作用效应组合：铁路桥和公路桥设计方法与结果

在确定出各种作用（荷载）后，就可采用结构力学方法，计算出作用效应。还需要根据作用的特性、桥梁结构的特性、施工方法以及桥位处的环境等因素，针对结构的不同状况、不同安全等级、不同设计或验算内容，确定各种作用效应的取舍以及各种作用效应对结构的共同效果（叠加值），这就是作用效应组合（combination of action effects）。作用效应组合应只涉及结构上可能同时出现的作用效应，并按桥梁在施工或运营时可能处于最不利受力状态为原则进行取舍。

对铁路桥和公路桥，由于目前所采用的设计方法不同，故作用效应组合的表达形式也不同。不同之处主要表现在：对铁路桥（铁路桥涵设计规范—2017），仍采用单一系数综合考虑荷载效应和构件抗力的变异性及结构的可靠度；对公路桥，则采用多个分项系数（荷载分项系数、抗力分项系数、荷载组合系数等）来共同考虑变异性和可靠度。参见第十章。

铁路桥（铁路桥涵设计规范—2017）设计仍采用容许应力法。基本的组合方式有3种：

主力　　表3.2中的恒载与活载的组合

主力＋附加力　表3.2中的恒载、活载及附加力的组合

主力＋特殊荷载　表3.2中的恒载、活载及特殊荷载的组合

注意：① 组合中的恒载等并不是表中所列的所有恒载项，而是其中需要参加组合的一项或几项；对活载、附加力、特殊荷载，也是如此。② 仅考虑主力与一个方向（横桥向或顺桥向）的附加力组合。③ 铁路桥的荷载组合是各项荷载效应的直接叠加。上述 ①、② 也适用于公路桥。

在表3.1及表3.2所列的各种作用中，有些作用是不会或不考虑其同时发生的。基于最不利原则，当某项可变作用对结构产生有利影响时，该项作用不参与组合。例如：对铁路桥梁，流水压力不与冰压力组合，两者也不与制动力或牵引力组合；船只或排筏的撞击力、汽车撞击力以及长钢轨断轨力，只计算其中的一种荷载与主力相组合，不与其他附力组合；等等。

公路桥采用基于结构可靠性理论的极限状态设计方法。设计时应考虑结构可能同时出现的作用，分别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结果进行设计。当结构或构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用组合效应进行计算。当可变作用的出现对结构或构件产生有利影响时，该作用不应参与组。实际不可能同时出现或同时参与组合概率很小的作用，按表3.12规定也不考虑其参与组合。

表3.12　可变作用不同时组合表(www.xing528.com)

公路桥根据不同种类的作用及其对桥涵的影响、桥涵所处的环境条件，考虑以下3种设计状况：

持久状况　桥涵使用过程中长期承受结构重力、汽车荷载等作用的状况。在该状况下，要求对设想的结构所有功能进行设计，即应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

短暂状况　桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。在该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，必要时才进行正常使用极限状态设计。

偶然状况　桥涵使用过程中可能偶然遭受的地震等状况。在该状况下，仅要求进行承载能力极限状态设计，不需要进行正常使用极限状态设计。

持久状况下的承载能力极限状态设计，是直接与桥梁结构的安全密切相关的。因此，按照结构可能破坏的严重程度，将公路桥涵划分为三个设计安全等级，见表3.13。同一座桥梁的不同构件宜取相同的安全等级。表3.13中所列的桥涵结构分类系按表1.1中的单孔跨径确定，对跨度不等的多跨桥，取其主跨者；表中冠以“重要”的大桥和小桥，系指高速公路和一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁。

表3.13　桥涵结构设计安全等级及结构重要性系数

根据不同等级，将表3.13中规定的结构重要性系数与作用效应组合值相乘。

《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》（QCR9300—2018）也采用极限状态法设计，二者规定基本相似。本节仅介绍公路桥涵的极限状态设计，铁路桥涵请参考相关《铁路桥梁设计规范（极限状态法）》（QCR9300—2018）。