桥梁墩台 Ch6—2.ppt

桥墩计算中的作用永久作用,一、作用及其效应组合,上部构造的恒重对墩帽或拱座产生的支承反力（混凝土收缩、徐变）桥墩自重预应力（装配式预应力空心桥墩）基础变位影响力（非岩石地基上的超静定结构）水的浮力,第二节桥梁墩台计算,可变作用,（1）作用在上部结构上的汽车荷载（重力式墩台不计冲击力）（2）人群荷载（3）作用在上部结构和墩身上的纵、横向风力（4）汽车荷载引起的制动力（5）作用在墩身上的流水压力（6）作用在墩身上的冰压力（7）上部结构因温度变化对桥墩产生的水平力（8）支座摩阻力,偶然作用（1）地震作用（2）作用在墩身上的船只或漂浮物的撞击力,桥墩作用效应组合第一种组合：按桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合第二种组合：按桥墩各截面在顺桥方向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合,产生最大竖向荷载时的外力组合,桥梁横向布载情况,第三种组合：按桥墩各截面在横桥方向可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行组合,重力式桥台的计算永久作用,上部结构通过支座（或拱座）台帽上的支承反力桥台重力（台帽、台身、基础和土的重力）混凝土收缩在拱座处引起的反力水的浮力台后土侧压力，宜以主动土压力计算，其大小与压实程序有关,可变作用,（1）作用在上部结构上的汽车荷载（桩柱式桥台应计冲击力）（2）人群荷载（3）活载引起的土侧压力（4）汽车荷载引起的制动力（5）上部结构因温度变化在支座（或拱座）上引起的摩阻力（或反力）,桥台作用效应组合仅在桥跨结构上布置荷载仅在台后破坏棱体上布置车辆荷载在桥跨结构上和台后破坏棱体上都布置车辆荷载,偶然作用只包含地震力，不考虑船只或漂浮物的撞击力等,重力式墩台截面承载能力状态验算,二、桥梁墩台的计算与验算,重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，结构采用以概率论为基础的极限状态设计方法，采用分项安全系数的设计表达式进行计算，在不利荷载组合作用下，墩台各控制截面的作用效应的设计值应小于或等于结构抗力效应的设计值，以方程表示为,（1）验算截面的选取验算截面通常选取墩身的基础顶面与墩身截面突变处。对于悬臂式墩帽的墩身，应对与墩帽交界的墩身截面进行验算（2）验算截面的内力计算按照各种组合分别对各验算截面计算其竖向力、水平力和弯矩（3）承载能力极限状态验算按轴心或偏心受压构件验算墩身个截面的承载能力,（4）截面偏心验算桥墩承受偏心受压荷载时，验算截面在各种组合下的偏心距，其值不超过桥规容许值。如果超过时，可按下式确定截面尺寸,（5）直接抗剪验算当拱桥相邻两孔的推力不相等时，要验算拱座截面的抗剪强度,（1）抗倾覆稳定验算,桥墩的稳定性验算,（2）抗滑动稳定性验算,-基础底面与地基土之间的摩擦系数，其值为0.25-0.7，可根据土质情况参照采用在墩台抗倾覆、抗滑移稳定性验算时，应分别按常水位和设计洪水位两种不同情况考虑水的浮力,（3）基础底面土的承载力和偏心距验算（4）相邻墩台均匀沉降差,（5）纵向挠曲稳定验算桥规规定在承载力验算时引入了偏心受压构件承载力影响系数，该系数同时考虑了构件轴向力偏心矩和构件长细比的影响，而构件长细比就反映了偏心受压构件在非弯曲平面内的稳定,桩柱式桥墩的计算,盖梁计算（1）计算图式,桩柱式墩台通常采用钢筋混凝土构件。在构造上，桩柱的钢筋伸入盖梁内，与盖梁的钢筋绑扎成整体，因此盖梁与桩柱刚结呈刚架结构。双柱式墩台，当盖梁的刚度与桩柱的线刚度比大于5时，为简化计算可以忽略节点不均衡弯矩的分配及传递，一般可按简支梁或悬臂梁进行计算和配筋，多根桩柱的盖梁可按连续梁计算。当盖梁计算跨径与梁高之比，对于简支梁当2.0l/h5.0，连续梁2.5l/h5.0时称为“短梁”，应按相关内容作为深梁计算。当线刚度比小于5时，或桥墩承受较大横向力时，盖梁和桩柱应作为横向刚架的一个整体予以验算。计算盖梁内力时可考虑柱支承宽度的影响,（2）外力计算,外力包括上部结构永久作用引起的支点反力、盖梁自重、活载和施工吊装荷载以及桥墩沿纵向的水平力。车道荷载的布置要使各种组合为盖梁最不利情况，求出支点最大反力作为盖梁的活载。当活载对称布置时，按偏心压力法（或刚接板梁法、铰接板梁法）计算。当盖梁为多根柱支承时，其内力计算可按设计规范考虑桩柱支承宽度对削减负弯矩尖峰的影响。桥墩沿纵向的水平力有制动力、温度力、支座摩阻力以及地震力等,（3）内力计算,公路桥桩柱式墩台的帽梁通常采用双悬臂式，计算时的控制截面应选取支点和跨中截面。在计算支点负弯矩时，采用非对称布置活载与恒载的反力；在计算跨中正弯矩时，采用对称布置活载与恒载的反力。桥墩沿纵向的水平力以及当盖梁在沿桥纵向设置两排支座时，上部结构活载的偏心对盖梁将产生扭矩，应予以计入,（4）配筋验算,盖梁的配筋验算方法与钢筋混凝土梁配筋类同，根据弯矩包络图配置受弯钢筋，根据剪力包络图配置弯起钢筋和箍筋。在配筋时，还应计算各控制截面抗扭所需要的箍筋及纵向钢筋。当采用预应力混凝土盖梁时，预应力钢筋的配置及普通钢筋的配置同预应力混凝土梁,（1）外力计算,桥墩桩柱的外力有上部结构永久作用与盖梁的永久作用引起以及桩身自重；活载按设计荷载布置车列，得到最不利的作用效应组合，作用效应组合后要分别比较哪一种情况控制桩长和桩的内力。桥墩的水平力有支左座摩阻力和汽车制动力等,柱身计算,（2）内力计算,桩柱式墩基础的有关内容计算桩柱的内力和桩的入土深度。对于单柱式墩，计算弯矩应考虑两个方向弯矩的合力。纵、横方向弯矩合力值为,（3）配筋计算,在最不利组合内力作用下，可先配筋，再按钢筋混凝土偏心受压构件进行验算。圆截面柱的截面配筋计算参照规范按钢筋混凝土偏心受压构件计算,（4）抗裂验算,钢筋混凝土圆形和环形截面偏心受压构件的最大裂缝宽度计算按规范中的第6.4.5条进行,水平位移的规定：对于高度超过20的重力式墩台及轻型墩台，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,墩台顶水平位移计算,在不考虑桩基变位影响时，等截面桥墩，由于墩顶承受弯矩（M）、水平力（T）及沿墩高梯形分布的水平荷载（见图2-7-17）所引起的墩顶位移可按下式计算：,M作用在墩顶的弯矩（Mpa）（包括制动力和恒、活载偏心等引起的弯矩）T作用在墩顶的水平力（KN）q1由于风力等沿墩高均匀分布的水平外力（KN）q2由于风力和其他水平外力沿墩高成三角形分布的水平荷载（墩顶为零，基础顶面为q2）（KN）I、E桥墩截面材料的截面惯性矩（m4）、抗压弹性模量（Mpa）H桥墩高度,柔性墩是由钢筋混凝土柔性排架桩墩、梁和刚性墩台组成的一联或多跨连续的铰接刚架体系，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。为了简化计算，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（如下图a）。当已知柔性墩的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。,柔性墩的计算要点,（1）在墩顶弯矩不大的前提下，柔性墩顶水平力可采用叠加原理进行计算，计算图式见图b)。其中第一图式是计算由于水平位移产生的墩顶水平力，产生水平位移的外力包括制动力、梁的温度变化力以及在竖向活载作用下因梁长度变化而产生的水平力等种组合第二图式是计算由于墩顶产生了水平位移，在竖向力作用下引起墩内弯矩而产生的水平反力第三图式为在墩顶弯矩作用下而产生的水平反力。此外，在必要时还应包括墩身受到风力产生的水平反力。在水平力的计算时，梁身混凝土收缩、徐变等次要因素一般可忽略不计,基本假设,（2）假定上部结构与桩柱顶不发生相对位移，制动力按各墩抗水平位移的刚度分配。桩柱式柔性墩，墩柱下端固结在基础或承台顶面，其抗水平位移的刚度为（等截面刚度）：,单位水平力作用在柔性墩顶面时，该处的水平位移,墩柱下端固结处至墩顶的高度,墩柱横截面对形心轴的惯性矩,第墩柱抗水平位移的刚度,I,（3）计算土压力时，如设有实体刚性墩台，则全部由有关的刚性墩台承受，如均为柔性墩，则岸墩承受的土压力由对岸的土抗力平衡，其余柔性墩不计其影响,（4）水平力组合时，桩柱顶的制动力、水平土压力（当边排架向河心偏移时）及竖向偏载产生的水平力的代数和不允许大于支座摩阻力。当前三者与温度变化产生水平力的总和大于支座摩阻力时，按摩阻力计算,（1）柔性墩（台）顶制动力及其水平位移计算墩顶制动力,作用在第i墩（台）顶的制动力第i墩（台）的抗水平位移刚度全桥（或一联）承受的制动力,F,由制动力产生的墩顶水平位移,墩顶水平位移的计算,（3）在竖向活载作用下梁长度的变化,当桥跨结构跨径较大时，在竖向活载作用下梁下缘伸长而影响柔性墩的位移也应予考虑，此时由梁的挠度近似得到梁的挠曲半径：,计算值时，考虑需按几跨梁计算，应根据所计算桥墩在一联中的位置、支座布置情况及验算时活载布置的位置而定。小跨径桥梁可忽略不计,然后按梁的挠曲（中心角为）可计算梁的下缘伸长值,柔性墩顶发生的水平位移综合为：,（2）梁的温度变形,（1）水平位移产生的水平力（见下图a),对于等截面桩墩：,墩顶水平力计算,（2）由于墩顶产生了水平位移，竖向力N将在墩内引起弯矩而在墩顶产生水平反力（见上图b）,竖向力包括上部结构恒载及活载反力，墩身自重忽略不计，