工学第一章桥梁墩台的设计和构造

工学第一章桥梁墩台的设计和构造第五篇第五篇 桥梁墩台桥梁墩台第一章 桥梁墩台的设计和构造第一节 概述 组成:桥梁墩(台)主要由墩(台)帽、墩(台)身和基础三部分组成承受荷载上部结构竖向力水平力弯矩地震力风力流水压力等墩台是桥梁的重要结构，支承着桥梁上部结构的荷载，并将它传给地基基础.设计原则满足交通要求安全耐久造价低维修养护少施工方便工期短与周围环境协调和造型美观单柱式多柱式T形矩形薄壁墩双叉形四叉形V形X形第二节 梁桥墩台梁桥墩台从总体上可分为两种。重重力力式式:靠自身重 力来平衡外力而保持其稳定。因此，墩身、台身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石 混凝土砌筑：它适用于地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。在砂石料方便的地区，小桥也往往采用重力式墩、台：缺点足圬工体积较大，因而其自重和阻 水面积也较大轻轻型型:刚度小，受力后允许在一定的范围内发生弹性变形。所用的建筑材料大都以钢筋混凝土和少筋混凝土为主，但也有一此轻型 墩台通过验算后可以用石料砌筑。一、梁桥桥墩分类:构造实体墩空心墩柱式墩框架墩等受力刚性墩柔性墩按截面形式分矩形圆形圆端形尖端形1.实体桥墩实体桥墩:桥墩由一个实体结构组成。按其截面尺寸和桥墩重力的不同又可分为实体重力式桥墩和实体薄壁式桥墩由墩帽、墩身和基础构成。墩帽墩帽:通过支座将上部结构的作用传至墩身.尺寸拟订:(1)顺桥向墩帽最小宽度b双排支座时:顺桥向30252015横桥向圆弧形端头矩形端头3025201550403020支座边缘到台、墩身边缘的最小距离支座边缘到台、墩身边缘的最小距离(cm)墩身通常由块石、浆砌片石、混凝土或钢筋混凝上等材料建造；为了便于水流和漂浮物通过，墩身平面形状可以做成圆端形或尖端形;无水的岸墩或高架桥墩可以做成矩形,在水流与桥梁斜交或流向不稳定时，宜做成圆形。在有强烈流水或大量漂浮物的河道(冰厚大于o5m，流冰速度大于1m/s)上，桥墩的迎水端应做成尖端形或圆端形破冰棱体,破冰棱由强度较高的石料砌成，也可以用高强度等级的混凝土辅之以钢筋或角钢加固2.空心桥墩 在一些高大的桥墩中，为了减少圬工体积节约材料，减轻自重，减少软弱地基的负荷，将墩身内部做成空腔体即空心桥墩。这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大的差别只是自重较轻.空心桥墩在构造尺寸上应符合下列规定：(1)墩身最小壁厚,对于钢筋混凝土不宜小于30cm，对于混凝土不宜小于50cm(2)墩身内应设横隔板或纵、横隔板，以加强墩壁的抗撞能力。(3)墩帽下需有一定高度的实心部分以传递墩帽的压力，墩顶实体段以下应设置带门的进人洞或相应的检查设备.(4)墩身周围应设置适当的通风孔或泄水孔，孔的直径不小于20cm，用以调节壁内外温差和平衡水压力。3.柱式桥墩柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或多根立柱(或桩柱)组成。它的外型美观，圬工体积少，因此是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式之一，特别是在较宽较大的城市高架桥和立交桥中。柱式桥墩一般由基础之上的承台、柱式墩身和盖梁组成。双车道桥常用的形式有单柱式,双柱式和哑铃式以及混合双柱式四种4.柔性排架桩墩柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特点是，可以通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力(制动力、温度影响力等)传递到全桥的各个柔件墩台或相邻的刚性墩台上，以减小单个柔性墩所受到的水平力，从而达到减小桥墩截面的目的。因此，柔性墩可以为单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥墩。5.框架墩框架墩是采用由构件组成的平面框架代替墩身，以支承上部结构，必要时可做成双层或更多层的框架支承上部结构，这类较空心墩更进步的轻型结构，是以钢筋混凝上和预应力混凝土建成的受J力体系。还可以适应建筑艺术建成纵、横向v形、Y形、x形、例梯形等墩身；这些桥墩在同样跨越能力情况下缩短梁的跨径、降低梁高，使结构轻巧美观，但结构构造比较复杂,施工比较麻烦二、梁桥桥台1.重力式桥台重力式桥台的常用形式是U形桥台，它由台帽、台身和基础等三部分组成。台后的土压力主要靠自重来平衡故桥台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。U形桥台因其台身是由前墙和两个侧墙构成的u字形结构而得名。其优点是构造简单，可以用泥凝土或片、块石砌筑，适用于填土高度在810m以下或跨度稍大的桥梁；缺点足桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求；此外，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水措施。2.轻型桥台1).设有支撑梁的轻型桥台2).钢筋混凝土薄壁桥台3).加筋土桥台4).埋置式桥台3.组合式桥台4.承拉桥台第三节 拱桥墩台一、拱桥桥墩1.重力式桥墩2.轻型桥墩1).柱式桥墩2)斜撑墩3)悬臂墩二、拱桥桥台1.重力式桥台2.轻型桥台第二章 桥梁墩台计算第一节 作用及其效应组合一、桥梁计算中的作用1.永久作用1.上部构造的自重对墩帽或拱座产生的支承反力，包括上部构造混凝上收缩、徐变影响；2桥墩自重，包括在基础襟边上的土重；3预应力4.基础变位影响力5水的浮力，2.可变作用1)汽车荷载2)人群荷载3)风荷载4)制动力5)流水压力 冰压力6)温度力7)支座摩阻力3.偶然作用1)地震作用2)船只或漂流物的撞击力二、作用效应组合 为了找到控制设计的最不利组合，通常需要对各种可能的组合分别进行计算，并且在计算时还需按纵向及横向的最不利位置布载：在桥墩计算中，一般需验算墩身截面的强度、墩身截面上的合力偏心距及其稳定性。为此需根据不同的验算内容选择各种可能的最不利荷载组合。1.梁桥重力式桥墩1第一种组合：按桥墩各截面上可能产生最大坚向力的情况进行组合。此时将汽车车道均布荷载纵向布置在相临的两跨桥孔上,并将集中荷载布置在计算墩处,这时得到桥墩上最大的汽车竖向荷载,但偏心较小.它用来验算墩身强度和基底最大应力.2)第二种组合:按桥墩各截面在顺桥方向上可能产最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。当汽车荷载只在一孔桥跨上布置时，同时有其他的水平荷载,如风力、船撞力、水流压力和冰压力等作用在墩身上，这时竖向荷载较小，而水平荷载引起的弯矩作用大可能使墩身截面产生很大的合力偏心距此时，桥墩最不稳定。它是用来验算墩身强度、基底应力、偏心以及桥墩的稳定性；3)第三种组合:按桥墩各截面在横桥向可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行组合.桥跨上的汽车荷载可能是一列或几列靠边行驶，这时产生最大横向偏心距，也可能是多列满载,使竖向力较大，而横向偏心较小。它是用来验算在横桥方向上的墩身强度、基底应力、偏心以及桥墩的稳定性。属于这一组合的除了有关的永久荷载以外，要注意将基本可变荷载的一种或几种偏于桥面的一侧布置，此外还应考虑其它可变荷载(例如横向风力、流水压力或冰压力)或者撞击力2.拱桥重力式桥墩(1)顺桥方向的作用及其效应组合对于普通桥墩应为相邻两孔的永久荷数，在一孔或跨径较大的一孔满布车道荷载和人群荷载，其它可变荷载中的汽车制动力、纵向风力、温度影响力等并由此对桥墩产生不平衡水平推力、竖向力和弯矩 对于单向推力墩则只考虑相邻两孔中跨径较大一孔的永久荷载作用效应.2横桥向的作用及其效应组合 在横桥方向作用于桥墩上的外力有风力、流水压力、冰压力、船只或漂浮物撞击力、地震力等。但是对于公路桥梁，横桥方向的受力验算一般不控制设计。以上所述的各种荷载组合是对重力式桥墩而言的对于其它形式的桥墩，则要根据它们的构造和受力特点进行具体分析，然后参照上述的一般原则，进行个别的作用效应组合.这里需要注意的是：第一不论对于哪种形式的桥墩，均应按承载能力极限状态的设计要求,进行作用效应组合.第二，桥规规定,有些荷载不能同时考虑，例如在计入汽车制动力时，就不应同时计入流水压力、冰压力和支座摩阻力等第二节 重力式桥墩计算与验算一、截面承载能力极限状态验算1.验算截面的选取2.验算截面的内力计算3.承载能力极限状态验算4.截面偏心验算5.直接抗剪验算二、桥墩的稳定性验算1.纵向挠曲稳定性验算2.整体稳定性验算抗倾覆稳定性验算抗滑稳定性验算三、相临墩台均匀沉降差 当墩台建筑在地质情况复杂,土质不均匀及承载力较差的地基上,以及相临跨径差别悬殊而需计算沉降差或跨线桥净高需预先考虑沉降量时,均应计算其沉降.四、基础底面土的承载力和偏心矩验算第三节 桩柱式桥墩计算一、盖梁计算(1)计算图式:简支梁或连续梁(2)外力计算:上部自重、盖梁自重、活载等(3)内力计算(4)配筋验算二、柱身计算(1)外力计算 (2)内力计算(3)配筋验算 (4)抗裂验算第四节第四节 柔性排架墩计算柔性排架墩计算一、基本假定一、基本假定(一一)外荷载除恒载、车辆活载外，还应入汽车制动力、温度外荷载除恒载、车辆活载外，还应入汽车制动力、温度影响力，必要时还包括墩身受到的风力、但梁身的混凝土收影响力，必要时还包括墩身受到的风力、但梁身的混凝土收缩、徐变等次要因素可忽略不计。缩、徐变等次要因素可忽略不计。(二二)计算制动力时，各墩台受力按墩顶抗推刚度分配计算制动力时，各墩台受力按墩顶抗推刚度分配,在计算在计算土压力时，如设有实体刚性墩台，则全部由有关刚性墩台承土压力时，如设有实体刚性墩台，则全部由有关刚性墩台承受：如均为柔性墩，则由岸墩承受土压力。并假定此时各个受：如均为柔性墩，则由岸墩承受土压力。并假定此时各个墩顶与上部构造之间不发生相对位移。墩顶与上部构造之间不发生相对位移。(三三)计算温度变形时，墩对梁产生的竖向弹性拉伸或压缩影计算温度变形时，墩对梁产生的竖向弹性拉伸或压缩影响忽略不计，而只计桩墩顶部水平力对桩墩所引起的弯矩的响忽略不计，而只计桩墩顶部水平力对桩墩所引起的弯矩的影响。影响。(四四)在计算梁墩之间橡胶支座的水平力剪切变形时，忽略因在计算梁墩之间橡胶支座的水平力剪切变形时，忽略因梁体的偏转角梁体的偏转角 对它的影响。对它的影响。二、计算步骤1.桥墩抗推刚度 的计算抗推刚度是指使墩顶产生单位水平位移所需施加的水平反力；(1)当墩柱下端固定在基础或承台顶面时(2)当考虑桩侧土的弹性抗力时,则按桩基础的有关公式计算 单什水平力作用在第i个柔性墩顶产牛的水平位移(mKN)第i墩柱下端固接处到墩顶的高度(m)；(八八)计入板式橡胶支座约束影响后的桩墩计算计入板式橡胶支座约束影响后的桩墩计算图图527b)527b)中明确展示，每个桥墩的顶部并非完全自由，中明确展示，每个桥墩的顶部并非完全自由，而是受到板式橡胶支座的弹性约束而是受到板式橡胶支座的弹性约束.梁体上的水平力是通过梁体上的水平力是通过板式支座与墩、梁接触面的摩阻力传递至桥墩，它既使墩板式支座与墩、梁接触面的摩阻力传递至桥墩，它既使墩顶产牛水平位移，又使板式支座产生剪切变形，如顶产牛水平位移，又使板式支座产生剪切变形，如 图图552-11b)2-11b)：当梁体完成了这个水平力的传递以后，梁：当梁体完成了这个水平力的传递以后，梁体处于暂时的稳定状态体处于暂时的稳定状态,这时由于存在轴力这时由于存在轴力N N和墩身自重的和墩身自重的影响将使墩顶产生附加变形，于是板式橡胶支座由原影响将使墩顶产生附加变形，于是板式橡胶支座由原东传递水平力的功能转变为抵抗墩顶继续变形的功能。当东传递水平力的功能转变为抵抗墩顶继续变形的功能。当墩身很柔时。有可能使支座原来的剪切变形恢复到零墩身很柔时。有可能使支座原来的剪切变形恢复到零,逐渐逐渐过渡到反向状态过渡到反向状态,如图如图5211c)5211c)所示所示根据这个工作机理，便可将每个桥墩的受力状态根据这个工作机理，便可将每个桥墩的受力状态525212a)12a)分解为两个工作状态的组合分解为两个工作状态的组合第五节 桥台计算1.永久作用上部结构自重桥台重力混凝土收缩在拱座处引起的反力水浮力台后土侧压力2.可变作用汽车荷载人群荷载汽车荷载引起的土压力制动力摩阻力一、重力式桥台计算1.1.作用于桥台上的荷载作用于桥台上的荷载2.作用效应组合验算内容:截面强度、地基应力、稳定性