桥梁荷载组合详解

规范中有关桥梁设计荷载的规定

作用 Action —— 施加于结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，也称荷载，后者称间接作用。

分类：

1）永久作用 Permanent action——在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。 

2）可变作用 Variable action——在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。 

3）偶然作用 Accidental action——在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。 

作用分类：

 一、永久作用（恒载）

包括：结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等七种。

结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力均属于结构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的体积乘以材料的容重计算。

预加应力在结构正常使用极限状态设计和使用阶段构件应力计算时，应作为永久荷载来计算其主、次效应，并计入相应阶段的预应力损失；在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。但在连续梁等超静定结构中，仍需考虑预加力引起的次效应。

对于超静定的混凝土结构、钢－混凝土组合结构等均应考虑混凝土的收缩和徐变作用的影响，预应力构件还涉及其预应力损失问题。

二、可变作用（活载）

（一）汽车荷载

 汽车荷载分为公路-I级和公路-Ⅱ级。

  

（二）汽车冲击力

1.产生原因：

汽车高速驶过桥梁、桥面不平整、发动机震动等会引起桥梁结构振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击作用。

2.冲击系数μ：

汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。

3.需要计算的规定：

钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和刚制作、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车冲击作用。

4.计算：

以结构基频为主要影响因素

桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。

、

    荷载组合    

公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率的极限状态设计法设计。

两种设计极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。

三种情况：

1）持久状态：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况。该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

2）短暂状态：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。

3）偶然状态：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计。 

midas荷载组合与桥博的对应关系

说实话，对于初学者来说，midas的前处理（建模阶段）相对来说还算比较容易的，但是后处理（结果分析）阶段跟桥博相比就显的有些无从下手了。毕竟两个计算软件是不同的国家开发的。

桥博作为我们国内最优秀的桥梁专业类的计算软件，比较符合我们中国人的习惯，而且做起直线桥、一般的杆系桥很快捷。而midas这个韩国人开发的软件，里面多多少少总有些地方我们不是很习惯。这两个软件都是很好的软件，对我们的桥梁设计提供了很大的帮助，当然同时也存在很大的不同，各有千秋。

下面就荷载组合这个问题来说明一下他们的区别与联系。

一、  桥博荷载组合

a．桥博里面常用的荷载组合有：

1、承载能力极限状态组合Ⅰ：基本组合

2、正常使用极限状态组合Ⅰ：长期效应组合

3、正常使用极限状态组合Ⅱ：短期效应组合

4、正常使用极限状态组合Ⅲ：标准值组合

相应荷载组合的基本定义可以查看规范JTG D60-2004第4.1.6条~第4.1.7条的相关规定。

b．桥博里面荷载组合的应用：

1、钢筋混凝土构件设计：

¨   承载能力极限状态强度验算：查看承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果；

¨   正常使用极限状态裂缝宽度验算：查看正常使用极限状态荷载组合II裂缝验算结果；

¨   构件的各种应力可供参考，建议用户对钢筋混凝土构件的压应力应有所控制；

2、预应力混凝土构件设计：

¨   承载能力极限状态强度验算：查看承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果；

¨   正常使用极限状态应力验算：

v法向压应力：查看正常使用极限状态荷载组合III应力验算结果；（最大压应力验算结果）

v法向拉应力（抗裂性）：

S全预应力构件：查看正常使用极限状态荷载组合II应力验算结果；（最大拉应力验算结果）

S部分预应力A类构件：

F长期效应组合：查看正常使用极限状态荷载组合I应力验算结果；（最大拉应力验算结果）

F短期效应组合：查看正常使用极限状态荷载组合II应力验算结果；（最大拉应力验算结果）

v主压应力：查看正常使用极限状态荷载组合III应力验算结果；（最大主压应力验算结果）

v主拉应力：查看正常使用极限状态荷载组合II应力验算结果；（最大主拉应力验算结果）

v简单记忆如下：

S组合III：最大法向压应力、最大主压应力需要满足；

S组合I、II：最大法向拉应力、主拉应力需要满足。

二、  Midas荷载组合

Midas里的荷载组合一般是根据施工阶段分析添加的荷载软件自动组合的。下面以一个4×30(满堂支架)施工的模型为例说明。

1、用midas打开本模型，然后点midas上菜单上的：结果—荷载组合。如图：

2、会显示如图界面：

3、midas提供了4种生成荷载组合的选择：

一般、钢结构设计、混凝土设计、SRC设计。我们需要根据所设计的构件类型选择相应选项。对于我们常做的预应力混凝土桥，我比较习惯选择“一般”生成的方法。

       然后点“自动生成”机会出现如图的选择窗口：

然后选择相应的材料和规范，以及荷载组合类型（这里我只考虑桥梁的静力荷载效应，所以我不选择“偶然组合”）。点击确认，就会自动生成如图的组合类型:

 由图所示共生成了27种组合类型，从图中我们可以清晰看出：1-12组合式基本组合，13是极限组合，14-18是短期组合，19-21长期组合，22-24是弹性阶段应力验算组合，25-27是三种包络组合。

   1-24是分项组合，25-27是包络组合。

  1）、 点击25号组合：右边的荷载工况和系数显示的是：

25号组合式1-12号的包络组合（即25号包络了1-12号的最大最小值），这个包络组合相当于是：规范上的基本组合，对应于桥博里面的承载能力极限状态组合Ⅰ。

2）、点击26号组合:

显示26号组合是包络了13-21号组合的。相当于26号组合是正常使用组合长、短期效应的最大最小包络值。这个组合相对应于桥博里面的正常使用组合I、II。由于是包络在一起的，所以不是很好用，我一般喜欢把他们区分开。

   另外添加2个组合：28：正常使用组合I；29：正常使用组合II。

其中28号组合包络:19-21号组合

其中29号组合包络：14-18号组合。

这样就很清楚了，就跟桥博对应起来了：

28号组合相当于长期效应组合，对应桥博里面的正常使用组合I；

29号组合相当于短期效应组合，对应桥博里面的正常使用组合II。

3）、27号组合。

我们查看27号的组合内容包络了22-24号组合。即包络了弹性阶段应力验算的三个分项组合。我们查看22-24号组合的组合系数均为1.0。所以22-24为标准值组合的三个分项组合形式。

27号组合即为标准值组合，对应桥博里面的正常使用组合III。

 

到此midas里面的荷载组合基本上介绍完毕了。剩下的工作就是使用这些组合类型查看相应的内力。

三、  midas应力查看

点击midas上菜单：结果-应力。

其中：“梁单元应力图”对应于桥博里面的正应力；

   “梁单元应力（PSC）”对应于桥博里面的正应力。

总之，当利用midas软件计算时，你可以记住以下结论：

基本组合：

γ（1.2恒载+1.4汽车荷载+0.75×1.4人群+0.75×1.4梯度温度+0.75×1.4系统温度+1.0收缩徐变+0.5基础变位）

频遇组合：

1.0恒载+0.7/(1+u)汽车荷载+1.0人群+0.8梯度温度+1.0系统温度+1.0收缩徐变+1.0基础变位

准永久组合:

1.0恒载+0.4/(1+u)汽车荷载+0.4人群+0.8梯度温度+1.0系统温度+1.0收缩徐变+1.0基础变位

标准组合:

1.0恒载+1.0汽车荷载+1.0人群+1.0梯度温度+1.0系统温度+1.0收缩徐变+1.0基础变位

对于桥梁人来说，懂Midas荷载组合分析、懂得桥博荷载使用，会让你的计算工作得心应手。

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