城市轨道交通高架桥车辆活载计算标准

车辆荷载指桥梁承受的机动荷载。对铁路桥，指列车；对公路桥，主要指汽车。车辆荷载的种类繁多，因此，需要对车辆荷载进行调查分析和综合概括，并按照安全、适用和经济的原则，制订出设计采用的标准值。

1.列车荷载

铁路列车荷载是设计各类铁路工程结构的主要依据，它是一组由不同轴距和轴重、按一定规律排列的具有可变速度的移动作用力。从1975年起，采用中-活载图式。中-活载的机车原型是蒸汽机车，而蒸汽机车已于1990年停止生产，内燃和电力机车得到广泛应用，货车的重载轴重时常高于机车的轴重。为适应不同类型铁路运输，2004年以后我国根据当时机车和车辆装备的技术现状和发展，参照国际铁路联盟（UⅠC）制订的活载标准，研究制定了适用于高速铁路、城际铁路、客货共线和重载铁路的列车荷载图式，于2016年颁布了《铁路列车荷载图式》（TB/T3466—2016）。各类型铁路列车荷载详见表3.3。UⅠC、ZK、ZC、ZKH、ZH荷载图式的普通荷载形式均相同，即4个集中荷载代表机车车辆轴重效应、轴距和邻轴距效应，采用两侧均布荷载代表车辆的延米重效应，特种荷载用于提高小跨度桥涵结构和影响线加载长度较短杆件的加载效应。高速铁路列车荷载（ZK）的普通荷载相当于0.8UⅠC，适用于250～350km/h的高速铁路桥梁设计；城际列车荷载（ZC）的普通荷载为0.6UⅠC；客货共线列车荷载将普通荷载提高到85kN/m；对于重载铁路则根据实际线路运营情况乘以一个荷载增大系数 z（具体详见《铁路列车荷载图式》4.3条规定）；此外，根据通行长大货车需求线路的检算需要，提出了长大货车的检算图式，其均布荷载按150kN/m 考虑，车长25m。

表3.3　铁路列车荷载图式

对城市轨道交通（地铁、轻轨）高架桥，其车辆活载需根据不同车型及车辆编组取值。车辆类型可分为 A、B、C、D 型和L型，采用4轴或6轴列车。对于具体某条线的列车竖向静活载图式，则依据实际所采用的列车型号，按本线列车的最大轴重、轴距及近、远期中最长的列车编组确定。图3.1为地铁B型车荷载图式，车辆满载荷载轴重按140kN，空载时按其一半考虑。影响线加载时，活载图式不可任意截取，但对影响线异符号区段，轴重按空载计。

图3.1　地铁B型车重载荷载图式（轴重力单位：kN；尺寸单位：m）

对于不包括冲击效应或动力效应（后述）的列车竖向活载，称之为静活载。

2.汽车荷载

长期以来，公路桥梁设计所采用的车辆活载是一种按实际交通情况（车辆轮轴数目、前后轴间距和轴重、车距，车辆发展趋势等）进行标准化、等级化后的活载。在原规范（1989年版《公路桥涵设计通用规范》）中，把经常、大量出现的汽车排列成车队作为计算荷载，把偶然、个别出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。计算荷载共分4个等级，称为汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级和汽车-超20级；验算荷载也分为4个等级，称为履带-50、挂车-80、挂车-100和挂车-120；两类荷载的等级一一对应，配套采用。其中最高的一个等级见图3.2示意。类似于铁路特种荷载，公路验算荷载也只对较小跨径的桥梁或局部构件起控制设计作用。

图3.2　原汽车-超20级及挂车-120的纵向排列（轴重力单位：kN；尺寸单位：m）

由图3.2可见，汽车荷载的计算荷载图式由一个车队组成，其中包括一辆加重车（5轴）和具有规定间距的若干辆标准车（双轴）。设计实践表明：在计算汽车车队荷载产生的作用效应时，无论采用人工加载还是计算机程序加载，均不很方便，而且，计算效应随桥跨方向的变化不连续。鉴于此，在《公路桥梁涵通用规范》（2004年版，2015年版）中制定了既符合当前实际交通现状，也可简化设计过程的新的汽车荷载标准。

新的汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级两个等级，其适用范围见表3.4。当四级公路重型车辆少时，所采用的公路-Ⅱ级车道荷载的效应可乘以折减系数0.8，车辆荷载的效应可乘以折减系数0.7。

表3.4　各级公路桥涵的汽车荷载等级

汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由长度不限的均布荷载和一个集中荷载组成，视其作用在公路桥的一个车道上，计算图式见图3.3。对公路-Ⅰ级车道荷载，其均布荷载标准值qK＝10.5kN/m，集中荷载标准值按表3.5取值。计算剪力效应时，PK应乘以系数1.2。对公路-Ⅱ级车道荷载，其均布荷载标准值 qK和集中荷载标准值 PK均按公路-Ⅰ级车道荷载的0.75倍考虑。

图3.3　车道荷载

表3.5　集中荷载Pk取值

车道荷载是一个基于现场测定及作用效应分析的虚拟荷载，它可以涵盖大部分公路桥涵的车辆活载情况，但不能用来解决结构局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算问题。对上述情况，若仍采用车道荷载，其结果将与按原规范计算者相差较大。为此，另规定一个单车荷载，即车辆荷载。车辆荷载等同于原规范中汽车-超20级中的加重车，见图3.4。由图可知：车辆荷载的重力标准值（前、中、后轴重力之和）为550kN。车道荷载横向分布系数（见第五章）应按设计车道数如图3.5布置车辆荷载进行计算。

图3.4　车辆荷载的立面、平面尺寸（荷载单位：kN；尺寸单位：m）

图3.5　车辆荷载的横向布置（单位：m）

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。注意车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加，汽车荷载按规范规定需考虑其冲击作用。

3.车辆活载的折减

在多车道（或多线）桥梁上行驶的车辆活载使桥梁结构的某一截面产生某种最大作用效应时，其同时处于最不利位置的可能性随车道数的增加而减小，但在桥梁设计时各个车道上的车辆活载都是按最不利位置布置的，因此，就应根据上述可能性的大小对总的车辆活载（或其作用效应）进行折减。(www.xing528.com)

多车道公路桥梁上的汽车荷载折减系数（现称为布载系数）与设计车道数有关，车道数越多，横向折减系数越小。多车道布载的效应不得小于两条车道布载的荷载效应。布置一条车道时，应考虑车辆荷载的提高（提高系数为1.2）。公路桥梁的多车道布载系数，见表3.6。

设计车道数则根据桥梁的行车道宽度和车辆的行驶方向情况（单向或双向）取用，见表3.7。桥梁横向布置车道数N的规定，是以最小车道宽度3.5m控制的，当为单向行车道时，把3.5N作为行车道净宽的下限，3.5（N+1）作为上限；当为双向行车道时，由于横向车道数必然为偶数，所以其下限仍为3.5N，而上限取为3.5（N+2）。例如，当车辆单向行驶且行车道宽度14.0m≤W＜17.5m，或车辆双向行驶且行车道宽度14.0m≤W＜21.0m 时，设计车道数均取为4。

表3.6　多车道布载系数

表3.7　桥涵设计车道数

对多线铁路桥梁，也应考虑车道折减。采用 ZKH 或 ZH 活载时，双线桥梁结构活载按两条线路在最不利位置承受90% 计算；三线、四线桥梁结构活载按所有线路在最不利位置承受80%计算；四线以上桥梁结构活载按所有线路在最不利位置承受75% 计算。

采用 ZK 或 ZC 活载时，由于目前高速铁路桥梁占比高，列车在桥上交会的频次高，因此双线列车活载不折减。多于两线的桥梁结构应按以下两种情况最不利者考虑：按两条线路在最不利位置承受100% 的 ZK 或 ZC 活载，其余线路不承受列车活载；所有线路在最不利位置承受75% 的 ZK 或 ZC 活载。

桥上所有线路不能同时运转时，应按可能同时运转的线路计算列车竖向力、离心力。

对承受局部活载的杆件均按该列车竖向活载的100% 计算。

对于货物运输方向固定的多线重载铁路桥梁结构，列车竖向活载计算时可根据实际情况考虑相应折减。

对于多线多车道的公铁两用桥，或干线铁路与高速（城际）铁路共用一桥的情况，车道折减宜基于规范要求并结合实际情况调研后决定。

除横向折减外，对大跨径公路桥梁上的车道荷载，还应考虑纵向折减。这是因为：在制订车道荷载标准时，采用了自然堵塞的车间间距；在确定荷载大小时，采用了重车居多的调查资料。但对大跨径桥梁，随着跨径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐步缓解。因此，需对汽车荷载（或其效应）按跨度进行折减。规范规定：当桥梁计算跨径大于150m 时，应按表3.8进行纵向折减。对多跨连续结构（如连续梁桥），整个结构应按最大的计算跨径考虑车辆荷载效应的纵向折减。

表3.8　纵向折减系数

而对于铁路桥梁，虽然未考虑纵向折减，但实际上是通过确定列车最大编组长度予以考虑的。

4.车辆活载的加载

加载就是按最不利原则布置标准活载，通过结构分析计算桥梁活载效应（内力、应力和位移、变形等）的最不利值。一般做法是：先计算结构内力及位移影响线，然后布载并加载。对均布荷载，加载为荷载集度与对应影响线区段面积的乘积；对集中荷载，为荷载大小与对应影响线纵坐标值的乘积。多车道（或多线）荷载，车辆活载应按各线（均假定采用同样情况的最不利位置）荷载的总和乘以规定的折减系数。

对公路桥梁的车道荷载，布载时，应将其中的均布荷载标准值（任意长度，任意截取）满布于使结构产生最不利效应的同号影响线区段上，而集中荷载标准值只布置在相应影响线区段中的最大影响线峰值处。

铁路桥梁加载时列车荷载图式可以任意截取。加载的结构（影响线）长度应符合以下规定：

（1）需要加载的结构（影响线）长度超过运营列车最大编组长度时，可采用列车最大编组长度。

（2）对于多符号影响线，可在同符号影响线各区段进行加载，异符号影响线区段长度不大于15m时可不加活载，异符号影响线区段长度大于15m 时，可按空车活载10kN/m 加载。

（3）用空车检算桥梁各部构件时，竖向活载应按10kN/m计算。

（4）疲劳验算时异符号影响线区段长度内均应按活载图式中的均布荷载加载。

城市轨道交通（地铁、轻轨）高架桥，列车活载照《城市轨道交通桥梁设计规范》（GBT51234—2017）规定加载：

（1）列车竖向静活载图式按本线列车的最大轴重、轴距及近、远期中最长的列车编组确定。

（2）单线和双线高架结构，按列车活载作用于每一条线路确定。

（3）多于两线的高架结构，按下列最不利情况考虑：按两条线路在最不利位置承受列车活载，其余线路不承受列车活载；所有线路在最不利位置承受75% 的活载。

（4）在影响线加载时，活载图式不可任意截取，但对影响线异符号区段，轴重按空车重计。