拱及其他大跨结构的人群荷载，可按照下式计算，且值在任何情况 下不得小于 2.4kPa。 ww 当加载长度时： 20ml 20 w20 5w p = (2-5) 当加载长度时： 20ml 20 w20 5w p = 80 20l 2 (2-6) w单位面积上的人群荷载（kPa） ； l加载长度（m） ； p w半桥宽（m） ，当大于 4m 时应按 4m 计。 人群荷载对于一般的公路桥梁和城市桥梁而言不是主要荷载， 通常

18、与车辆荷载组合进行 计算。但对于人行道的局部构件，栏杆和专用人行桥来说，却起控制作用。因此，在管理上， 对于柔性的人行桥， 应注意特殊场合下人群荷载在桥梁横向的严重不均衡和有意无意的动力 冲击。 2.6 汽车荷载的制动力 制动力是汽车在桥上刹车时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力 （摩 擦系数可达 0.5 以上） 。 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）规定：一个设计车道上，汽车荷载产生的 制动力为加载长度上汽车荷载总重的 10%，公路-级汽车荷载的制动力标准值不得小于 165kN；公路-级车荷载的制动力标准值不得小于 90kN。同向行驶双车道的汽车荷载制动 力标准

19、为一个设计车道制动力标准的 2.0 倍；同向行驶三车道为一个设计车道的 2.34 倍； 同向行四车道为一个设计车道的 2.68 倍。制动力的方向为汽车行车方向，其着力点在桥面 以上 1.2m。 城市桥梁设计荷载标准 （CJJ77-98）对汽车荷载制动力的规定为：一个设计车道的 制动力城-A 级采用 160kN 或 10%车道荷载两者中的较大值；城-B 级采用 90kN 或 10%车道 荷载两者中的较大值，车道荷载不包括冲击作用。当计算的加载车道为 2 条或 2 条以上时， 应以 2 条车道为准， 其制动力不折减。 制动力作用点的规定同 公路桥涵设计通用规范（JDG D60-2004） 。 同样

20、应该指出， 研究表明车辆制动除对主结构产生较大的水平力外， 还会引起桥梁的振 动，对铺装层推挤磨损甚至破坏。虽然设计中考虑了车辆荷载的制动力，但桥梁养护部门仍 应注意维持桥面良好的行车条件，尽量避免紧急刹车，特别是高速行驶车辆的急刹车，更应 防止桥上的交通事故的发生。 2.7 其它作用力 对于风荷载、流水压力、冰压力、温度作用、支座摩阻力的规定和计算，详见公路桥 涵设计通用规范 （JDG D60-2004）和城市桥梁设计荷载标准 （CJJ77-98） 。 3 偶然作用 偶然荷载包括地震作用和船只、 漂流物的撞击作用。 这种荷载在设计使用期内不一定出 现，但一旦出现，其持续时间较短但数值很大。

21、公路桥梁的抗震设防起点，一般应为设计地震烈度 8 度，但连续梁桥、T 形刚构桥等宜 采用设计烈度 7 度。地震力的计算和结构设计，应符合公路工程抗震设计规范的规定。 位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，在设计中应考虑船只或漂流物的撞击 力。取用撞击力的数值一般可根据实测资料或与有关部门研究确定。当无资料作为依据时， 可参照公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004）附录中的规定计算。 城市桥梁设计荷 载标准 （CJJ77-98）中偶然荷载的计算同公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004） 。 三、荷载组合 三、荷载组合 以上简述了各种可能出现的荷载和外力， 显然这些荷载并非

22、都同时作用于桥梁上的。 根 据各种荷载重要性的不同和同时出现的可能性， 公路桥涵设计通用规范 （JDG D60-2004） 规定： （1）公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按照承载能力极限状态和 正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。 （2）当可变作用的出现对结构或结构构件的产生有利影响时，该作用不应参与组合。 实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，可不考虑其作用效应得组合。 （3）施工阶段作用效应的组合，应按照计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工 人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。 （4）多个偶然荷载不同时参与组合。 1 承

23、载能力极限状态设计 桥涵结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。 1.1 基本组合 永久作用的设计值与可变作用的设计值效应组合，其效应组合表达式如下： )SSS(S n 2j QjKQjcQ1KQ1 m 1i GiKGioudo = += (2-7) 或者 (2- 8) )SSS(S n 2j QjdcQ1d m 1i Gidoudo = += 式中： ud S承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合； o 结构重要性系数，对应于安全等级一级、二级和三级分别取为：1.1、1.0、0.9； Gi 第 个永久作用效应的分项系数，见表 2-7； i GiK S 第 个永久作

24、用效应的标准值和设计值； Gid Si Q1 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取。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； 计算人行道板或人行道 栏杆的局部荷载，其分项系数也与汽车荷载同值； 1.4Q1= Q1K S Q1d S汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值； Qj 在作用效应组合中， 除汽车荷载效应 （含汽车冲击力、 离心力） 外的其他第 j 个可变作用效应的分项系数， 取1.4Qj=， 但风荷载

25、的分项系数取 1.1Qj= QjK S 在作用效应组合中，除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第 Qjd S j个可变荷载作用效应的标准值和设计值； c 在作用效应组合中，除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可 变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可 变作用） 组合时， 人群荷载 （或其他一种可变作用） 的组合系数取； 当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外尚有两种其他可变作用参与组合 时，其组合系数取 0.80c= 0.70c=；尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数 取；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取。 0.60c=0.50c=

26、设计弯桥时，当离心力与制动力同时参与组合时，制动力标准值或设计值按 70取用。 表2-7 永久作用效应的分项系数 永久作用效应分项系数 编号 作用类别 对结构的承载能力不利时 对结构的承载能力有利时 混凝土和圬工结构重力 （包括结构附加重力） 1.2 1.0 1 钢结构重力（包括结构附加重力） 1.1 或 1.2 1.0 2 预加力 1.2 1.0 3 土的重力 1.2 1.0 4 混凝土的收缩徐变作用 1.0 1.0 5 土的侧压力 1.4 1.0 6 水的浮力 1.0 1.0 混凝土和圬工结构 1.0 0.5 7 基础变位 钢结构 1.0 1.0 1.2 偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某