2.2重力式桥墩的计算.ppt

1、第二节 重力式桥墩的计算 桥墩计算可按以下步骤进行： （1）根据构造要求和经验拟定各部分尺寸； （2）计算作用在桥墩上的作用； （3）进行作用布置与作用效应组合，并选取截面，计算各截面的内力； （4）验算墩身截面承载力和偏心距； （5）验算地基承载力和偏心距； （6）验算桥墩倾覆和滑动稳定性。 除此之外，还应结合施工情况进行必要的验算。如拱桥在施工过程中可能产生的单向水平推力，可使砌体强度和基底土的承载能力提高，使倾覆和滑动稳定性系数降低。,第二章 桥墩的设计计算,一、墩身截面的内力计算 对于梁桥和拱桥的重力式桥墩的计算，虽然在荷载组合的内容上稍有不同，但是就某个截面而言，这些外力都可以合成为

2、竖向的和水平方向的合力 、 ，以及绕该截面xx轴、yy轴的总弯矩 和 ，见图，然后对墩身进行承载力验算。,二、墩身截面承载力和偏心验算 桥墩验算截面的选择，对矮桥桥墩，因墩身尺寸一般较大，各截面承载力往往都能满足要求，所以通常只验算墩身底截面即可；对高桥桥墩，其危险截面不一定在墩身底截面，应多选几个截面进行验算，一般可相距23米取一截面。,（一）墩身截面承载力验算 重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，截面承载力的设计验算采用极限状态法。在不利效应组合作用下，验算桥墩各控制截面的作用效应组合设计值（内力）应小于或等于构件承载力的设计值，用方程式表示为：,当砌体受压构件，在规范规定

3、的受压偏心距限值范围内的承载力应按下列公式计算：,式中：S作用效应组合设计值，按公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）的规定计算； R()构件承载力设计值函数 fd材料强度设计值 ad几何参数设计值，可采用几何参数标准值，即设计文件规定值； 0 结构重要性系数，对于桥规规定的一级、二级、三级设计安全等级分别取用1.1、 1.0、0.9； Nd 轴向力设计值； A构件截面面积，对于组合截面按强度比换算； fcd 砌体或混凝土轴心抗压强度设计值，对于组合截面应采用标准层轴心抗压强度设计值； 构件轴向力的偏心矩e和长细比对受压构件承载力的影响系数。,式中： 、 分别为x方向和y方向偏心受压构

4、件承载力影响系数； x、y分别为x方向、y方向截面重心至偏心方向的截面边缘的距离； ex、eY轴向力在 x方向、y方向的偏心距， ， ，其值不应超过规范规定及下图所示在x方向、y方向的规定值，其中Myd、Mxd分别为绕x轴、y轴的弯矩设计值。,m截面形状系数，对于圆形截面取2.5；对于T形或U形截面取3.5；对于箱形 截面或矩形截面（包括两端设有曲线形或圆弧形的矩形墩身截面）取8.0； ix、iy弯曲平面内的截面回转半径， 、 ；Ix、Iy分别为截面绕x轴、y 轴的惯性矩，A为截面面积； a与砂浆强度等级有关的系数，当砂浆强度等级大于或等于M5或为组合构件时， a为0.002；当砂浆强度为0时

5、，a为0.013； x、y构件在x方向、y方向的长细比，当x、y小于3时取3，计算砌体偏心 受压构件承载力的影响系数时，构件长细比、按下列公式计算： 式中 不同砌体材料构件的长细比修正系数； 构件计算长度；,长细比修正系数,构件计算长度,0.5,0.7,1.0,2.0,（二）墩身截面偏心验算 桥墩承受偏心受压荷载时，各验算截面在各种作用效应组合下偏心距： 、 竖向力在x方向、y方向的偏心距，其值不应超过表的规定。,受压构件偏心矩限制,当竖向力的偏心距e超过上表的偏心距限值时，构件承载力应按下列公式计算： 单向偏心,双向偏心,如果承载力不满足要求，应重新验算墩身截面尺寸。,式中：Nd轴向力设计值

6、； A构件截面面积，对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面面积； W单向偏心时，构件受拉边缘的弹性抵抗矩，对于组合截面应按弹性模 量比换算为换算截面弹性抵抗矩； wx 、wy双向偏心时，构件x方向受拉边缘绕y轴的截面弹性抵抗矩和构件y方 向受拉边缘绕x轴的截面弹性抵抗矩，对于组合截面应按弹性模量比换 算为换算截面弹性抵抗矩； 构件受拉边层的弯曲抗拉强度设计值； e单向偏心时，轴向力偏心距； ex 、ey双向偏心时，轴向力在x方向和Y方向的偏心距； 砌体偏心受压构件承载力影响系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数。,三、基础底面土的承载力和偏心距的验 （一）地基土的承载力验算 地基土的承载力一般按顺

7、桥方向和横桥方向分别进行验算。当偏心荷载的合力作用在基底截面的核心半径以内时，应按下式验算基底应力。,当设置在基岩上的桥墩基底上的合力偏心距超出核心半径时，其基底的一边将会出现拉应力，由于不考虑基底承受拉应力，故需按基底应力重分布重新验算基底最大压应力，其验算公式如下：,顺桥方向 横桥方向,基底应力重分布墩身截面强度验算,式中： 应力重分布后基底最大压应力； N 作用于基础底面合力的竖向分力； a、b横桥方向和顺桥方向基础底面积的边长； 地基土的容许承载力、并按作用及使用情况计入容许承载力的提高系数； CX顺桥方向验算时，基底受压面积在顺桥方向的长度， ； CY横桥方向验算时，基底受压面积在横

8、桥方向的长度， ； 其中：ex、ey合力在x轴和y轴方向的偏心距。,（二）基底偏心距验算 为了使恒载基底应力分布比较均匀，防止基底最大压应力与最小压应力相差过大，导致基底产生不均匀沉降和影响桥墩的正常使用，故在设计时，应对基底合力偏心距加以限制，在基础纵向和横向，其计算的荷载偏心距应满足下表要求。,其中：墩台基础底面的核心半径； W 墩台基础底面的截面摸量； A墩台基础底面的面积； N作用于基底的合力的竖向分力； M作用于墩台的水平力和竖向力对基底形心轴的弯矩。,四、桥墩的整体稳定性验算 （一）抗倾覆稳定验算 扩大基础的墩台需依最不利组合，并考虑水的浮力验算；一般只考虑桥墩在顺桥方向的稳定性。

9、应分别按最高设计水位和最低水位的不同浮力进行组合。 墩台的抗倾覆稳定性验算可按下式进行：,桥墩稳定性验算,（二）抗滑移稳定验算 墩、台的抗滑移稳定验算，可按下式进行：,在墩台抗倾覆、抗滑移稳定性验算时，应分别按最高设计水位和最低水位的不同浮力进行组合。,五、墩顶水平位移计算 墩顶过大的水平位移会影响桥跨结构的正常使用，对于高度超过20m的重力式桥墩，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：,式中：L相邻墩台间的最小跨径，以米计。跨径小于25M时仍以25M计算； Y 墩台顶水平位移值(mm)，它的数值应包括墩台水平方向的弹性位移和 由于地基不均匀沉降而产生的水平位移值的总和。地基不均匀沉降所 产生的水平位移值，可通过计算不均匀沉降引起的倾斜角求得。,计算时可认为墩台身相当于一个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，而引起水平弹性位移的荷载为制动力、风力及偏心的竖向支反力等。由于将墩台视为固定在基础顶面的悬臂梁，完全忽略了上部结构对墩台顶的约束作用，所以结果是偏大的。 重力式墩台帽一般可不进行验算，支座垫石下的局部承压应力与支座计算的有关内容相同。采用悬臂式帽的重力式墩台，悬臂墩台帽需配受力钢筋，悬臂部分按悬臂梁计算。有关施工时的特殊受力，可按实际情况验算。,第三节 桩柱式桥墩计算要点 一、盖梁计算