桥梁支座、墩台与基础.ppt

2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 1 第七章桥梁支座 墩台与基础 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 2 第一节桥梁支座 一 支座的作用和要求支座 设置在桥梁的上部结构与墩台之间的结构物作用与要求 把上部结构的各种荷载传递到墩台上 并能够适应活载 温度变化 混凝土收缩与徐变等因素所产生的变位 使上 下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式按变位分类 固定支座与活动支座 多向 单向 按材料分类 简易支座 钢支座 钢筋混凝土支座 橡胶支座等按功能分类 常规支座 特殊支座 减震支座 拉力支座等 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 3 桥梁支座的布置方式 简支梁桥 一端固定 另一端活动 公 铁 连续梁桥 每联只设一个固定支座 其余为活动曲线连续梁桥 支座布置会直接影响曲梁的内力分布坡道上的桥梁 固定支座应设在较低一端 简支梁 连续梁 曲线梁 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 4 简易支座 指在梁底和墩台顶面之间设置垫层 油毛毡 石棉板或铅板等 来支承上部结构 仅适于跨度10m以下的公路桥和4m以下的铁路板桥钢支座 靠钢部件的滚动 摇动和滑动来完成支座的位移和转动的铸钢支座平板支座弧形支座摇轴支座辊轴支座特种钢支座 二 支座类型和构造 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 5 弧形钢板支座构造 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 6 球形支座图片 1上支座板 2下支座板 3球冠钢衬板 4球面聚四氟乙烯板 5平面聚四氟乙烯板 6不锈钢板 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 7 二 支座类型和构造 续 钢筋混凝土支座 较少采用 摆柱式支座混凝土铰橡胶支座 构造简单 加工方便 省钢材 造价低 结构高度小 安装方便 板式橡胶支座 纯橡胶 加劲橡胶 盆式橡胶支座 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 8 盆式橡胶支座 特点 将素橡胶板置于圆形钢盆内来加强橡胶 橡胶在受压后的变形由于受到钢盆的约束 处于三向受压状态 只要钢盆不破坏 橡胶就永远不会丧失承载力 应用广泛 铁路桥常用的TPZ系列和公路桥常用的GPZ系列 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 9 盆式橡胶支座图片 GPZ系列 TPZ系列 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 10 三 支座的受力与变位分析 受力竖向力 自重和活载反力 负反力问题 水平力 纵向水平力 横向水平力 尤其对斜 弯桥 变位纵向和横向水平位移梁端转角反力和变位的组合验算强度 拉 压应力 抗剪 稳定 脱空 倾覆 滑移 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 11 板式橡胶支座的设计与计算 确定平面尺寸a b确定厚度h计算支座转角 验算支座不脱空条件验算支座的抗滑性能 无活载作用 有活载作用 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 12 第二节桥墩和桥台 一 墩台的作用与要求主要作用 是承受上部结构传来的荷载 并将它及本身自重传给地基 桥墩 支承着相邻的两孔桥跨 居于桥梁的中间部位 除承受上部结构的作用力外 还受到风力 流水压力及可能发生的冰压力 船只和漂流物的撞击力桥台 居于全桥的两端 前端支承着桥跨 后端与路基衔接 起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用 还需承受台背填土及填土上车辆荷载产生的附加侧压力 结构型式 多种多样 发展方向是注意上 下部结构协调一致 结构轻型 薄壁 注意造型等 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 13 二 桥墩的类型与构造 常见型式 重力式墩 空心式墩 柔性墩 桩 柱 式墩 薄壁墩等 重力式桥墩 实体式桥墩 特点 靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定 圬工量大组成 墩帽 墩身 基础 截面 矩形墩 圆端形墩 圆形墩等材料 天然石材 片石混凝土或混凝土块应用 在中 小跨桥梁 尤其是铁路桥梁中常被采用 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 14 墩帽构造 挑臂式墩帽 圆形墩墩帽 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 15 二 桥墩的类型与构造 续 空心式桥墩 实体墩向轻型化发展的一种较好的结构型式 尤其适用于高桥墩 材料 混凝土空心墩 50m 和钢筋混凝土空心墩截面 圆形 圆端形 长方形等数种特点 充分利用材料强度 可节省材料 减轻桥墩自重 进而也能减少基础工程量 施工速度快 钢滑动模板施工 质量好 节省模板支架 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 16 铁路圆形空心墩构造 清水河桥空心高墩 连续刚构 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 17 二 桥墩的类型与构造 续 柔性墩 是桥墩轻型化的途径之一 它是在多跨桥的两端设置刚性较大的桥台 中墩均为柔性墩 同时 在全桥除在一个中墩上设置活动支座外 其余墩台均采用固定支座 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 18 二 桥墩的类型与构造 续 桩 柱 式墩排架桩墩 将钻孔桩基础向上延伸做为桥墩的墩身 在桩顶浇注盖梁 柱式墩 目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式 特别是在桥宽较大的城市桥和立交桥中 采用这种桥墩既能减轻墩身重量 节约圬工材料 又较美观 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 19 二 桥墩的类型与构造 续 薄壁墩钢筋混凝土薄壁墩 一种新型桥墩 截面型式有板壁形 I形 箱形等 构造简单 轻巧 圬工体积少 连续刚构桥双薄壁墩 在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁刚接的桥墩 可增加桥梁刚度 减少主梁支点负弯矩 增加桥梁美观 省去支座 方便施工 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 20 二 桥墩的类型与构造 续 虎门大桥辅航道桥双薄壁墩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 21 各种轻型桥墩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 22 桥墩图片 Y形桥墩 薄壁桥墩 梁柱式桥墩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 23 桥墩图片 续 刚构桥桥墩 菱柱体桥墩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 24 桥墩图片 续 异形桥墩 悬臂桥墩 圆柱桥墩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 25 三 空心高墩的施工 方法 滑升模板 翻升模板 爬升模板等 这些施工方法的共同特点是 模板依附于已浇筑完成的墩壁上 并随着墩身的逐步加高而向上升高 1 顶架 2 辐射梁 3 内围圈 4 外围圈 5 内模板 6 外模板 7 调径螺丝杆 8 调模螺丝杆 9 行程套管 10 顶杆 11 吊篮 12 栏杆 13 液压千斤顶 滑模施工 20世纪70年代初期开始应用 工艺要求高 不能解决变坡问题 现很少采用 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 26 三 空心高墩的施工 续 翻模施工 从90年代开始研制应用 结构简单 应用广泛 爬模施工 从80年代开始研制应用 需要塔吊和液压系统 应用不多 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 27 四 桥台的类型与构造 重力式桥台 实体式桥台 主要靠自重来平衡台后的土压力 桥台台身多用石砌 片石混凝土或混凝土等圬工材料建造常用类型有矩形桥台 U形桥台 T形桥台 埋式桥台等 矩形 U形 埋式 耳墙式 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 28 T形桥台一般构造 1 台帽 2 道碴槽 3 后墙 4 基础 5 锥体 6 路堤 7 前墙 8 胸墙 9 托盘 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 29 带翼墙的桥台 按结构形式 桥台还可分为带翼墙和不带翼墙两大类 翼墙位于桥台两侧 多采用八字形和一字形 翼墙的作用是 挡住桥台两侧的路基填土 保证桥头路基稳定 并引导水流顺畅地进入桥孔 带翼墙的桥台主要用于公路桥梁 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 30 四 桥台的类型与构造 续 轻型桥台 利用结构本身的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化 主要用于公路桥 薄壁轻型桥台 常用的形式有悬臂式 扶壁式 撑墙式及箱式等支撑梁轻型桥台 适于小跨度桥 略 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 31 四 桥台的类型与构造 续 框架式桥台 在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台 它所受的土压力较小 适用于地基承载力较低 台身较高 跨径较大的梁桥 其构造型式有双柱式 多柱式 墙式 半重力式和双排架式 板凳式等 双柱框架式 墙式 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 32 四 桥台的类型与构造 续 组合式桥台 桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力 而台的土压力由其它结构来承受 形成组合式桥台 锚定板式桥台 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 33 五 墩台的设计与计算 1 墩台的设计荷载及其组合桥墩的荷载组合 1 最大竖向力组合 用来验算墩身强度和基底最大应力 铁 公 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 34 桥墩的荷载组合 2 按桥墩各截面在顺桥向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合 用来验算墩身强度 基底应力 偏心及桥墩的稳定性 铁 公 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 35 桥墩的荷载组合 3 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 它是用来验算横桥向的墩身强度 基底应力 偏心及桥墩的稳定性 铁路 在相邻两跨布置空车以产生横向摇摆力 而竖向力又不大 称为双孔轻载 也称双孔空车 公 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 36 桥台的荷载组合 在确定荷载最不利组合时 通常按台后布置活载而桥上无活载 最大水平力和最大后端弯矩组合 桥上满布活载 最大前端弯矩 桥上 台后同时布置活载 最大竖向力组合 等几种不利情况 分别进行组合与验算 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 37 五 墩台的设计与计算 续 2 墩台的验算内容设计过程 选定墩台型式及拟定各部分尺寸 然后计算各项外力和进行最不利荷载组合 选取验算截面和验算内容 计算各截面的内力 进行配筋和验算 验算要求墩台本身 强度 稳定性及偏心扩大基础 基底应力 整体稳定性高桥墩 墩顶弹性水平位移超静定桥梁结构 基底沉陷量计算理论 容许应力法 铁路 和极限状态法 公路 验算对象 墩台身一般视为偏心受压构件 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 38 第三节桥梁基础 一 基础的作用与要求桥梁基础 桥梁结构物直接与地基接触的最下部分地基 承受基础传来的荷载的那一部分地层 岩层或土层 要求 地基和基础必须具有足够的强度和稳定性 变形也应在容许范围之内基础类型 根据埋置深度 分为浅置基础和深基础浅置基础 埋深较浅 一般小于5m 扩大基础深基础 深水基础 桩基础 沉井 沉箱 管柱等基础选型 取决于地质条件 水文条件 荷载特性 桥梁结构型式及使用要求 以及材料的供应和施工技术等因素重要性 隐蔽工程 控制施工进度 造价比例桥梁结构的整体性 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 39 二 基础的类型与构造 1 浅置基础刚性扩大基础 又称明挖基础 直接在墩台下开挖基坑修建而成平面形状 常为矩形 也有其它形式立面形状 可为单层或多层台阶 与地基承载力及上部荷载大小等有关襟边 20cm 50cm刚性角 30 45 常用材料 混凝土 片石混凝土 浆砌片石等特点 稳定性好 施工简便 取材容易基坑开挖 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 40 2 桩 及大型管柱 基础 适用情况 当墩台所处位置的覆盖层很厚 适于承力的地基很深 或施工水位较高时组成 若干根桩和承台分类按承台位置 高桩承台和低桩承台基础 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 41 分类 续 按施工方法 按基础传力方式 柱桩 摩擦桩按材料划分 钢筋混凝土桩 钢桩 钢管混凝土桩 管柱 按横截面划分 圆形 环形 方形等 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 42 桩的平面和立面布置 平面布置 行列式 梅花式立面布置 竖直桩 斜桩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 43 管柱 大直径钢筋混凝土桩 1 5m左右 施工阶段为管形结构 使用阶段以柱的形式受力薄壳圆柱形管节 需接长 不耐捶击 振动法下沉管内钻孔至基岩 放钢筋骨架笼 灌注混凝土结构体系 高 低承台的立柱 1 管柱 2 承台 3 墩身 4 嵌固于岩层 5 钢筋骨架 6 低水位 7 岩层 8 覆盖层 9 钢管靴 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 44 武汉长江大桥管柱基础 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 45 桩的构造 灌注桩配筋图 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 46 桩的构造 预制钢筋混凝土方桩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 47 桩基础的承台 形状 矩形和圆端形平面尺寸 根据其上部墩台身底面尺寸及其桩的平面布置而定承台厚度 不宜小于1 5m材料 钢筋混凝土 一般不低于15号钢筋布置 见图 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 48 旋转 钻孔设备 钻机 钻头 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 49 套管法施工钻孔桩 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 50 打桩设备 桩架 柴油锤 振动打桩机 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 51 3 沉井及沉箱基础 沉井基础 混凝土井筒 一边在筒内挖土 一边靠它的自重不断下沉到设计标高的方法来完成施工 沉箱特点 埋置深度可以很大 整体性强 稳定性好 施工期较长 1 沉井底节在人工筑岛上浇筑 2 沉井开始下沉及接高 3 沉井已下沉至设计位置 4 进行封底及墩身工作 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 52 沉井分类 按下沉方式 就地建造下沉 浮运就位下沉按建筑材料 钢 混凝土沉井 钢筋混凝土沉井等按平面形状 圆形 矩形及圆端沉井等按竖直剖面形状 竖直式 倾斜式及阶梯式 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 53 沉井基本构造 组成 刃脚 井壁 隔墙 井孔 凹槽 射水管和探测管 封底 顶盖 或承台 等 2020年2月12日 李亚东 桥梁工程概论 第七章 54 深水沉井基础 10m以上水深 施工 水上工作面的建立浮式承重体系 常用者 用船舶或浮箱组合 用锚绳 锚碇保持其水上固定位置 插到水底的劲性承重体系 如海上工作平台 沉井 岸边制造 壳体结构 利用水浮力承托 浮运或拖运至墩位工点沉落过程 由压水 气 灌注混凝土等措施 控制入水深度及平稳性基本施工过程沉井底节 通常为双层板壁钢壳 制作 浮船组抛锚定位 沉井底节悬浮水中 沉井接高下沉