9 桥梁墩台.ppt

9桥梁墩台 9 1墩台的构造与设计 9 1 1概述 桥梁墩台的作用 主要作用 承受上部结构传来的荷载 并将荷载及桥梁墩台本身自重传给地基 桥墩 支撑相邻的两孔桥跨 居于桥梁的中间部位 桥台 居于全桥的两端 前端支撑桥跨 后端与路基相连 起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用 9 1 1概述 桥梁墩台的组成 9 1 2桥梁墩台的类型与构造 9 1 2 1桥梁墩台的分类 常见桥墩截面形式 总体上分为两类 重力式墩 台 靠自身重量来平衡外力而保持稳定 材料 天然石材或片石混凝土 适用性 地基良好的大 中型桥梁 流冰 漂浮物较多的河流中 砂石料方便的小桥 重力式桥墩 轻型墩 台 刚度小 受力后允许在一定范围内发生弹性变形 材料 钢筋砼或少筋砼 各种轻型桥墩形式 X形和V形轻型桥墩 弧形箱梁矩形桥墩方案 弧形箱梁圆墩方案 9 1 2 2桥墩 一 实体重力式桥墩 力学特点 主要靠自身的重力 包括桥跨结构的重力 来平衡外力 从而保证桥墩的强度和稳定 自身刚度大 具有较强的防撞能力 圬工数量大 自重大 要求地基的承载力较高 阻水面积也较大 优点 缺点 适用 材料 混凝土 浆砌块石或钢筋混凝土 天然石材或片石混凝土 宜配用钢筋混凝土悬臂式墩帽以减小墩身长 宽 荷载较大的大 中型桥梁 地基承载力较高 覆盖层较薄 基岩埋深较浅的地基上 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桥墩 梁桥重力式桥墩由墩帽 墩身和基础三部分组成 1 墩帽 受力特点 材料 墩帽是桥墩顶部的传力部分 它通过支座直接承托上部结构 并将荷载传到墩身上 应力较集中 墩帽采用强度等级为C20及以上的混凝土 并加配构造钢筋或采用钢筋混凝土 此时 混凝土不低于C25 做成 尺寸 厚度 对大跨径的重力式桥墩一般不小于0 4m 中小跨梁桥也不应小于0 3m 平面 满足桥跨结构支座布置的需要 并设有50 100mm檐口 支座边缘到墩身边缘应满足规范规定的最小距离要求 顺桥向 顺桥向 公预规 规定 一般情况墩帽纵桥向宽度 对于小跨径桥梁不得小于80cm 中等跨径桥梁不宜小于100cm 大跨径桥的墩身顶宽 视上部构造类型而定 顺桥向最小宽度 横桥向 B 两侧主梁间距 支座横向宽度 配筋 墩帽钢筋构造 支承垫石 在一些宽桥或墩身较高的桥梁中 为了节省墩身及基础的圬工体积 常常采用挑出的悬臂或托盘来缩短墩身横向的长度 做成悬臂式或托盘式桥墩 悬臂式墩帽 托盘式墩帽 2 墩身 桥墩的主体 顶宽 侧坡 截面形式 对小跨径桥不宜小于80cm 对中等跨径桥不宜小于100cm 对大跨径桥 视上部结构类型而定 一般采用20 1 30 1 小跨径桥的桥墩也可采用直坡 有圆形 圆端形 尖端形 矩形等数种 混凝土浇筑 或用浆砌块石和料石 也可用混凝土预制块砌筑 材料 截面形式 圆形 优点 不受水流流向条件限制 不便纵 横向分别处理 增大了阻水面积 不宜石砌 流向不稳 或水流与桥法向夹角大于15度 缺点 适用 截面形式 矩形 优点 节省圬工 模板简单 易施工 对水流阻力特别大 易遭冲刷 无水 近水 靠近岸边水流流速小 山区跨谷桥 旱桥 缺点 适用 截面形式 园端形 优点 能使水流顺畅地通过桥孔减小冲刷和流水压力 具有圆 矩形的优点 适用 一般应用于斜交角小于15度水中墩 渝合高速公路 龙凤溪大桥 连续箱梁 左幅387米 右幅487米 圆形桥墩 返回 重庆长江大桥复线 返回 连续刚构桥 矩形桥墩 江苏南京大胜关长江大桥 铁路桥 返回 中承式连续拱桥 园端形桥墩 破冰棱体 流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞击力和大面积流冰堆积现象以及流冰对桥墩的磨损 对此 在中等以上流冰河道 冰厚大于0 5m 流水速度1m s左右 及有大量漂流物的河道 应在迎水方向设置破冰棱体 无水墩 旱桥墩 水流不稳定时 航运繁忙的河道 船只往往因突发原因引起航行失控 或是因能见度低造成船舶与桥墩相撞 桥墩在设计中不但要有一定抵抗船舶冲击荷载的能力 还要考虑采用缓冲装置和保护系统 预防或改变船只冲击荷载的方向或减少对桥墩的冲击荷载 不使其破坏 破冰罩 拱桥重力式桥墩由墩帽 墩身和基础三部分组成 受力特点 优点 梁桥桥墩的顶面设置传力支座 且支座距顶面边缘保持一定的距离 而拱桥桥墩则在其顶面的边缘设置呈倾斜面的拱座 直接承受由拱圈传来的压力 承载能力大 能就地取材 节约钢材 缺点 圬工体积大 自重大 适用 地基较好 冲刷不大 覆盖层不厚的情况下 除承担相邻两跨的竖向反力 一般不承担恒载水平推力 或相邻两孔不相同时 只承受经过抵消后尚余的不平衡力 又称制动墩 作用在于一侧桥孔毁坏时 能承受单向的恒载水平力 以保证另一侧的拱桥不会坍塌 单向推力墩 桥墩向轻型化 机械化方向发展的途径之一 特点 材料 空心墩 不宜用于可能有船舶 冰和漂浮物撞击的河流 适用 节省材料 节省模板和支架 减轻桥墩自重 钢滑动模板施工 高桥墩有利 钢筋混凝土 混凝土 高度小于50米 不宜用于流沙大并加有大量泥沙的河流 截面形式 圆形空心 双圆孔空心 园端形中间设隔板 园端形空心 矩形空心 矩形中间设隔板 斜坡 使用各种条件下的桥墩 受力合理 施工方便 立面 直坡 用于墩身不高或某些特殊需要的桥上 空心墩 截面形式 钢筋混凝土实体薄壁墩 不宜用于流速大并夹有大量泥沙的河流或可能有船舶 冰 漂流物撞击的河流中 适用 一字形 箱形 宜用于地基土软弱地区 高度一般不大于7m 二 梁桥轻型桥墩 特点 结构轻巧 可节省圬工约70 左右 I形 圬工体积小 一般用于中小跨径桥梁上 材料 混凝土 浆砌块石 钢筋混凝土 桩 柱 式桥墩 特点 线条简捷 明快 美观 施工方便 节省材料数量 柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式 特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥 目前公路桥梁中广泛采用 相对刚度较大 适用性广 可与桩基配合使用 柱间空间小 易于阻滞漂流物 截面 圆形 矩形 组成 盖梁 承台 基础 墩柱 避免用于深水 深基础及漂浮物多 有木筏的河道上 适用 宜用于水深不大的浅基础或高桩承台上采用 广泛用于城市 公路 中小跨径铁路旱桥上 型式 单柱式 单柱式 有水 水流急弯 流向不定或斜交角大于15 无水 城市弯桥中间墩 天桥 斜交角小于15 或仅有小漂流物及城市宽桥 漂流物大 防止卡在柱中间 可在双柱间加隔墙 40 60cm 墩身较高时 下部实体 上部双柱 双柱式 双柱式 哑铃式 哑铃式 混合双柱式 混合双柱式 采用桩基础的柱式桥墩由承台 柱式墩身和盖梁组成 对于上部结构为大悬臂箱型截面 墩身可以直接和梁相接 柱式桥墩钢筋构造 柔性排架桩墩 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 RaftsundetBridgeSpanof86 202 298 125m 特点 利用构造措施 将上部结构传来的水平力 制动力 温度影响力 传给各柔性墩台 或相邻刚性墩台 减少单个柔性墩所受到的水平力 从而减小桩墩截面的目的 适用 低浅宽滩河流 通航要求低和流速不大的水网地区修建小跨径桥时采用 要求墩高 5 7m 跨径 16m的梁式桥 多跨柔性墩的布置 由于柔性墩在布置上只设一个活动支座 当桥梁孔数较多且桥较长时 柔性墩固定支座的墩顶位移量过大且处于不利状态 活动支座的活动量要求大 刚性桥台的支座所受的水平力也大 因此 多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联 柔性墩一般布设在两端具有刚性较大桥台的多跨桥中 同时 在全桥除一个中墩上设置活动支座外 其余墩台均采用固定支座 两个活动支座之间或刚性台与第一个活动支座间称为一联 多跨柔性墩的布置 框架式桥墩 特点 采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压挠和挠曲构件组成平面框架代替墩身 支承上部结构 必要时可做成双层或多层框架 形式 单层或多层框架 X V Y形 框架墩的布置 适用 V形墩刚构 V形墩连续梁 V形桥墩 9 1 2 3桥台 分类 按其形式分为 重力式桥台 轻型桥台 组合式桥台等 一 梁桥重力式桥台 实体式桥台 主要靠自重来平衡台后的土压力 分类 U形桥台 八字式桥台 埋置式桥台 一字式桥台 U形桥台 特点 构造简单 基底承压面大 应力小 台腔易积水 寒冷地区易冻胀引起开裂 须十分注意防排水 圬工体积大 组成 台身 前墙 胸墙 基础 台帽 翼墙 材料 石砌 混凝土 片石混凝土 适用 填土高度在4 8m以下的中等跨径桥 跨度稍大 地基条件较好的桥梁 U形桥台一般构造 埋置式桥台 将台身埋置于台前溜坡内 不需要另设翼墙 仅有台帽两端耳墙与路堤衔接 材料 台身多用片石混凝土或浆砌块石 台帽和耳墙采用钢筋混凝土 特点 圬工数量较省 但由于流坡伸入桥孔 压缩河道 有事需要增加桥长 适用 河滩宽浅 地质良好 河床稳定 台后填土高度小于10m的中等多跨桥 跨径大且台后填土超过10m以上 常采用钢筋混凝土框架桥台或箱式桥台 埋置式桥台 型式 直立式 直接埋于台前溜坡内 无须翼墙 后倾式 中心向后 以利平衡台后土压力 八字形 一字形桥台 台身两侧为独立的翼墙 一般将台身与翼墙分开砌筑 翼墙张开的角度 一般为30 45 并可根据需要适当变动角度 八字形 一字形桥台 八字形 最常见的构造形式 重力式桥台翼墙构造 一字形 适用于河岸稳定 桥台较矮 河床压缩 中小跨径桥梁 台身两侧为独立的翼墙 一般将台身与翼墙分开砌筑 翼墙张开的角度 一般为30 45 并可根据需要适当变动角度 二 梁桥轻型桥台 轻型桥台体积轻巧 自重小 借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力 从而可节省材料 降低对地基强度的要求和扩大应用范围 支撑梁轻型桥台 轻型桥台之间或台与墩之间设置3 5根支撑梁 桥台与支撑梁及上部结构形成四铰框架 适用 单跨或少跨的小跨径桥梁 桥跨孔数与轻型桥墩配合使用时不宜超过三个 单孔跨径不大于13m 全长不大于20m 钢筋混凝土薄壁桥台 组成 扶壁式挡土墙 两侧的薄壁侧墙 与前墙斜交 八字形 与前墙垂直 U形 特点 减少圬工体积 自重轻 构造施工比较复杂钢筋用量较多 适用 软弱地基 常用型式 有悬臂式 扶壁式 撑墙式及箱式等 埋置式轻型桥台 按台身的结构形式 埋置式桥台可以分为 桩柱式 框架式及肋形埋置式 将台身埋在锥形护坡中 只露出台帽在外 以安置支座及上部构造 三 拱桥桥台 拱桥重力式U形桥台 传递 直接作用 桥墩 桥台 9 2桥墩的计算 9 2 1作用及其效应组合 荷载作用 恒载 上部结构 自身自重 土水压力等 荷载作用 活载 车辆 制动力 人群等 偶然荷载 强度 刚度 稳定性 局部承载 基底应力 作用种类 永久作用 上部结构恒载 包括上部结构混凝土收缩及徐变作用 墩自重 包括在基础襟边上的土重 预加力 例如对装配式PC桥墩施加的预加力 基础变位 地基压密等引起的支座长期变位的影响 水的浮力 透水性地基 验算稳定 考虑设计水位浮力 可变作用 车道 车辆 荷载 冲击力 重力式墩台不计 人群荷载 顺桥向 横桥向风力 上部结构传递下来 墩身上 车辆制动力 流水压力 墩身 可变作用 冰压力 墩身 上部结构 拱桥 因温度变化对桥墩产生的附加力 偶然作用 地震作用 撞击作用 墩身 支座摩阻力 作用效应组合 承载能力组合A 轴力控制 使墩台控制截面 地基产生最大应力 承载能力组合B 轴力及顺桥向 横桥向 弯矩控制 使墩台控制截面 地基产生最大应力或偏心距 刚度组合 使桥墩产生最大的顺 横 桥向变形 其他组合 如使帽梁产生最大局部弯矩等 1 荷载效应组合 承载能力组合A 荷载 全部恒载 两跨满布可变作用的一种或几种 以在墩身中产生Nmax 9 2 2重力式 圬工 桥墩计算要点 目的 验算墩身控制截面强度 基底最大应力 承载能力组合B 顺桥向 荷载 全部恒载 一孔无活载 另一孔 大孔 布载 以在墩身顺桥向产生emax Mmax Nmax 目的 验算墩身控制截面强度 基底应力 顺桥向偏心距 桥墩稳定性和基底最大应力 承载能力组合B 横桥向 荷载 全部恒载 半幅布载 以在墩身横桥向产生emax Mmax Nmax 目的 验算墩身控制截面强度 基底应力 横桥向偏心距 桥墩稳定性和基底最大应力 刚度组合 墩顶变形的验算 验算对象 荷载 全部恒载 最大水平力 使墩顶最大水平变形 要求 计算图式 固结在基础的悬臂梁 墩顶水平位移 轻型墩 桥墩弹性变形 地基沉降不均产生的刚性转动 2 拱桥重力式桥墩受力特点 特点1 要根据具体情况考虑台后主动 被动 特点2 顺桥水平推力及其效应组合与施工过程密切相关 控制组合方式 永久作用 相邻两孔作用 可变作用 一孔 大跨 满布 最大不平衡推力 3 重力式桥台受力特点 特点1 要根据具体情况考虑台后主动 被动 土压力 特点2 要考虑车辆荷载引起的土侧压力 特点3 不考虑风 流水 冰 撞击等作用 其他计算 验算 项目与桥墩基本相同 4 重力式墩台的验算 验算项目 强度 应力 偏心距 抗滑移 抗倾覆稳定 墩顶位移 验算项目 材料力学方法 墩台验算差异 鉴于外力均可合成 故 梁桥 拱桥 重力式墩台验算大体相同 区别仅在于外荷载作用稍有差异 墩身强度验算 验算截面 桥墩强度验算 计算方法 材料力学方法 计算内容 作用效应组合 顺 横桥向 N H M 墩身强度验算 偏心距的e0验算 抗剪强度验算 验算情况 不平衡推力较大时 验算位置 桥墩控制截面 拱座底截面 若不满足 则反算面积A 增大尺寸 其他验算 如墩 台 帽局部承压 悬臂帽梁抗弯抗剪强度等 地基承载力和偏心距的验算 地基承载力的验算 若 N作用在基底截面核心内时 若 N作用在基底截面核心外时 基底不能承受拉应力 要考虑基底应力重分布 横桥方向 顺桥方向 地基承载力和偏心距的验算 基底偏心距的验算 e过大 基底不均匀沉陷大 限制e0 整体稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 目的 防止在水平推力作用下墩台绕边缘倾覆 稳定系数 抗滑动稳定性验算 目的 防止墩台沿基底滑动 稳定系数 计算构件 帽 盖 梁 受弯构件 墩柱 受弯构件 盖梁计算 9 2 3桩柱式桥墩计算要点 构造 盖梁与桩柱刚接 刚架 计算图式 当线刚度K盖 K墩 5 线刚度EI l 时 略去墩柱对盖梁转动约束 视盖梁为悬臂梁或连续梁进行内力计算 按连续梁计 按简支梁或双悬臂梁计 盖梁性质 深受弯梁特点 不符合平截面假定 按普通梁计算会低估应力 得出偏于不安全的结果 不会出现斜拉破坏 构造方面与普通RC梁有所不同 绝大多数盖梁跨高比L h在3 5之间 属于深梁 当L h大于5时 按普通RC PC构件计算 构造有特殊要求 当时 盖梁称为深梁 当时 盖梁称为短梁 等效 当线刚度K