2.2重力式桥墩的计算

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 重力式桥墩的计算,桥墩计算可按以下步骤进行：,（,1,）根据构造要求和经验拟定各部分尺寸；,（,2,）计算作用在桥墩上的作用；,（,3,）进行作用布置与作用效应组合，并选取截面，计算各截面的内力；,（,4,）验算墩身截面承载力和偏心距；,（,5,）验算地基承载力和偏心距；,（,6,）验算桥墩倾覆和滑动稳定性。,除此之外，还应结合施工情况进行必要的验算。如拱桥在施工过程中可能产生的单向水平推力，可使砌体强度和基底土的承载能力提高，使倾覆和滑动稳定性系数降低。,第二章 桥墩的设计计算,一、墩身截面的内力计算,对于梁桥和拱桥的重力式桥墩的计算，虽然在荷载组合的内容上稍有不同，但是就某个截面而言，这些外力都可以合成为竖向的和水平方向的合力 、 ，以及绕该截面,xx,轴、,yy,轴的总弯矩 和 ，见图，然后对墩身进行承载力验算。,二、墩身截面承载力和偏心验算,桥墩验算截面的选择，对矮桥桥墩，因墩身尺寸一般较大，各截面承载力往往都能满足要求，所以通常只验算墩身底截面即可；对高桥桥墩，其危险截面不一定在墩身底截面，应多选几个截面进行验算，一般可相距,23,米取一截面。,（一）墩身截面承载力验算,重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，截面承载力的设计验算采用极限状态法。在不利效应组合作用下，验算桥墩各控制截面的作用效应组合设计值（内力）应小于或等于构件承载力的设计值，用方程式表示为：,当砌体受压构件，在规范规定的受压偏心距限值范围内的承载力应按下列公式计算：,式中：,S,作用效应组合设计值，按,公路桥涵设计通用规范,（,JTG D602004,）的规定计算；,R(),构件承载力设计值函数,f,d,材料强度设计值,a,d,几何参数设计值，可采用几何参数标准值，即设计文件规定值；,0,结构重要性系数，对于,桥规,规定的一级、二级、三级设计安全等级分别取用,1.1,、,1.0,、,0.9,；,N,d,轴向力设计值；,A,构件截面面积，对于组合截面按强度比换算；,f,cd,砌体或混凝土轴心抗压强度设计值，对于组合截面应采用标准层轴心抗压强度设计值；,构件轴向力的偏心矩,e,和长细比,对受压构件承载力的影响系数。,式中： 、,分别为,x,方向和,y,方向偏心受压构件承载力影响系数；,x,、,y,分别为,x,方向、,y,方向截面重心至偏心方向的截面边缘的距离；,ex,、,eY,轴向力在,x,方向、,y,方向的偏心距， ， ，其值不应超过规范规定及下图所示在,x,方向、,y,方向的规定值，其中,Myd,、,Mxd,分别为绕,x,轴、,y,轴的弯矩设计值。,m,截面形状系数，对于圆形截面取,2.5,；对于,T,形或,U,形截面取,3.5,；对于箱形,截面或矩形截面（包括两端设有曲线形或圆弧形的矩形墩身截面）取,8.0,；,i,x,、,i,y,弯曲平面内的截面回转半径， 、 ；,I,x,、,I,y,分别为截面绕,x,轴、,y,轴的惯性矩，,A,为截面面积；,a,与砂浆强度等级有关的系数，当砂浆强度等级大于或等于,M5,或为组合构件时，,a,为,0.002,；当砂浆强度为,0,时，,a,为,0.013,；,x,、,y,构件在,x,方向、,y,方向的长细比，当,x,、,y,小于,3,时取,3,，计算砌体偏心,受压构件承载力的影响系数时，构件长细比、按下列公式计算：,式中,不同砌体材料构件的长细比修正系数；,构件计算长度；,长细比修正系数,砌体材料类别,混凝土预制块砌体或组合构件,1.0,细料石、半细料石砌体,1.1,粗料石、块石、片石砌体,1.3,构件计算长度,0.5,0.7,1.0,2.0,构件及两端约束情况,L,0,直杆,两端固结,0.5L,一端固结，一端为不移动的铰,0.7L,两一端均为不移动的铰,1.0L,一端固定，一端自由,2.0L,（二）墩身截面偏心验算,桥墩承受偏心受压荷载时，各验算截面在各种作用效应组合下偏心距：,、,竖向力在,x,方向、,y,方向的偏心距，其值不应超过表的规定。,作用组合,偏心矩限制值,基本组合,0.6s,偶然组合,0.7s,受压构件偏心矩限制,当竖向力的偏心距,e,超过上表的偏心距限值时，构件承载力应按下列公式计算：,单向偏心,双向偏心,如果承载力不满足要求，应重新验算墩身截面尺寸。,式中：,N,d,轴向力设计值；,A,构件截面面积，对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面面积；,W,单向偏心时，构件受拉边缘的弹性抵抗矩，对于组合截面应按弹性模,量比换算为换算截面弹性抵抗矩；,w,x,、,w,y,双向偏心时，构件,x,方向受拉边缘绕,y,轴的截面弹性抵抗矩和构件,y,方,向受拉边缘绕,x,轴的截面弹性抵抗矩，对于组合截面应按弹性模量比换,算为换算截面弹性抵抗矩；,构件受拉边层的弯曲抗拉强度设计值；,e,单向偏心时，轴向力偏心距；,e,x,、,e,y,双向偏心时，轴向力在,x,方向和,Y,方向的偏心距；,砌体偏心受压构件承载力影响系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数。,三、基础底面土的承载力和偏心距的验,（一）地基土的承载力验算,地基土的承载力一般按顺桥方向和横桥方向分别进行验算。当偏心荷载的合力作用在基底截面的核心半径以内时，应按下式验算基底应力。,当设置在基岩上的桥墩基底上的合力偏心距超出核心半径时，其基底的一边将会出现拉应力，由于不考虑基底承受拉应力，故需按基底应力重分布重新验算基底最大压应力，其验算公式如下：,顺桥方向,横桥方向,基底应力重分布墩身截面强度验算,式中：,应力重分布后基底最大压应力；,N ,作用于基础底面合力的竖向分力；,a,、,b,横桥方向和顺桥方向基础底面积的边长；,地基土的容许承载力、并按作用及使用情况计入容许承载力的提高系数；,C,X,顺桥方向验算时，基底受压面积在顺桥方向的长度， ；,C,Y,横桥方向验算时，基底受压面积在横桥方向的长度， ；,其中：,e,x,、,e,y,合力在,x,轴和,y,轴方向的偏心距。,（二）基底偏心距验算,为了使恒载基底应力分布比较均匀，防止基底最大压应力与最小压应力相差过大，导致基底产生不均匀沉降和影响桥墩的正常使用，故在设计时，应对基底合力偏心距加以限制，在基础纵向和横向，其计算的荷载偏心距应满足下表要求。,其中：,墩台基础底面的核心半径；,W ,墩台基础底面的截面摸量；,A,墩台基础底面的面积；,N,作用于基底的合力的竖向分力；,M,作用于墩台的水平力和竖向力对基底形心轴的弯矩。,四、桥墩的整体稳定性验算,（一）抗倾覆稳定验算,扩大基础的墩台需依最不利组合，并考虑水的浮力验算；一般只考虑桥墩在顺桥方向的稳定性。应分别按最高设计水位和最低水位的不同浮力进行组合。,墩台的抗倾覆稳定性验算可按下式进行：,桥墩稳定性验算,（二）抗滑移稳定验算,墩、台的抗滑移稳定验算，可按下式进行：,地基土分类,摩檫系数,f,软塑性土,0.25,硬塑性土,0.30,砂性土、粘砂土、半干硬的粘土,0.300.40,砂类土,0.40,碎石类土,0.50,软质类土,0.400.60,硬质类土,0.600.70,在墩台抗倾覆、抗滑移稳定性验算时，应分别按最高设计水位和最低水位的不同浮力进行组合。,五、墩顶水平位移计算,墩顶过大的水平位移会影响桥跨结构的正常使用，对于高度超过,20m,的重力式桥墩，应验算顶端水平方向的弹性位移，并使其符合规定要求。墩台顶面水平位移的容许极限值为：,式中：,L,相邻墩台间的最小跨径，以米计。跨径小于,25M,时仍以,25M,计算；,Y,墩台顶水平位移值,(mm),，它的数值应包括墩台水平方向的弹性位移和,由于地基不均匀沉降而产生的水平位移值的总和。地基不均匀沉降所,产生的水平位移值，可通过计算不均匀沉降引起的倾斜角求得。,计算时可认为墩台身相当于一个固定在基础顶面的悬臂梁，不考虑上部结构对墩、台顶位移的约束作用，而引起水平弹性位移的荷载为制动力、风力及偏心的竖向支反力等。由于将墩台视为固定在基础顶面的悬臂梁，完全忽略了上部结构对墩台顶的约束作用，所以结果是偏大的。,重力式墩台帽一般可不进行验算，支座垫石下的局部承压应力与支座计算的有关内容相同。采用悬臂式帽的重力式墩台，悬臂墩台帽需配受力钢筋，悬臂部分按悬臂梁计算。有关施工时的特殊受力，可按实际情况验算。,第三节 桩柱式桥墩计算要点,一、盖梁计算,力学图示：,双柱式墩：当盖梁的刚度与桩柱的刚度比大与,5,时，可忽略桩柱对盖梁的约束，近似按双悬臂梁计算。对多柱式或多桩式桥墩，可按多跨连续梁计算。,计算内容：,1,、恒载及其内力计算；,2,、活载及其内力计算；,3,、施工吊装荷载及其内力计算；,4,、荷载组合及内力包络图；,5,、配筋计算。,二、桩身计算,分刚性和柔性两种,