第七章_桥梁墩台

第七章桥梁墩台 第一节桥梁墩台类型与构造第二节桥梁墩台的计算 1 墩台的作用与要求2 墩台的组成及荷载3 桥墩的类型与构造4 桥台的类型与构造 第一节桥梁墩台类型与构造 1 墩台的作用及要求 作用 承受上部结构传来的荷载 并将它及本身自重传给墩台基础 墩台设计 与结构受力 水文 流速 河床性质及 地质条件有关 桥梁墩台要置于稳定可靠的地基上 并通过设计和计算确定基础形式和埋置深度 结构型式 多种多样 注意上 下部结构协调一致 结构轻型 薄壁 造型多样等 施工技术 因地制宜 与材料 环境等有关 2 墩台的组成及荷载 3 桥墩的类型与构造 3 1实体墩 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 3 2空心桥墩 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 箱形等数种 立面 直坡 侧坡 阶梯特点 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 滑动模板施工 质量好 节省模板支架 3 3桩 柱 式桥墩 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 柱式桥墩一般可分为独柱 双柱和多柱等形式 它可以根据桥宽的需要以及地物地貌条件任意组合 3 4柔性墩 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性墩台 或相邻的刚性墩台上 以减少单个柔性墩所受到的水平力 从而达到减小桩墩截面的目的 3 5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 连续刚构桥双肢薄壁墩 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 桥梁美观 无需设置支座 方便施工 3 6轻型桥墩 3 7框架式桥墩 框架式桥墩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的框架 4 桥台的类型与构造 4 1重力式桥台 重力式桥台也称实体式桥台 它主要靠自重来平衡台后的土压力 桥台台身多数由石砌 片石混凝土或混凝土等圬工材料建造 并采用就地建造施工方法 U型桥台台后U形中空部分容易积水 冰冻后膨胀 致使墙身产生裂缝 适用于填土高度较小 H 4m 地基容许承载力较低的铁路梁桥和填土高度小于10m的公路桥梁 T型桥台T型桥台节省圬工 道碴槽为钢筋混凝土悬臂 钢筋用量大 台身长度随填土高度增加 适用于填土高度4m 12m或地基容许承载力较低的铁路梁桥 埋式桥台节省桥台圬工 但锥体伸入桥孔 减小了桥下过水面积 台身高 基底应力大 适用于桥头为浅滩 溜坡受冲刷小 填土高度大于12m的公路及铁路桥梁 要求地基容许承载力较大 耳墙式桥台采用耳墙与路堤相连接 缩短了实体圬工段长度 但耳墙配筋较多 适用于填土高度4 12m的公路及铁路桥梁 挖台在挖方内采用的提高基础 缩短台顶的顶帽式桥台 结构形式简单 施工方便 适用于坡陡谷深 桥隧相连 山体稳定区域 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 4 2轻型桥台 钢筋混凝土轻型桥台 其构造特点是利用钢筋混凝土结构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 支撑梁轻型桥台 在两桥台间基础顶设钢筋混凝土支撑梁以防止桥台向跨中移动 有八字型和一字型 适于小跨度桥 薄壁轻型桥台 由扶壁式挡土墙和两侧薄壁侧墙构成 减轻了自重 节省圬工 常用的形式有悬臂式 扶壁式 撑墙式及箱式等 适用于填土不高 地基承载力不高的小跨径公路桥梁 混凝土及钢筋用量较大 4 3框架式桥台 在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台 它埋置土中 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 4 4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 第二节桥梁墩台的计算 1 桥墩设计荷载及组合2 桥台设计荷载及组合3 墩台的验算内容4 桥墩防撞 1 桥墩设计荷载及组合 设计与计算步骤 结构尺寸拟定 荷载计算 荷载最不利组合 进行强度 刚度 变形 抗裂性 稳定性检算等 一 墩身检算项目1 截面强度 应力 2 截面合力偏心距 3 纵向及横向稳定性 墩身整体稳定性 4 墩顶弹性水平位移 二 扩大基础基底检算项目1 基底偏心 限制不均匀沉降导致桥墩歪斜 2 基底强度 应力 3 倾覆和滑动稳定性 4 基底以下软弱土层的强度检算 5 基础的沉降 荷载组合 需要对各种可能的荷载进行组合计算 满足各种不同的要求 在墩台的计算中 需按顺桥向 与行车的方向平行 和横桥向分别进行 故在荷载组合时也需按纵向及横向分别组合 1 最大竖向力组合 用来验算墩身强度和基底最大应力 2 按桥墩各截面在顺桥向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 偏心距及桥墩的稳定性 可拟订几种可能的荷载组合 桥墩各截面上的最大竖向力组合 验算墩身强度 基底最大应力和稳定性 应在相邻两跨满布活载的一种或几种 以使墩身或基底产生最大压应力 铁路桥 称双孔重载 按桥墩各截面在顺桥向可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合 它是用来验算墩身强度 基底应力 偏心及桥墩的稳定性 因此 应在跨径较大的一孔上布置活载的一种或几种 以及可能产生的制动力 纵向风力 支座摩阻力等 铁路桥 分别称单孔轻载 单孔重载 和图 b 公路桥 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 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 因此 对于铁路桥墩 应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 对于公路桥墩应注意将活载偏于桥面的一侧布置 此外还应考虑其他荷载如横向风力 流水压力等 2 桥台设计荷载及组合 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 3 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 桥墩两侧桥跨不等的处理 1 梁高不等 2 支座反力不等 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 纵向挠曲稳定 抗倾覆稳定 抗滑移稳定 高桥墩 墩顶弹性水平位移超静定桥梁结构 基底沉降量计算理论 容许应力法 铁 和极限状态法 公 验算对象 墩台身一般视为偏心受压构件 圬工结构设计理论主要有容许应力法和极限状态法 铁路桥规采用容许应力法 公路桥规采用极限状态法 容许应力法的验算式表现为应力的形式 极限状态法的验算式表现为荷载效应的形式 墩台身一般按偏心受压构件验算 简介铁路桥规 铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范 的验算方法 1 截面强度验算验算截面通常选在墩台身的底面与截面突变处 当桥墩较高时 由于最不利截面不一定在墩底 需沿墩身每隔2 3m选取一个验算截面 容许应力法验算式 如果由上式算得的 min为负值 则说明截面的一部分已处于受拉状态 应视其退出工作 此时需按照只有部分截面承受压力的原则 重新确定受压区范围 以求最大压应力 也即进行应力重分布计算 应力重分布计算根据三项基本条件进行 即平截面假定 截面应变按线性分布 弹性体假定 应力 应变关系符合胡克定律 但受拉区不参加工作 力的平衡条件 对于单向偏心受压的矩形截面 重分布以后的最大压应力如图所示 称为应力重分布系数 对于其他形状的截面 特别是各种截面在双向偏心 斜偏心 下受压的情况 验算较为繁杂但计算原理相同 通常可查用已有计算图表 或利用相应的计算机程序计算 2 截面合力偏心距验算为防止圬工结构裂缝开展过大而影响耐久性 并保证结构有足够的稳定性 应进行本项验算 验算式为 注意不同截面的弯矩增大系数变化 桥规 规定了在不同荷载组合作用下 墩身检算截面的容许偏心值 永久荷载 基本可变荷载 e 0 5S永久荷载 基本可变荷载 其他可变荷载 圆形截面 e 0 5S其他形状 e 0 6S永久荷载 其他可变荷载 施工荷载 e 0 7S 3 纵向挠曲稳定性验算挠曲稳定性验算通常简化为常规的强度验算形式 而引入弯矩增大系数或弯曲系数 验算式为 挠曲稳定性也叫做墩身整体稳定性 按压杆的屈曲稳定性验算 验算式为 4 墩台顶弹性水平位移验算对较高的墩台为保证其具有足够的刚度 应按下式验算墩台顶顺桥向或横桥向的弹性位移墩台身的弹性变形引起的墩台顶水平位移 可把墩台身作为一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 可依材料力学或结构力学公式计算 对基础变位引起的墩台顶水平位移应根据基础类型采用相应的计算方法确定 重力式墩台的墩台帽一般可不进行验算 采用挑臂式墩台帽的重力式墩台 需要配置受力钢筋 挑臂部分按悬臂梁计算 柔性墩计算要点 在纵向水平力作用下 一联的各柔性墩顶具有相同的水平位移 为简化计算 可把双固定支座布置的柔性墩视为下端固结 上端有水平约束的铰接支承的超静定梁 当已知柔性墩顶端桥跨结构作用的竖向力和墩顶弯矩 墩顶位移可预先求出 将墩顶水平反力作为多余未知力求解 即可计算下端固结点和墩身的弯矩 剪力 根据各墩最不利的组合内力进行桩墩的配筋和验算 4 桥墩防撞 流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞