第三章 荷载及荷载系数
目 录
3.1 本章范围 ............................................................................................................................................. 3-1
3.2 定义 ..................................................................................................................................................... 3-1
3.3 符号 ..................................................................................................................................................... 3-2
3.3.1—般规定 ...................................................................................................................................... 3-3
3.3.2 荷载及荷载名称 ....................................................................................................................... 3-10
3.4 荷载系数和组合 .................................................................................................................................. 3-12
3.4.1 荷载系数和荷载组合 .............................................................................................................. 3-12
3.4.2 用于施工荷载和荷载系数 ...................................................................................................... 3-17
3.4.2.1 强度极限状态下的评估 …………………………………………………………3-17
3.4.2.2 使用极限状态下的挠度评估..............................................................................3-18
3.4.3 用于顶推力和后张力的荷载系数 ........................................................................................... 3-18
3.4.3.1 顶推力........................................................................................................................3-18
3.4.3.2 后张力........................................................................................................................3-18
3.5 永久荷载 .............................................................................................................................................. 3-18
3.5.1 恒载：DC，DW，EV ............................................................................................................ 3-18
3.5.2 土荷载：EH，ES，DD ........................................................................................................... 3-19
3.6 活载 ...................................................................................................................................................... 3-19
3.6.1 重力荷载：LL，PL ................................................................................................................. 3-19
3.6.1.1 设计汽车活载.........................................................................................................3-19
3.6.1.1.1 设计车道数........................................................................................................3-19
3.6.1.1.2 多车道布置活载................................................................................................3-19
3.6.1.2 汽车活载.......................................................................................................................3-20
3.6.1.2.1—般规定...........................................................................................................3-20
3.6.1.2.2 设计货车............................................................................................................3-24
3.6.1.2.3 设计双轴............................................................................................................3-25
3.6.1.2.4 设计车道荷载....................................................................................................3-25
3.6.1.2.5 轮胎着地面积....................................................................................................3-25
3.6.1.2.6 轮荷载穿过填土的分布....................................................................................3-25
3.6.1.3 设计车辆活载的取用...................................................................................................3-26
3.6.1.3.1—般规定.............................................................................................................3-26
3.6.1.3.2 可选的活载加载挠度评估........................................................................3-26
3.6.1.3.3 桥面板，桥面系和箱涵顶板的设计荷载........................................................3-27
3.6.1.3.4 桥面悬臂荷载......................................................................................3-27
3.6.1.4 疲劳荷载......................................................................................................................3-28
3.6.1.4.1 大小及形状.......................................................................................................3-28
3.6.1.4.2 频率...................................................................................................................3-28
3.6.1.4.3 疲劳荷载分布...................................................................................................3-28
3.6.1.4.3a 精确法.....................................................................................................3-28
3.6.1.4.3b 近似法.....................................................................................................3-28
3.6.1.5 轨道运输荷载..............................................................................................................3-28
AASHTO LRFD 桥梁设计规范（2010）
3-II
3.6.1.6 人群荷载......................................................................................................................3-29
3.6.1.7 栏杆荷载......................................................................................................................3-29
3.6.2 动荷载放大率：IM .................................................................................................................. 3-29
3.6.2.1—般规定.........................................................................................................................3-29
3.6.2.2 埋置式构件..................................................................................................................3-30
3.6.2.3 木构件..........................................................................................................................3-30
3.6.3 离心力：CE .............................................................................................................................. 3-30
3.6.4 制动力：BR ............................................................................................................................. 3-31
3.6.5 汽车撞击力：CT ...................................................................................................................... 3-32
3.7 水荷载：WA ........................................................................................................................................ 3-33
3.7.1 静压力 ....................................................................................................................................... 3-33
3.7.2 浮力 ........................................................................................................................................... 3-33
3.7.3 水流压力 ................................................................................................................................... 3-33
3.7.3.1 纵向压力......................................................................................................................3-33
3.7.3.2 侧向压力......................................................................................................................3-34
3.7.4 水波荷载 ................................................................................................................................... 3-35
3.7.5 冲刷极限状态造成的基础变化 .............................................................................................. 3-35
3.8 风荷载：WL 和WS ............................................................................................................................ 3-35
3.8.1 水平风压力 ............................................................................................................................... 3-35
3.8.1.1—般规定 .......................................................................................................................3-35
3.8.1.2 作用在结构上的风压：WS..........................................................................................3-36
3.8.1.2.1 总括...................................................................................................................3-36
3.8.1.2.2 上部结构荷载...............................................................................3-37
3.8.1.2.3 直接施加在下部结构的力................................................................................3-37
3.8.1.3 车辆上的风压力：WL..................................................................................................3-37
3.8.2 竖向风压 ................................................................................................................................... 3-38
3.8.3 气动弹性失稳 ........................................................................................................................... 3-38
3.8.3.1—般规定.........................................................................................................................3-38
3.8.3.2 气动弹性力学现象......................................................................................................3-38
3.8.3.3 动力反应控制..............................................................................................................3-39
3.8.3.4 风洞试验......................................................................................................................3-39
3.9 冰荷载：IC .......................................................................................................................................... 3-39
3.9.1—般规定 .................................................................................................................................... 3-39
3.9.2 作用在桥墩上的动冰力 ........................................................................................................... 3-40
3.9.2.1 有效冰强度..................................................................................................................3-40
3.9.2.2 破碎和弯折 .................................................................................................................... 3-41
3.9.2.3 小河流 ............................................................................................................................ 3-42
3.9.2.4 纵向力与横向力的组合..............................................................................................3-42
3.9.2.4.1 平行于冰流的桥墩...........................................................................................3-42
3.9.2.4.2 斜交于冰流的桥墩...........................................................................................3-43
3.9.2.5 纤细及柔性桥墩..........................................................................................................3-43
3.9.3 作用在桥墩上的静冰荷载 ....................................................................................................... 3-43
3.9.4 悬坝和流冰堆积 ....................................................................................................................... 3-43
3.9.5 冰的粘着引起的竖向力 ........................................................................................................... 3-44
AASHTO 桥梁设计规范 3-III
3-III
3.9.6 上部结构的冰雪荷载 ............................................................................................................... 3-45
3.10 地震效应：EQ................................................................................................................................... 3-45
3.10.1—般规定 .................................................................................................................................. 3-45
3.10.2 地震危害性 ............................................................................................................................. 3-46
3.10.2.1 一般程序....................................................................................................................3-47
3.10.2.2 场地特定过程............................................................................................................3-75
3.10.3 场地效应 ................................................................................................................................. 3-75
3.10.3.1 场地等级定义.............................................................................................................3-76
3.10.3.2 场地系数.....................................................................................................................3-78
3.10.4 震害特征 ................................................................................................................................. 3-80
3.10.4.1 设计反应谱...............................................................................................................3-80
3.10.4.2 地震弹性反应系数.....................................................................................................3-80
3.10.5 操作分级 .............................................................................................................................. 3-81
3.10.6 地震特性分区 ...................................................................................................................... 3-81
3.10.7 反应修正系数 ......................................................................................................................... 3-81
3.10.7.1 一般规定.....................................................................................................................3-82
3.10.7.2 应用............................................................................................................................3-82
3.10.8 地震力效应的组合 ................................................................................................................. 3-83
3.10.9 设计力的计算 ......................................................................................................................... 3-83
3.10.9.1 一般规定....................................................................................................................3-83
3.10.9.2 地震区1......................................................................................................................3-83
3.10.9.3 地震区2 .....................................................................................................................3-84
3.10.9.4 地震区3 和4 ..............................................................................................................3-84
3.10.9.4.1—般规定..........................................................................................................3-84
3.10.9.4.2 修正的设计力..................................................................................................3-84
3.10.9.4.3 非弹性的铰接力................................................................................................3-84
3.10.9.4.3a—般规定.................................................................................................3-84
3.10.9.4.3b 单柱和桥墩...........................................................................................3-85
3.10.9.4.3c 两柱或多柱桥墩.....................................................................................3-85
3.10.9.4.3d 柱和排架桩的设计应力........................................................................3-86
3.10.9.4.3e 墩的设计力............................................................................................3-86
3.10.9.4.3f 基础设计应力.........................................................................................3-87
3.10.9.5 纵向约束装置.............................................................................................................3-87
3.10.9.6 下扣装置....................................................................................................................3-87
3.10.10 临时桥梁和阶段施工的要求 .............................................................................................. 3-87
3.11 土压力：EH、ES、LS 和DD ....................................................................................................... 3-88
3.11.1—般规定 .................................................................................................................................. 3-88
3.11.2 压实 ......................................................................................................................................... 3-88
3.11.3 水的存在 ................................................................................................................................. 3-89
3.11.4 地震影响 ................................................................................................................................. 3-89
3.11.5 土压力：EH ............................................................................................................................ 3-89
3.11.5.1 侧向土压力.................................................................................................................3-90
3.11.5.2 静止侧向土压力系数o k ............................................................................................3-91
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3-IV
3.11.5.3 主动侧向土压力系数a k ............................................................................................3-91
3.11.5.4 被动侧向土压力系数p k ...........................................................................................3-93
3.11.5.5 估算朗金侧向土压力的等效流体法........................................................................3-95
3.11.5.6 非重力悬臂墙的侧向土压力.....................................................................................3-96
3.11.5.7 锚墙的表观土压力..................................................................................................3-101
3.11.5.7.1 非粘性土.......................................................................................................3-101
3.11.5.7.2 粘性土............................................................................................................3-102
3.11.5.7.2a 硬到坚硬 ............................................................................................3-102
3.11.5.7.2b 软到中硬.............................................................................................3-103
3.11.5.8 机械方法稳定土墙的侧向土压力..........................................................................3-104
3.11.5.8.1 一般规定.......................................................................................................3-104
3.11.5.8.2 内部稳定性...................................................................................................3-105
3.11.5.9 预制模块墙的侧向土压力......................................................................................3-106
3.11.6 压顶荷载：ES 和LS ............................................................................................................ 3-107
3.11.6.1 点，线，带状荷载：限制移动的墙............................................................................3-108
3.11.6.2 均匀压顶荷载..........................................................................................................3-108
3.11.6.3 带状荷载（ES）可弯曲墙..........................................................................................3-112
3.11.6.4 活载压顶荷载（LS）..................................................................................................3-112
3.11.6.5 压顶荷载的折减......................................................................................................3-115
3.11.7 由于土压力而引起的折减 ................................................................................................... 3-116
3.11.8 下拉荷载 ............................................................................................................................... 3-116
3.12 附加变形引起的力效应：TU，TG，SH，CR，SE ................................................................. 3-119
3.12.1 —般规定 ............................................................................................................................ 3-119
3.12.2 均匀温度 ............................................................................................................................... 3-119
3.12.2.1 方法A 的温度范围..................................................................................................3-119
3.12.2.2 方法B 的温度范围...................................................................................................3-119
3.12.2.3 设计热变形..............................................................................................................3-121
3.12.3 温度梯度 ............................................................................................................................... 3-121
3.12.4 不均匀收缩 ........................................................................................................................... 3-122
3.12.5 徐变 ....................................................................................................................................... 3-122
3.12.6 沉降 ....................................................................................................................................... 3-123
3.12.7 后张法PS 引起的次内力 ................................................................................................... 3-123
3.13 摩擦力：FR ..................................................................................................................................... 3-123
3.14 船只撞击：CV ................................................................................................................................ 3-123
3.14.1—般规定 ................................................................................................................................ 3-123
3.14.2 业主的职责 ........................................................................................................................... 3-125
3.14.3 重要性分类 ........................................................................................................................... 3-125
3.14.4 设计船只 ............................................................................................................................... 3-125
3.14.5 倒塌年频率 ........................................................................................................................... 3-125
3.14.5.1 船只频率分布..........................................................................................................3-126
3.14.5.2 偏航概率..................................................................................................................3-127
3.14.5.2.1—般规定..........................................................................................................3-127
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3-V
3.14.5.2.2 统计法...........................................................................................................3-127
3.14.5.2.3 近似法...........................................................................................................3-127
3.14.5.3 几何概率..................................................................................................................3-128
3.14.5.4 倒塌概率..................................................................................................................3-192
3.14.5.5 安全系数..................................................................................................................3-130
3.14.6 设计撞击速度 ....................................................................................................................... 3-132
3.14.7 船只撞击能量 ....................................................................................................................... 3-132
3.14.8 轮船对桥墩的撞击力 ........................................................................................................... 3-133
3.14.9 船头损坏长度 ....................................................................................................................... 3-134
3.14.10 轮船对上部结构的撞击力 ................................................................................................. 3-135
3.14.10.1 与船头碰撞............................................................................................................3-134
3.14.10.2 与甲板舱的碰撞....................................................................................................3-135
3.14.10.3 与桅杆的碰撞........................................................................................................3-135
3.14.11 驳船对桥墩的撞击力 ......................................................................................................... 3-135
3.14.12 驳船船头损坏长度 ............................................................................................................. 3-136
3.14.13 在极端极限状态时的损坏 ................................................................................................. 3-136
3.14.14 撞击力的取用 ..................................................................................................................... 3-137
3.14.14.1 下部结构设计........................................................................................................3-137
3.14.14.2 上部结构设计........................................................................................................3-137
3.14.15 下部结构的防护 ................................................................................................................. 3-137
3.14.16 安全性考虑 .................................................................................................................... 3-139
3.15 爆炸荷载 ......................................................................................................................................... 3-139
3.15.1 概述 ....................................................................................................................................... 3-139
3.16 参考文献 ......................................................................................................................................... 3-141
附录A3—地震设计流程图 .................................................................................................................... 3-148
附录B3—超强抗力 ................................................................................................................................ 3-149