桥梁墩台Ch6—2

1、Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n桥墩计算中的作用桥墩计算中的作用n永久作用永久作用一、作用及其效应组合一、作用及其效应组合(1)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）(2)桥墩自重(3)预应力（装配式预应力空心桥墩）(4)基础变位影响力（非岩石地基上的超静定结构）(5)水的浮力第二节第二节 桥梁墩台计算桥梁墩台计算Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n可变作用可变作用（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

2、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Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n偶然作用偶然作用 （1）地震作用 （2）作用在墩身上的船只或漂浮物的撞击力n桥墩作用效应组合桥墩作用效应组合n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n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Yangzhou University Yangzhou University 桥

3、梁工程桥梁工程产生最大竖向荷载时的外力组合Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程 桥梁横向布载情况n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Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n重力式桥台的计算重力式桥台的计算n永久作用永久作用(1)上部结构通过支座（或拱座）台帽上的支承反力(2)桥台重力（台帽、台身、基础和土的重力）(3)混凝土收缩在拱座处引起的反力(4)水的浮力(5)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Yangzhou U

4、niversity Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n可变作用可变作用（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）Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n桥台作用效应组合桥台作用效应组合n仅在桥跨结构上布置荷载n仅在台后破坏棱体上布置车辆荷载n在桥跨结构上和台后破坏棱体上都布置车辆荷载n偶然作用偶然作用 只包含地震力，不考虑船只或漂浮物的撞击力等Yangzhou Univ

5、ersity Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程n重力式墩台重力式墩台n截面承载能力状态验算截面承载能力状态验算二、桥梁墩台的计算与验算二、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 ),()(kmjdslsodaRRQSYangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（1）验算截面的选取 验算截面通常选取墩身的基础

6、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Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（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mojwjWAeARN) 1(1（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 Yangzhou University

7、 Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（1 1）抗倾覆稳定验算）抗倾覆稳定验算011KMMK倾稳11PyM稳iiiihTePM倾n桥墩的稳定性验算桥墩的稳定性验算Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（2 2）抗滑动稳定性验算）抗滑动稳定性验算022KHPfKf - -基础底面与地基土之间的摩擦系数，其值为基础底面与地基土之间的摩擦系数，其值为0.25-0.70.25-0.7，可根据土质情况参照可根据土质情况参照采用采用 在墩台抗倾覆、抗滑移稳定性验算时，应分别按常水位在墩台抗倾覆、抗滑移稳定性验算时，应分别按常水位

8、和设计洪水位两种不同情况考虑水的浮力和设计洪水位两种不同情况考虑水的浮力（3 3）基础底面土的承载力和偏心距验算）基础底面土的承载力和偏心距验算（4 4）相邻墩台均匀沉降差）相邻墩台均匀沉降差Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（5）纵向挠曲稳定验算纵向挠曲稳定验算 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mjajARN/22)(33.1111woreYangzhou University Yangzhou Univ

9、ersity 桥梁工程桥梁工程n桩柱式桥墩的计算桩柱式桥墩的计算n盖梁计算盖梁计算（1 1）计算图式）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

10、予以验算。计算盖梁内力时可考虑柱支承宽度的影响Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（2 2）外力计算）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Yangzhou University Yangzho

11、u University 桥梁工程桥梁工程（3 3）内力计算）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Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（4 4）配筋验算）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

12、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Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（1 1）外力计算）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n柱身计算柱身计算Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（2 2）内力计算）内力计算 桩柱式墩

13、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22yxMMMYangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（3 3）配筋计算）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 4）抗裂验算）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Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程Ly5 .

14、 0 水平位移的规定：水平位移的规定：对于高度超过对于高度超过2020的重力式墩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，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并使其符合规定要求。墩台顶面水平位移的容许极限值为限值为n墩台顶水平位移计算墩台顶水平位移计算Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程 在不考虑桩基变位影响时，等截面桥墩，由于墩顶承受弯矩（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 M）、）、水平力（水平力（T T）及沿墩高梯形分布的水平荷载（见图）及沿墩

15、高梯形分布的水平荷载（见图2-7-172-7-17）所引起的墩）所引起的墩顶位移可按下式计算：顶位移可按下式计算：)301813121(1424132HqHqTHMHEI M M 作用在墩顶的弯矩（作用在墩顶的弯矩（MpaMpa）（包括制动力和恒、）（包括制动力和恒、 活载偏心等引起的弯矩）活载偏心等引起的弯矩） T T 作用在墩顶的水平力（作用在墩顶的水平力（KNKN） q q1 1由由于风力等沿墩高均匀分布的水平外力（于风力等沿墩高均匀分布的水平外力（KNKN） q q2 2由由于风力和其他水平外力沿墩高成三角形分布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，基础顶面为的

16、水平荷载（墩顶为零，基础顶面为q q2 2）（）（KNKN）I I、EE桥墩截面材料的截面惯性矩（桥墩截面材料的截面惯性矩（m m4 4）、抗压弹性）、抗压弹性 模量（模量（MpaMpa） H H 桥墩高度桥墩高度Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程 柔性墩是由钢筋混凝土柔性排架桩墩、梁和刚性墩台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。为了简化用下，一联的各柔性墩顶具有相同的水平位移。为了

17、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（如下图有水平约束的铰接支承的超静定梁（如下图a a）。当已知柔）。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。组合内力进行桩墩的配筋和验算。n柔性墩的计算要点柔性墩的计算

18、要点Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程 （1 1）在墩顶弯矩不大的前提下，柔性墩顶水平力可采用）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，计算图式见图叠加原理进行计算，计算图式见图 b)b)。其中。其中 第一图式是计算由于水平位移产生的墩顶水平力，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

19、的水平力等种组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合 第二图式是计算由于墩顶产生了水平位移，在竖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。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。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一般可忽略不计n基本假设基本假设Yangzhou University

20、Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（2 2）假定上部结构与桩柱顶不发生相对位移，制动）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。力按各墩抗水平位移的刚度分配。 桩柱式柔性墩，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）：刚度为（等截面刚度）：iiilEIK133iiliK单位水平力作用在柔性墩顶面时，该处的水平位移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下端固结处至墩顶的高度墩柱横截面对形心轴的惯性矩墩柱横截面对形心轴的惯性矩第墩柱抗

21、水平位移的刚度第墩柱抗水平位移的刚度IYangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程 （3 3）计算土压力时，如设有实体刚性墩台，则全部由）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土压力由对岸的土抗力平衡，其余柔性墩不计其影响（4 4）水平力组合时，桩柱顶的制动力、水平土压力）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（当边排架向河心偏移时）及竖向偏载产生的水平

22、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，按摩阻力计算生水平力的总和大于支座摩阻力时，按摩阻力计算Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（1 1）柔性墩（台）顶制动力及其水平位移计算）柔性墩（台）顶制动力及其水平位移计算 墩顶制动力墩顶制动力FKKfiiizizfiK 作用在第作用在第i i墩（台）顶的制动力墩（台）顶的制动力 第第i i墩（台）的抗水平位移刚度墩（台）的抗水平位移刚度 全桥（或一联）承受的制动力全桥（或一联）承受的制动力F 由制动

23、力产生的墩顶水平位移由制动力产生的墩顶水平位移iizzKfn墩顶水平位移的计算墩顶水平位移的计算Yangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（3 3）在竖向活载作用下梁长度的变化）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影响柔性墩的位移 也应予考虑，此时由梁的挠度也应予考虑，此时由梁的挠度 近似得到近似得到梁的挠曲半径：梁的挠曲半径：sssiLR82 计算计算 值时，考虑需按几跨梁计算，应根据所计算桥墩在一值时，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跨径桥梁可忽略不计 然后按梁的挠曲（中心角为然后按梁的挠曲（中心角为 ）可计算梁的下缘伸长值）可计算梁的下缘伸长值RLi/s柔性墩顶发生的水平位移综合为柔性墩顶发生的水平位移综合为：stzi（2 2）梁的温度变形）梁的温度变形itLtsYangzhou University Yangzhou University 桥梁工程桥梁工程（1 1）水平位移产生的水平力（见下图）水平位移产生的水平力（见下图a)a)iiiKH对于等截面