第9章 桥梁墩台（优选课资）

1、第第9 9章章 桥梁墩台桥梁墩台1听雨书屋B第第9 9章章 桥梁墩台桥梁墩台o 墩台是桥梁的重要组成部分之一。其作用是承墩台是桥梁的重要组成部分之一。其作用是承担上部结构的荷载，并将其与自身重力有效地担上部结构的荷载，并将其与自身重力有效地传递给基础。传递给基础。o 桥墩一般指多跨桥梁的中间支承结构，除承受桥墩一般指多跨桥梁的中间支承结构，除承受上部结构的荷载外，还要承受流水压力、风力上部结构的荷载外，还要承受流水压力、风力以及可能出现的地震力、流冰压力、船舶或漂以及可能出现的地震力、流冰压力、船舶或漂浮物的撞击力等。浮物的撞击力等。o 桥台设置于桥梁的两端，除起衔接线路（路线）桥台设置于桥梁

2、的两端，除起衔接线路（路线）的作用外，还要承受上部结构的荷载、台背填的作用外，还要承受上部结构的荷载、台背填土及填土上的车辆荷载产生的附加侧压力。土及填土上的车辆荷载产生的附加侧压力。2听雨书屋B第第9 9章章 桥梁墩台桥梁墩台3听雨书屋B第第9 9章章 桥梁墩台桥梁墩台4听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造 桥墩大体上可分为重力式桥墩和轻型桥墩两大类。桥墩大体上可分为重力式桥墩和轻型桥墩两大类。 重力式桥墩重力式桥墩其墩身是截面尺寸较大的实其墩身是截面尺寸较大的实体，一般用砼或砌石等圬工材料建造。体，一般用砼或砌石等圬工材料建造。 5听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造

3、桥墩类型及构造o 重力式桥墩的主要优缺点重力式桥墩的主要优缺点n优点优点o 坚固耐用，施工简便，养护工作量少，取材容易。坚固耐用，施工简便，养护工作量少，取材容易。o 对山坡落石、船舶等撞击磨损以及抵抗冰压力等较为有利。对山坡落石、船舶等撞击磨损以及抵抗冰压力等较为有利。n缺点缺点o 自重大，工程量大，水中墩阻水面积大。自重大，工程量大，水中墩阻水面积大。6听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造o 重力式桥墩的类型重力式桥墩的类型n矩形桥墩矩形桥墩o优点：外形简单，施工方便，圬工量较其它墩型小。优点：外形简单，施工方便，圬工量较其它墩型小。o缺点：对水流阻碍大，易引起墩周局部冲

4、刷。缺点：对水流阻碍大，易引起墩周局部冲刷。o适用情况：无水或静水或高出设计水位以上部分。适用情况：无水或静水或高出设计水位以上部分。7听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造n圆端形桥墩圆端形桥墩o 优点：水流阻碍小，墩周局部冲刷和水优点：水流阻碍小，墩周局部冲刷和水 流压力小。流压力小。o 缺点：施工较为复杂。缺点：施工较为复杂。o 适用情况：常年有水河流、且水流流向适用情况：常年有水河流、且水流流向 与桥轴法线交角小于与桥轴法线交角小于15.8听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造n圆形桥墩圆形桥墩o 优点：阻水小，在各个方向都能适应有水流情况。优点：阻水小

5、，在各个方向都能适应有水流情况。o 缺点：费料、石料砌筑费工、费时（一般用砼建造）。缺点：费料、石料砌筑费工、费时（一般用砼建造）。o 适应情况：河道急弯、流向多变或水流斜交大于适应情况：河道急弯、流向多变或水流斜交大于15.9听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造o 重力式桥墩构造简介重力式桥墩构造简介组成：墩帽、墩身、基础组成：墩帽、墩身、基础 墩帽墩帽n铁路桥墩帽铁路桥墩帽: :托盘式、飞檐式托盘式、飞檐式10听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造n公路桥墩帽公路桥墩帽11听雨书屋B9.1 9.1 桥墩类型及构造桥墩类型及构造n墩帽的作用墩帽的作用o 放置

6、桥梁支座、直接支承桥跨结构，并将桥跨结构传来的放置桥梁支座、直接支承桥跨结构，并将桥跨结构传来的集中压力均匀分散到墩身。（集中压力均匀分散到墩身。（要求具有一定厚度要求具有一定厚度）o 为架梁、施工、养护提供必要的工作面。（为架梁、施工、养护提供必要的工作面。（要求具有一定要求具有一定宽度宽度） 墩身墩身o 一般纵横两方向均做成斜坡。一般纵横两方向均做成斜坡。 基础基础n作用：承受墩身传来的荷载，并将其传递到地基中去，作用：承受墩身传来的荷载，并将其传递到地基中去，n类型：依据荷载大小、水文地质条件、施工条件等而定，一般类型：依据荷载大小、水文地质条件、施工条件等而定，一般有明挖基础、桩基础、

7、沉井基础等形式。有明挖基础、桩基础、沉井基础等形式。n埋置深度：最大冲刷（冻胀）线埋置深度：最大冲刷（冻胀）线+安全值安全值12听雨书屋B9.2 9.2 桥台类型及构造桥台类型及构造o 桥台的作用桥台的作用 在临河一端支承桥跨结构，在背河一端挡住路堤填土，在临河一端支承桥跨结构，在背河一端挡住路堤填土，使路堤不致坍塌。使路堤不致坍塌。o 重力式桥台重力式桥台nU形桥台形桥台13听雨书屋B9.2 9.2 桥台类型及构造桥台类型及构造o 重力式桥台重力式桥台nT形桥台形桥台铁路桥梁最常采用铁路桥梁最常采用14听雨书屋B9.2 9.2 桥台类型及构造桥台类型及构造o 重力式桥台重力式桥台n矩形桥台矩

8、形桥台工程量大，较少采用工程量大，较少采用n耳墙式桥台耳墙式桥台15听雨书屋B9.2 9.2 桥台类型及构造桥台类型及构造o 其它桥台形式其它桥台形式16听雨书屋B9.2 9.2 桥台类型及构造桥台类型及构造o 其它桥台形式其它桥台形式17听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算o 桥梁墩台设计的主要内容桥梁墩台设计的主要内容n合理选择墩台类型及截面形式合理选择墩台类型及截面形式 主要取决于：水文地质条件、河流输运条件、是否为地震区及主要取决于：水文地质条件、河流输运条件、是否为地震区及地震烈度、施工条件等。地震烈度、施工条件等。n确定基础类型及埋置深度确定基础类型及埋置

9、深度n确定建筑材料及圬工规格（砂、石、水等）确定建筑材料及圬工规格（砂、石、水等）n拟定各部尺寸拟定各部尺寸n进行力学检算，保证具有足够的强度、刚度、耐久性、稳定性进行力学检算，保证具有足够的强度、刚度、耐久性、稳定性18听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算o 桥梁墩台力学检算的主要内容桥梁墩台力学检算的主要内容桥梁墩台一般为圬工建成的偏心受压结构，力学检算通常包括：桥梁墩台一般为圬工建成的偏心受压结构，力学检算通常包括：n墩（台）身受压稳定性检算（纵、横向）墩（台）身受压稳定性检算（纵、横向）n墩（台）身各截面合力偏心距检算墩（台）身各截面合力偏心距检算n墩（台）身

10、各截面强度检算（应力重分布问题）墩（台）身各截面强度检算（应力重分布问题）n墩顶弹性水平位移检算墩顶弹性水平位移检算n基底合力偏心检算基底合力偏心检算n基底强度检算基底强度检算n基底稳定性检算（倾覆稳定、滑动稳定）基底稳定性检算（倾覆稳定、滑动稳定）n基底以下软卧层强度检算基底以下软卧层强度检算19听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算o 荷载计算（以铁路桥梁为例）荷载计算（以铁路桥梁为例）n主力主力o 恒载：桥跨结构自重、桥梁墩（台）自重恒载：桥跨结构自重、桥梁墩（台）自重水中墩位于砂石类土、砂类土、黏砂土等透水地基上时，水中墩位于砂石类土、砂类土、黏砂土等透水地基上

11、时，基底作用有水浮力。基底作用有水浮力。n 检算稳定性（倾覆、滑动）检算稳定性（倾覆、滑动）考虑设计水位浮力考虑设计水位浮力n 检算基底应力或合力偏心检算基底应力或合力偏心考虑低水位浮力考虑低水位浮力o 活载活载“中中-活载活载”（不计冲击力）（不计冲击力） 桥墩设计常用加载图式桥墩设计常用加载图式n 单孔重载、单孔轻载、双孔重载等单孔重载、单孔轻载、双孔重载等o 离心力离心力20听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算n附加力附加力o 制动力或牵引力制动力或牵引力o 风力风力o 流水压力流水压力n特殊荷载特殊荷载o 荷载组合荷载组合n主力组合主力组合n主力主力+附加力组

12、合（附加力组合（重点掌握重点掌握）主力主力+一个方向的附加力一个方向的附加力n主力主力+特殊荷载组合特殊荷载组合主力主力+一种特殊荷载，且不在考虑附加力一种特殊荷载，且不在考虑附加力21听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算o 力学检算（以墩身为例）力学检算（以墩身为例）1.墩身受压稳定性检算墩身受压稳定性检算o 检算目的：保证墩身在竖向压力作用下，不会纵向弯曲失检算目的：保证墩身在竖向压力作用下，不会纵向弯曲失稳而破坏。稳而破坏。o 要求要求式中：式中：N为作用于墩顶轴向压力；为作用于墩顶轴向压力；2.墩身截面强度检算墩身截面强度检算o 检算目的检算目的n在桥墩受压稳

13、定前提下，保证桥墩有足够的强度；在桥墩受压稳定前提下，保证桥墩有足够的强度；n在最不利荷载条件下，墩身截面最大压应力在最不利荷载条件下，墩身截面最大压应力 圬工材料的容圬工材料的容许应力。许应力。 crNkN 22听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算n要求要求o 单向偏心时单向偏心时o 双向偏心（斜偏心）时双向偏心（斜偏心）时说明：若按上述公式计算的最小应力为负，即截面出说明：若按上述公式计算的最小应力为负，即截面出现拉应力。因圬工受拉将开裂，截面受拉部分退出工现拉应力。因圬工受拉将开裂，截面受拉部分退出工作，截面应力将重新分布才能与外力平衡。作，截面应力将重新分布才

14、能与外力平衡。yIxyMxANxIyxMyyIxyMxAN23听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算n应力重分布计算应力重分布计算o 假定假定n 截面内不出现拉应力截面内不出现拉应力n 截面内应力仍按直线分布截面内应力仍按直线分布o 计算（矩形截面单向受压）计算（矩形截面单向受压）式中式中 为应力重分布系数。为应力重分布系数。)2(32)2(3maxmax210ANebNaebzxxNF)21(32bex24听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算 【例题例题】计算如图所示矩形截面重力式桥墩墩身在偏心压力作计算如图所示矩形截面重力式桥墩墩身在偏心压

15、力作用下的最大压应力，偏心弯矩增大系数为用下的最大压应力，偏心弯矩增大系数为1.05（尺寸单位（尺寸单位cm）。）。 【解解】在偏心荷载作用下墩身截面的最大在偏心荷载作用下墩身截面的最大和最小应力分别为和最小应力分别为 故需进行截面的应力重分布计算故需进行截面的应力重分布计算MPaWMAN431. 065 . 2611 . 110300005. 15 . 26103000233maxMPaWMAN031. 065 . 2611 . 110300005. 15 . 26103000233min105. 261 . 121132)211(32bexMPaAN442. 05 . 2610300010

16、5. 205. 13max25听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算3.墩身合力偏心检算墩身合力偏心检算o检算目的检算目的n为了限制截面受拉区不致因产生过大的拉应力而开裂，或者为了限制截面受拉区不致因产生过大的拉应力而开裂，或者即使开裂，也不至于使裂缝开展过宽，以保证桥墩在使用上即使开裂，也不至于使裂缝开展过宽，以保证桥墩在使用上有较好的耐久性；有较好的耐久性；n保证在截面开裂后，开裂面以上部分的墩身有足够的抗倾覆保证在截面开裂后，开裂面以上部分的墩身有足够的抗倾覆稳定性。稳定性。o要求要求】【】【或倾覆力矩抗倾覆力矩eksNMekMsN26听雨书屋B9.3 9.3 桥

17、梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算铁路桥规铁路桥规规定规定 主力作用主力作用 【e】=0.5s 主力主力+附加力作用附加力作用 【e】=0.6s 主力主力+施工荷载作用施工荷载作用【e】=0.7s 主力主力+船舶撞击作用船舶撞击作用 【e】=0.7s 式中式中s为截面形心至最大压应力边缘的距离。为截面形心至最大压应力边缘的距离。4.墩顶水平位移检算墩顶水平位移检算o 检算目的检算目的 保证运营时桥上线路具有足够的平稳性，要求桥墩要有足保证运营时桥上线路具有足够的平稳性，要求桥墩要有足够的刚度。够的刚度。27听雨书屋B9.3 9.3 桥梁墩台设计与计算桥梁墩台设计与计算o 要求墩顶位移（要求墩顶位移（mm) 式中式中 相邻墩台间的最小跨度（相邻墩台间的最小跨度（m)。公路桥对于。公路桥对于 25m,以以25m计；铁路桥对于计；铁路桥对于 24m，以，以24m计。计。 5.基底合力偏心检算基底合力偏心检算o 检算目的检算目的 避免基底两侧产生不均匀下沉而导致桥墩倾斜。避免基底两侧产生不均匀下沉而导致桥墩倾斜。o 要求要求对于非岩石地基，当承受主力对于非岩石地基，当承受主力+附加力时，要求基底不出现附加力时，要求基底不出现拉应力即可。拉应力即可。l5lll28听雨书屋B9.3