《桥梁设计规范学习与应用讲评》讲稿.ppt

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1、桥梁设计规范学习与应用讲评,按新颁布的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004和公路桥涵设计通用规范JTG D602004编写 张树仁 2005年6月于哈尔滨,前言,新颁布的公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)(以下简称通用规范JTG D60)和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D60-2004)(以下简称桥规JTG D62)业经交通部批准，于2004年10月1日开始实施。新颁布的通用设计规范JTG D62是在原公路桥涵设计通用规范(JTJ 021-89)的基础上修订而成。在修订过程中，规范修订组会同吉林省交通科学研究所和重庆交通学院等单位进行

2、了有关的科研工作。新颁布的桥规JTG D62是在原公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 023-85)的基础上修订而成的。在规范修订过程中，规范修订组会同哈尔滨工业大学、同济大学和湖南大学等单位进行了专题科研。两本规范在修订过程中，还吸取了国内其他单位的研究成果和实际工程设计经验，借鉴了国际先进的标准规范，与国内相关规范作了比较和协调。在规范条文初稿编写完成以后，通过多种方式广泛地征求了有关单位和个人的意见，对规范的主要内容进行了试设计，经反复修改，最后由交通部会同有关部门审查定稿。,两本规范修订的主要内容有：按公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T20283-1999）的规定，

3、新规范采用了以概率理论为基础的极限状态设计法；按工程结构设计基本术语和通用符号（GBJ123-90）的规定，修改了符号，并列出了基本名词术语；增加了结构耐久性设计规定，明确提出了公路桥涵结构设计应按所处的环境进行耐久性设计的概念；在设计荷载标准方面，取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路级和公路级标准汽车荷载，取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中；将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法，改为以结构基频为主要影响因素的计算方法；在材料方面，改变了强度的取值原则，将混凝土的强度等级提高到C80，钢筋品种也随现行国家标准的规定作了调整；全面改进和补充了各种受力构件的

4、正截面、受弯构件的正截面和斜截面承载力计算内容；改善了预应力混凝土受弯构件抗裂限值，裂缝宽度和构件刚度的计算方法，以及预应力钢筋的几项预应力损失，如钢丝和钢绞线的松驰损失，混凝土收缩和徐变损失等。此外，新规范增加了组合式受弯构件、墩台盖梁、桩基承台和箱梁翼缘有效宽度等方面的计算和构造的规定。对桥梁上、下部构造，如钢筋的最小保护层厚度，最小锚固长度，钢筋接头及钢筋最小配筋率等方面也作了较全面的补充和完善。新颁布的通用设计规范JTG D60和桥规JTG D62是我国桥梁结构理论研究和设计经验的总结，反映了近年来国内外桥梁结构理论方面的新成就，与原规范相比不仅在内容上有较大变化，而且有很多实质性的改

5、进，对提高和保证桥梁结构设计质量，达到技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的设计要求具有重要意义。,了解修改规范的内容和依据，对于正确地掌握和应用新规范是很重要的，这也是广大设计、施工、科研、教学人员十分关心的问题。为了配合新规范的实施，帮助工程技术人员全面深刻理解新规范有关内容，编写了这本“学习与应用讲评”材料，笔者试图以浅显的文字，反应规范有关条文的背景及应用，使读者能够准确了解规范的原意，正确的应用规范进行设计。在本书编写过程中得到了哈尔滨工业大学和中交公路规划设计院领导的关心和支持。人民交通出版社土木与建筑编辑部马玺主任付出了辛勤的劳动。哈尔滨工业大学研究生孙筠李彦滨和杨帆参与了部分

6、例题计算、绘图、打字及审核工作。在此一并表示谢意。由于笔者水平有限，时间又较为仓促，文中难免有不妥或疏漏之处，敬请读者批评指正。张树仁 2005年6月于哈尔滨工业大学,目录,第一章 概率极限状态设计法1-1 结构极限状态1-2 概率极限状态设计基本原理1-3 承载能力极限状态设计原则第二章 作用（或荷载）及作用（或荷载）效应组合2-1 作用（或荷载）分类及作用（或荷载）效应组合2-2 按承载能力极限状态设计时的作用（或荷载）效应组合2-3 按正常使用极限状态设计时的作用（或荷载）效应组合2-4 汽车荷载计算图式及加载方法2-5 汽车荷载冲击系数第三章 混凝土结构材料选择及设计参数3-1 混凝土

7、的强度3-2 钢筋的强度3-3 混凝土及钢筋强度设计参数取值3-4 高强混凝土和中高强钢筋在桥梁结构中的应用,第四章 混凝土结构的耐久性设计4-1 混凝土结构损伤与耐久性4-2 提高混凝土桥梁结构耐久性的技术措施 4-3混凝土结构耐久性设计的内容第五章 钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算5-1 受弯构件正截面抗弯承载力计算的基本方程5-2 关于公式适用条件的说明5-3 正截面抗弯承载力计算时的荷载效应组合5-4 T形（或箱形）截面梁受压翼缘计算宽度5-5 关于纵向受拉钢筋极限拉应变取为0.01的限制。第六章 钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算6-1 斜截面抗

8、剪承载力计算的基本方程式6-2 钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算6-3 预应力混凝土斜截面抗剪承载力计算6-4 变高度梁斜截面抗剪承载力计算,第七章 钢筋混凝土轴向受力构件承载力计算71 钢筋混凝土轴心受压构件承载力计算72 钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件承载力计算73 矩形截面偏心受压构件正截面承载力的实用计算方法73 圆形截面偏心受压构件正截面承载力实用计算方法第八章 钢筋混凝土及预应力混凝土受扭及弯剪扭构件承载力计算81 矩形或箱形截面纯扭构件抗扭承载力计算82 受弯、剪、扭共同作用的矩形（或箱形）截面构件的承载力计算83 复杂形式截面受扭构件的承载力计算第九章 钢筋混凝土及预应力混凝土

9、结构持久状况正常使用极限状态计算91 预应力损失92 预应力混凝土受弯构件抗裂性验算93 钢筋混凝土及部分预应力混凝土B类构件的裂缝宽度计算94 钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件的变形计算,第十章 预应力混凝土结构持久状况和短暂状况构件的应力计算10-1 全预应力混凝土及部分预应力混凝土A类构件使用阶段的应力验算10-2 部分预应力混凝土B类构件使用荷载作用阶段的应力验算10-3 预应力混凝土受弯构件短暂状况应力验算第十一章 预应力混凝土简支梁设计11-1 预应力混凝土简支梁设计的主要内容和计算步骤11-2 预应力混凝土梁的截面设计11-3 预应力混凝土梁的配筋设计第十二章 钢筋混凝土深受弯构

10、件承载能力极限状态计算12-1深受弯构件的受力性能12-2深梁的内力计算12-3 深受弯构件的承载力计算12-4 钢筋混凝土盖梁（短梁）承载力计算参考文献,第一章 概率极限状态设计法,以往，我国公路桥梁结构曾采用过多种计算方法，不论它们属于弹性理论还是非弹性理论，都是把影响结构可靠性的各种参数视为确定的量，结构设计的安全系数一般依据经验或主要依据经验来确定。这些方法被称为“定值设计法”。然而，影响结构可靠性的诸如荷载、材料性能、结构几何参数等因素，无一不是随机变化的不确定的量。1999年颁布的国家标准公路工程结构可靠度设计统一标准(GB/T50283-1999)（以下简称公路统一标准GB/T5

11、0283）引入了结构可靠度理论，把影响结构可靠性的各种因素均视为随机变量，以大量调查实测资料和试验数据为基础，运用统计数学的方法，寻求各随机变量的统计规律，确定结构的失效概率（或可靠度）来度量结构的可靠性，这种方法称为“可靠度设计法”，用于结构的极限状态设计也可称为“概率极限状态设计法”。新颁布的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（以下简称桥规JTG D62）是按概率极限状态设计法编写的。我国公路工程结构设计由长期沿用的，不甚合理的“定值设计法”转变为“概率极限状态设计法”，即在度量结构可靠性上由经验方法转变为运用统计数学的方法，这无疑是设计思想和设计理论的一

12、大进步，使结构设计更符合客观实际情况。,1-1 结构极限状态,所有建筑结构在设计时必须符合技术先进、经济合理、安全适用的要求。结构的可靠性是由结构的安全性、适用性和耐久性决定的。在结构设计中，结构的安全性、适用性和耐久性是采用功能极限状态作为判别条件。所谓功能极限状态，是指整个结构构件的一部分或全部超过某一特定状态，就不能满足某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。建筑结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。1承载能力极限状态 所谓承载能力极限状态，是指结构或构件达到最大承载力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态，它是结构安全性功能极限状态。当结构或构件出现下列状态

13、之一时，应认为超过了承载能力极限状态：（1）结构或结构的一部分作为刚体失去平衡；（2）结构、结构构件或其连接因超过材料强度而破坏，或因过度的塑性变形而不能继续承载；（3）结构转变为机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定。超过结构承载能力极限状态将导致人身伤亡和经济损失，因此任何结构和结构构件均需避免出现这种状态。为此，在设计时应控制出现承载能力极限状态的概率，使其处于很低的水平。,2正常使用极限状态 所谓正常使用极限状态是指对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态，它是结构的适用性和耐久性功能极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一，即认为超过了正常使用极限状态：（1）影响正

14、常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性的局部损坏（例如，钢筋混凝土构件的裂缝宽度超过某个限值）；（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其他特定状态。各种结构或结构构件都有不同程度的结构正常使用极限状态要求。当结构超过正常使用极限状态时，虽然它已不能满足适用性和耐久性功能要求，但结构并没有破坏，不会导致人身伤亡。因此，出现正常使用极限状态的概率允许大于承载能力极限状态出现率的概率。,1-2 概率极限状态设计基本原理,极限状态设计的基本方程可写为下列形式：（1.2-1）式中：作用（或荷载）效应；结构抗力。1作用（或荷载）效应与结构抗力的随机性（1）作用（或荷载）效应是指作用（或荷载

15、）引起的内力（例如，弯矩、剪力、轴力、扭矩等）。对弹性材料构件，作用（或荷载）效应与作用（或荷载）呈线性关系，因此，可用作用（或荷载）的特性来描述作用（或荷载）效应特性。作用（或荷载）的基本特性是随机性，这种随机性表现在两个方面，其一是作用（或荷载）的取值具有随机性，其二是作用（或荷载）随时间的变化。按作用（或荷载）随时间的变化情况可分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。永久作用 在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计。但是永久作用（或荷载）的取值具有随机性，例如构件自重，由于材料容重的变化和构件尺寸的偏差可能与计算值不符，是随机变量。可变作用 在设计基准期内量值随时

16、间变化，且变化值与平均值比较不可忽略。例如，作用于桥梁上的车辆荷载和人群荷载的作用位置和数值大小都是变化的，其随机性是很明显的。偶然作用 在设计基准其内出现的概率很小，一旦出现其值很大，且持续时间很短，例如罕遇地震，车辆或船舶撞击力等。,（2）结构抗力的大小，主要取决于结构所用材料强度和构件的几何尺寸。材料强度是随机变量，无论是钢筋或是混凝土的强度都是有变异的。来自不同钢厂的同一种类的钢筋，其实际强度并不完全相同，即使是同一钢厂，甚至同一炉的钢筋强度抽样试验结果也是有差异的。同一设计强度等级的混凝土，由于材料称量不准，施工条件和技术水平的影响，其实际强度的变化幅度就更为显著。构件几何尺寸也是随

17、机变量，由于制造工艺和操作技术等因素，构件的实际尺寸与设计尺寸不可能完全一致。基于以上各种影响因素的随机性，结构抗力亦具有随机性。,2结构的可靠概率与失效概率 由于作用效率与结构抗力都具有随机性，其统计值都可以用概率分布曲线来表示，并用概率来描述结构的可靠和失效。作用效应和结构抗力都可以用内力表示，因此可以将其分布曲线并列于同一坐标内进行分析。现以横坐标表示作用效应（S）和结构抗力（R），纵坐标表示出现的概率密度f（见图1.2-1）。结构设计应满足公式（1.2-1）的要求，即。将公式（1.2-1）反映在图1.2-1上，结构抗力概率分布曲线应位于作用效应概率分布曲线的右侧。这样才能使绝大多数情况

18、下，作用效应小于结构抗力（）。但是，这两个概率分布曲线不可避免地要有一小部分重合。在重合的区域内可能出现作用效应大于结构抗力，即。例如，在重合区的a点，结构抗力为Ra，在a点右边阴影线范围内的作用效应值S都比Ra大，这就意味着在阴影线范围内结构是不安全的，或者说结构可能失效。如果在作用效应不变的情况下，增加构件截面尺寸、加大配筋率或提高材料强度，使结构抗力提高，结构抗力概率分布曲线向右移，与作用效应分布曲线的距离拉开，使两个概率分布曲线的重合区减小，即出现的概率减小。但是，要完全消除重合区是不可能的。即失效的可能性要完全消除是不可能的，只能减小到最低限度。,2结构的可靠概率与失效概率 由于作用

19、效率与结构抗力都具有随机性，其统计值都可以用概率分布曲线来表示，并用概率来描述结构的可靠和失效。作用效应和结构抗力都可以用内力表示，因此可以将其分布曲线并列于同一坐标内进行分析。现以横坐标表示作用效应（S）和结构抗力（R），纵坐标表示出现的概率密度f（见图1.2-1）。结构设计应满足公式（1.2-1）的要求，即。将公式（1.2-1）反映在图1.2-1上，结构抗力概率分布曲线应位于作用效应概率分布曲线的右侧。这样才能使绝大多数情况下，作用效应小于结构抗力（）。但是，这两个概率分布曲线不可避免地要有一小部分重合。在重合的区域内可能出现作用效应大于结构抗力，即。例如，在重合区的a点，结构抗力为Ra，

20、在a点右边阴影线范围内的作用效应值S都比Ra大，这就意味着在阴影线范围内结构是不安全的，或者说结构可能失效。如果在作用效应不变的情况下，增加构件截面尺寸、加大配筋率或提高材料强度，使结构抗力提高，结构抗力概率分布曲线向右移，与作用效应分布曲线的距离拉开，使两个概率分布曲线的重合区减小，即出现的概率减小。但是，要完全消除重合区是不可能的。即失效的可能性要完全消除是不可能的，只能减小到最低限度。,图1.2-1 作用效应（S）、结构抗力（R）概率分布曲线示意图 为了便于说明问题，我们可将公式（1.2-1）改写为下列形式；（1.2-2）式中，Z为结构抗力与作用效应之差，即结构抗力抵消作用效应后的多余抗

21、力。若假定R与S为正态分布的随机变量，则Z值也必然是一个正态分布的随机变量。将结构抗力与作用效应两条概率分布曲线合成后示于图（1.2-2），横坐标表示多余抗力Z，纵坐标为多余抗力的概率密度f(z)。图1.2-2 多余抗力概率分布图 当Z0，意味着结构抗力大于作用效应，结构处于可靠状态；当Z=0，意味着结构抗力等于作用效应，结构处于极限状态；当Z0，意味着结构抗力小于作用效应，结构处于失效状态；,可靠状态和失效状态的大小用概率表示，前者称为可靠概率，后者称为失效概率。在图1.2-2中，纵坐标右边概率分布曲线与横坐标所包围的面积即为可靠概率，纵坐标左边概率分布曲线与横坐标所包围的阴影面积即为失效概

22、率。其数值由概率分布曲线f(z)积分求得，即 可靠概率（1.2-3）失效概率（1.2-4）可靠概率与失效概率之和为 3可靠度与可靠指标（1）结构的可靠度 结构可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的总称，用结构可靠度来表示。结构可靠度是指结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。结构的可靠度可用可靠概率 表示，亦可用失效概率 表示。但习惯上都采用失效概率 表示，因为失效概率具有明确的物理意义，能较好地反映问题的实质，但是计算失效概率比较复杂，因此国内外都采用可靠指标 代替失效概率 来度量结构的可靠度。,（2）可靠指标的概念 前已指出失效概率等于图1.2-2原点左边的阴影面积，其大小随概率

23、分布曲线位置而变。概率分布曲线的位置与平均值 有关，平均值 与原点的距离越大，即阴影的面积越小，则失效概率越小图1.2-3(a)；反之，平均值 与原点的距离越小，即阴影面积越大，则失效概率越大图1.2-3(b)。因此，平均值 的大小在一定程度上可反映失效概率的大小。但是只用平均值 一个指标不能反映曲线离散程度（即标准差）的影响，对于平均值相同的两个随机变量，由于离散程度（即标准差）的不同，失效概率亦不相同。离散程度越大，则标准差 越大，则阴影面积越大（图1.2-3(a)中的虚线），即失效概率就越大。,图1.2-3 可靠指标与失效概率关系图,因此，用平均值 和标准差 的比值 来反映失效概率，称为

24、可靠指标。（1.2-5）式中：结构可靠指标；多余抗力的平均值；多余抗力的标准差。由图1.2-3可以看出，值越大，失效概率越小；值越小，失效概率越大。因此，可靠指标 值能直接说明可靠度的大小。（3）失效概率与可靠指标的关系 失效概率与可靠指标的关系，可根据标准正态分布的函数表，按公式计算。对应关系如表1.2-1所示。由表1.2-1可以看出，随着可靠指标 的提高，失效概率 迅速减少。用可靠指标代替失效概率来度量结构的可靠度，概念清楚，计算简单，已被国内外普遍采用。,表1.2-1 失效概率与可靠指标的对应关系,（4）设计可靠指标（即目标可靠指标）前已指出，结构设计应满足公式（1.2-1）即 的要求。

25、若将其转换为以失效概率或可靠指标来度量，公式（1.2-1）可改写为下列形式：（1.2-6）（1.2-7）式中 允许失效概率；设计可靠指标，又称目标可靠指标。为设计规范所规定的作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标，称为设计可靠指标，它是根据设计所要求达到的结构可靠度而选定的，所以又称为目标可靠指标。目标可靠指标，理论上应根据各种结构构件的重要性，破坏性质（延性、脆性）及失效后果等因素，并结合国家技术政策以优化方法分析确定。但是，限于目前统计资料还不够完备，并考虑到规范的现实继承性，一般采用“校准法”，并结合工程经验加以确定。所谓“校准法”就是根据各种变量的统计参数和概率分布类型，运用可靠度

26、的计算方法，揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确定目标可靠指标的主要依据。这种方法在总体上承认了以往规范的设计经验和可靠度水平，同时也考虑了渊源于客观实际的调查统计分析资料，是比较现实和稳妥的。,公路统一标准GB/T50283根据对公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85）进行的“校准”，并参照工业与民用建筑工程和铁路桥梁的有关规定，给出的公路桥梁结构的目标可靠指标列于表1.2-2。注：1.表中延性破坏系指结构构件有明显变形或其他预兆的破坏；脆性破坏系指结构构件无明显变形或其他预兆的破坏；2.当有充分依据时，各种材料桥梁结构设计规范采用的目标可靠指标值，可对本表的规定值作幅

27、度不超过0.25的调整。目标可靠指标选后，即可按公式（1.2-5）计算可靠指标，进行可靠指标验算，或进一步建立包括作用（或荷载）效应和结构抗力基本变量的统计参数、目标可靠指标的极限状态方程，进行结构的承载能力计算。应该指出，目前由于作用（或荷载）效应和结构抗力基本变量的统计资料还很不充分，概率模式和统计参数还很不完善，直接采用可靠指标 进行具体设计是有困难的。为了实际工作的需要，必须在可靠指标计算公式的基础建立近似的实用概率极限状态设计法。,表1.2-2 公路桥梁结构的目标可靠指标,1-3 承载能力极限状态设计原则,概率极限状态设计的表达式可根据可靠指标计算公式（1.2-5）演变求得。按着随机

28、变量代数运算规则，随机变量差的平均值等于随机变量平均值之差，即（1.3-1）随机变量差的标准差的平方，等于随机变量标准差的平方之和，即（1.3-2）将公式（1.3-1）和（1.3-2）代入公式（1.2-5），则可求得可靠指标的表达式为（1.3-3）将 代入上式，并引入变异系数，则得：（1.3-4）荷载效应的标准差 和变异系数 可通过荷载效应标准值 和分项系数、表示。,结构抗力的标准差 和变异系数，可通过结构抗力标准值 和材料分项系数 表示。将上述有关系数代入（1.3-4），经整理后得概率极限状态设计的基本表达式为：（1.3-5）式中：永久荷载标准值；可变荷载标准值；永久荷载分项系数，其数值与永

29、久荷载的均方差，变异系数及目标可靠指标有关；可变荷载分项系数，其数值与可变荷载的均方差，变异系数及目标可靠指标有关；混凝土抗压强度标准值和设计值；钢筋抗拉强度的标准值和设计值；结构抗力系数，其数值与结构抗力标准差、变异系数及目标可靠指标有关；混凝土材料分项系数；钢筋材料分项系数；,对于不同安全等级的结构，具有不同的可靠度要求，为此，引入结构重要性系数，则上式可改写为（1.3-6）从形式上看，上面给出的概率极限状态表达式（1.3-5）与过去采用的多系数极限状态表达式基本一致，但实质上是有很大差别的。公式（1.3-5）中各项分项系数的、的确定与作用（或荷载）、材料强度等基本变量的统计参数与目标可靠

30、指标有关，是通过选定的目标可靠指标 换算出来的，换句话说，公式（1.3-5）中各项分项系数中隐含了目标可靠指标，满足了结构可靠度的要求。这一点在概念上不能与过去定值设计法中的安全系数相混淆。,第二章 作用（或荷载）及作用（或荷载）效应组合,新颁布的公路桥涵通用规范（JTG D60-2004）（以下简称通用规范JTG D60）修订了公路桥涵结构设计的作用效应的组合方式及其组合系数，引入了作用的短期效应组合和长期效应组合，并提出了各种可变作用短期效应组合时的频遇值系数和长期效应组合时的准永久值系数；引入了公路桥涵设计的安全等级及其重要性系数，以桥涵结构破坏可能产生的后果严重程度的不同采用了不同的重

31、要性系数，使结构的设计更趋合理；取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路-级和公路-级标准汽车荷载，取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中；将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法，改为以结构基频为主要影响因素的计算方法。,2-1 作用（或荷载）分类及作用（或荷载）效应组合,公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类，规定于表2.1-1。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：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做不同受力方向的

32、验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，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，按表2.1-2规定不考虑其作用效应的组合。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设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。多个偶然作用不同时参与组合。,表2.1-1 作用分类,表2.1-2 可变作用不同时组合表,2-2 按承载能力极限状态设计时的作用（或荷载）效应组合,公路桥涵结构的承载

33、能力极限状态设计，按照可能出现的作用，将其分为两种作用效应组合，即基本组合和偶然组合。作用效应的基本组合是指永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合，这种组合用于结构的常规设计，是所有公路桥涵结构都应该考虑的。作用设计值为作用的标准值乘以相应的分项系数。作用效应的偶然组合是指永久作用标准值、可变作用代表值和一种偶然作用标准值的效应组合，视具体情况，也可不考虑可变作用效应参与组合。作用效应偶然组合用于结构在特殊情况下的设计，所以不是所有公路桥涵结构都要采用的，一些结构也可采取构造或其他预防措施来解决。,通用规范JTG D60规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组

34、合：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：(2.2-1)或(2.2-2)式中：承载能力极限状态下作用基本组合设计值；结构重要性系数，按表2.2-1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；第i个永久作用效应的分项系数，应按表2.2-2的规定采用；第i个永久作用效应的标准值和设计值；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

35、数取与汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载，其分项系数也与汽车荷载取同值；,Sud,0,汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的标准值和设计值；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个可变作用效应的分项系数，取=1.4，但风荷载的分项系数取=1.l；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个可变作用效应的标准值和设计值；在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)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=0.8；当除汽车

36、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=0.70；尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取=0.60；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取=0.50。例如：（1）除汽车荷载效应外，只有一种其他可变作用参与组合时，取=0.8（2）除汽车荷载效应外，尚有两种其他可变作用参与组合时，取=0.7（3）除汽车荷载效应外，尚有三种其他可变作用参与组合时，取=0.6 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。,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

37、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现行公路工程抗震设计规范规定采用。,表2.2-1 公路桥涵结构的设计安全等级,注：本表所列特大、大、中桥等系按通用规范JTGD60表中的单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其中最大跨径为准；本表冠以“重要”的大桥和小桥，系指高速公路和一级公路上、国防公路上及城市附近交通繁忙公路上的桥梁。,注：本表编号1中，当钢桥采用钢桥面板时，永久作用效应分项系数取1.1；当采用混凝土桥面板时，取1.2。作用效应组合表达式中的作用分项系数是在有关作用（恒载、汽车荷载）概率统计分析的基础上，结合结构抗力的统计分析结果，

38、对原公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）进行“校准”，得到用于桥涵设计的结构可靠度指标，然后通过极限状态设计表达式，运用“抗力最小二乘法”或“可靠指标最小二乘法”的优化方法，求得恒载效应分项系数=1.2，汽车荷载效应分项系数=1.4。这两个系数维持了原公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG02385）相同的量值。,表2.2-2 永久作用效应的分项系数,汽车荷载在公路工程结构中通常被视为主导的可变作用，在设计表达式中与永久作用一样单独列出。在桥梁设计中，汽车荷载分项系数按不同的作用效应组合采用。当某个可变作用对结构或结构构件确实起到主导影响（在同类效应中其值超过

39、汽车效应），则其分项系数宜采用该作用效应组合的汽车荷载分项系数。对于专为承受某作用而设置的结构或装置，如钢桥的风构，设计时风荷载可被视为主导作用，其分项系数取与汽车荷载同值，但当风荷载参与其他荷载组合时，以往将该组合作为“附加组合”考虑，同时，风荷载计入瞬时脉动风压的影响，比原规范有较大增加，其分项系数只能取1.1。关于公式（2.2-1）、（2.2-2）中的作用效应组合系数，在多数情况下，桥涵结构上往往同时作用多个荷载，但是规范确定的恒载分项系数、汽车荷载分项系数以及赖以建立这些系数的可靠度指标，是在只有恒载和汽车荷载作用的最基本组合下确定的，当结构上作用着多于上述荷载时，综合荷载效应最大值的

40、统计规律也发生相应的变化，从而影响了结构可靠度指标和恒载、汽车荷载分项系数的取值。因此，在保持可靠度指标、恒载和汽车荷载分项系数不变的情况下，对多个可变荷载参与效应组合时，引入其值小于1.0的荷载效应组合系数 对荷载标准值效应作等值折减。组合系数 是针对可变荷载效应的不同比值，通过优化方法确定的，它随参与组合的可变荷载的增加而减小，规范给出的 值是经优化计算后适当提高的数值。,2-3 按正常使用极限状态设计时的作用（或荷载）效应组合,在公路桥梁结构中，对于需要进行正常使用极限状态设计的结构，需要考虑可变作用的短期效应组合和长期效应组合，其可变作用代表值采用频遇值和准永久值。众所周知，正常使用极

41、限状态设计仅涉及结构构件的抗裂，裂缝宽度和挠度，其结构可靠度要比承载能力极限状态低得多。可变作用的频遇值是指结构上较频繁出现的且量值较大的作用取值，但它比可变作用的标准值小，实际上由标准值乘以小于1.0的频遇值系数1得到。可变作用的准永久值是指在结构上经常出现的作用取值，但它比可变作用的频遇值又要小一些，实际上是由标准值乘以小于1的准永久值系数2的得到。通用规范JTG D62规定，公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合；,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：(2.3-1)式中：作用短期效应组合设计值；

42、第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）=0.7，人群荷载=1.0，风荷载=0.75，温度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；第j个可变作用效应的频遇值。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：(2.3-2)式中：作用长期效应组合设计值；第j个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）=0.4，人群荷载=0.4，风荷载=0.75，温度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；第j个可变作用效应的准永久值。,2-4 汽车荷载计算图式及加载方法,通用规范JTG D62规定，公路桥涵设计时，汽车荷载的计算图式、荷载等级及其标准值、加载

43、方法和纵横向折减等应符合下列规定：1 汽车荷载分为公路I级和公路II级两个等级。2 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，车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。3 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表2.4-1的规定。表2.4-1 各级公路桥涵的汽车荷载等级 二级公路为干线公路且重型车辆多时，其桥涵的设计可采用公路I级汽车荷载。四级公路上重型车辆较少时，其桥涵设计所采用的公路II级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。,4 车道荷载

44、的计算图式见图2.4-1。图2.4-1 车道荷载 公路I级车道荷载的均布荷载标准值为=10.5kN/m；集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，=180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，=360kN；桥梁计算跨径在5m50m之间时，值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值 应乘以1.2的系数。公路II级车道荷载的均布荷载标准值 和集中荷载标准值 按公路I级车道荷载的0.75倍采用。车道荷载的均布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最大影响线峰值处。,5 车辆荷载的立面、平面尺寸见图2.4-2，主要技术指标

45、规定于表2.4-2。公路I级和公路II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。表2.4-2 车辆荷载的主要技术指标 图2.4-3 车辆荷载横向布置（图中尺寸以米为单位）图2.4-2 车辆荷载的立面、平面尺寸（图中尺寸以米为单位）,6 车道荷载横向分布系数应按设计车道数如图2.4-3布置车辆荷载进行计算。7 桥涵设计车道数应符合表2.4-3的规定。多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数等于或大于2时，由汽车荷载产生的效应应按表2.4-4规定的多车道折减系数进行折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。表2.4-3 桥涵设计车道数 表2.4-4 横向折减系数,8 大跨径桥梁上

46、的汽车荷载应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径大于150m时，应按表2.4-5规定的纵向折减系数进行折减。当为多跨连续结构时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。表2.4-5 纵向折减系数 对通用规范JTG D62的上述规定，应加以说明的是：规范给出的车道荷载是个虚拟荷载，它的标准值 和 是由对汽车车队（车重和车间距）的测定和效应分析得到的。通过对各种桥型的各种跨径的大量试算，进行车道荷载效应与原规范汽车超20级和汽车20级效应的比较，按车道荷载计算的效应与原规范比较有升有降，总体上升的多，降的少。试算中同时发现，公路II级车道荷载可以按公路I级车道荷载的0.75倍采用。规定当计算

47、剪力效应时，集中荷载标准值 应在原规定值的基础上提高1.2倍，其主要用于验算下部结构或上部结构腹板。,汽车荷载横向分布系数 桥梁设计时，为取得主梁的最大受力，汽车荷载在桥面上需要偏心加载，其方法仍可按图2.4-3所示的车辆荷载横向布置偏心加载确定。横桥向设计车道布置及多车道横向折减系数 表2.4-3列出了桥面宽度与设计车道数的关系，是以公路工程技术标准规定的一个行车道宽度为3.503.75m建立的，也即在某一设计车道数下所建立的行车道宽度，既能适用于3.50m又能容纳3.75m。设N为设计车道数，表中的下限为3.5N，上限为3.5(N+1)。如N=3，车辆单向行驶时，行车道宽度即为3.53=1

48、0.5m3.54=14.0m，它也容纳了3.753=11.25m。但是，在以往的桥梁设计中经常遇忽略行车道数的概念，在按规范规定的偏载加载时，将双车道的行车道宽度布置了三行车队进行计算，例如，以往设计经常出现9.0m的行车道宽度布置了三行车队的事例，而9.0m甚至于10.0m按表2.4-3规定仍属于双车道。这样，就加大了桥梁的设计荷载，造成无谓的浪费。当车辆双向行驶时，行车道的下限宽度仍为3.5N，但上限宽度应为3.5(N+2)。,多车道横向折减的含义是，在桥梁多车道上行驶的汽车荷载使桥梁构件的某一截面产生最大效应时，其同时处于最不利位置的可能性太小。显然这种可能性随车道数的增加而减小，而桥梁

49、设计时各个车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置的，因此，计算结果应根据上述可能性的大小进行折减。这是个概率事件，可以认为各车道上的汽车荷载加载是互不相关的，按重复独立试验随机事件的概率理论，建立多车道横向折减系数与相关变量的关系式，得到折减系数的具体数值。汽车荷载纵向折减系数 规范规定的汽车荷载标准值是在特定的条件下确定的，例如，在汽车荷载的可靠性分析中，用于计算各类桥型结构效应的车队，采用了自然堵塞时的车间间距；汽车荷载本身的重力，也采用了路上运煤车或其他重车居多的调查资料。但是在实际桥梁上通行的车辆不一定都能达到上述条件，特别是大跨径的桥梁，所以国外有些规范对车辆荷载适用跨径做了限制。本规

50、范采用纵向折减的方法，对特大跨径桥梁的计算效应进行折减。折减系数采用专题研究得到的下列公式：，式中L0为计算跨径，以m计。折减系数以加载长度为函数更合理些，但考虑到折减值较小，且跨径很大的桥梁才进行折减，以L0为函数计算起来更方便一些。,例2.4-1：有一计算跨径为19.5m的多跨钢筋混凝土简支T梁桥。桥面净空为净9+20.75，横断面由5片T形梁组成，主梁间距为1.6m，顺桥向设置二片端横梁和三片内横梁，横梁的间距为4.88m。设计荷载为公路级。试计算由汽车荷载引起的作用于墩顶的轴向力。图2.4-3 支座反力加载简图 a)反力影响线 b)荷载横向分布系数沿梁长方向的变化,解：按刚接梁法计算的