作用(或荷载)及作用(或荷载)效应组合1

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十 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不同的重要性系数，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。,一、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。,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：,(4.1.6-1),或 (4.1.6-2),式中,S,ud,承载能力极限状态下作用基本组合设计值；,0,结构重要性系数，按本规范表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；,Gi,第,i,个永久作用效应的分项系数，应按表4.1.6的规定采用；,S,Gik,、,S,Gid,第,i,个永久作用效应的标准值和设计值；,Q1,汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的分项系数，取,Ql,=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；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；,S,Q1k,、,S,Q1d,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)、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；,S,Gjk,、,S,Gjd,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；,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,c,=0.8；,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,c,=0.70；,尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取,c,=0.60；,尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取,c,=0.50。,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,4.1.6,永久作用效应的分项系数,编号,作用类别,永久作用效应分项系数,对结构的承载能力不利时,对结构的承载能力有利时,1,混凝土和圬工结构重力（包括附加重力）,1.2,1.0,钢结构重力（包括结构附加重力）,1.1,或1.2,2,预加力,1.2,1.0,3,土的重力,1.2,1.0,4,混凝土的收缩及徐变作用,1.0,1.0,5,土侧压力,1.4,1.0,6,水的浮力,1.0,1.0,7,基础变位作用,混凝土和圬工结构,0.5,0.5,钢结构,1.0,1.0,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，对原公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（,JTJ023,85,）,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,G,=1.2,，,汽车荷载效应分项系数,Q1,=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（,JTG023,85,）,相同的量值。,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（4.1.6-1）、（4.1.6-2）中的作用效应组合系数,c,，,在多数情况下，桥涵结构上往往同时作用多个荷载，但是本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,c,对荷载标准值效应作等值折减。组合系数,c,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，本规范给出的,c,值是经优化计算后适当提高的数值。,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,c,=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,c,=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,c,=0.6,二、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，正常使用极限状态设计仅涉及结构及构件的抗裂，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。,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：,(4.1.7-1),式中,S,sd,作用短期效应组合设计值；,1j,第,j,个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）,1,=0.7，,人群荷载,1,=1.0，,风荷载,1,=0.75，,温度梯度作用,1,=0.8，,其他作用,1,=1.0；,1j,S,Qjk,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：,(4.1.7-2),式中,S,l,d,作用长期效应组合设计值；,2j,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）,2,=0.4，,人群荷载,2,=0.4，,风荷载,2,=0.75，,温度梯度作用,2,=0.8，,其他作用,2,=1.0；,2j,S,Qjk,第,j,个可变作用效应的准永久值。,三、汽车荷载计算图式及加载方法,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4.3.1-1的规定。,表4.3.1-1 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。,公路等级,高速公路,一级公路,二级公路,三级公路,四级公路,汽车荷载等级,公路,I,级,公路,I,级,公路,II,级,公路,II,级,公路,II,级,4 车道荷载的计算图式见图4.3.1-1。,1）公路,I,级车道荷载的均布荷载标准值为,q,k,=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5,m,时，,P,k,=180kN；,桥梁计算跨径等于或大于50,m,时，,P,k,=360kN；,桥梁计算跨径在5,m50m,之间时，,P,k,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,P,k,应乘以1.2的系数。,2）公路,II,级车道荷载的均布荷载标准值,q,k,和集中荷载标准值,P,k,按公路,I,级车道荷载的0.75倍采用。,3）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4.3.1-2，主要技术指标规定于表4.3.1-2。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4.3.1-2 车辆荷载的主要技术指标,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,0.3,0.2,中轴重力标准值,kN,2,120,中、后轮着地宽度及长度,m,0.6,0.2,后轴重力标准值,kN,2,140,车辆外形尺寸（长宽）,m,15,2.5,轴 距,m,3+1.4+7+1.4,图,4.3.1-2 车辆荷载的立面、平面尺寸,（图中尺寸以米为单位）,图4.3.1-3 车辆荷载横向布置（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4.3.1-3布置车辆荷载进行计算。,7,桥涵设计车道数应符合表,4.3.1-3,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,4.3.1-4,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4.3.1-3 桥涵设计车道数,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,W7.0,1,7.0,W,10.5,6.0,W,14.0,2,10.