第二章 桥墩计算
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一、桥墩计算(2007-01-11 13:11:09)转载桥墩按偏心受压构件考虑进行计算,先必须确定桥墩的计算长度,按《桥规》表5.3.1取值。
桥墩外力应考虑纵向水平力及其弯矩、横向风力(高墩)、地震力(纵横向、7级设防)、竖直力及其弯矩。
纵向水平力包括制动力引起的水平力、温度引起的水平力、收缩徐变引起的水平力、地震力引起的水平力、支座摩阻力。
一般情况下(无地震力),纵向水平力对桥墩截面影响较大,横向水平力影响较小。
水平制动力、温度力,收缩徐变力均按支座和桥墩合成刚度在各墩台分配,然后组合后与摩阻力组合比较,取最不利情况为桥墩水平力。
一般情况下取支座产生的摩阻力为最不利情况,此时计算出的配筋较为保守,偏于安全。
(关于摩阻力组合的问题,新规范没有进行明确规定,桥梁通新版对摩阻力进行判断组合或者强制组合,当按判断组合进行计算的时候,取制动力、温度力、收缩徐变力进行组合与摩阻力进行比较,取较小者进行配筋,当按强行组合进行计算的时候,取摩阻力为水平力。
)桥墩截面按偏心受压构件必须验算正截面强度,按《桥规》5.3.5~5.3.9条公式进行计算。
同时必须按轴心受压构件进行稳定性验算。
当计算桩柱式桥墩时,柱顶受板式橡胶支座弹性约束。
桩柱可换算为两端铰接的轴心受压等截面直杆,计算可参考《连续桥面简支梁墩台计算实例》第一节第九款。
关于墩台下部构造验算时的荷载组合问题,新版《地基规范》总则里面对荷载组合进行了明确规定,摘录如下,仅供参考:1.0.5条基础结构按承载能力极限状态设计时,结构重要性系数γ0,不低于主体结构的采用值,且不小于1.0;偶然组合时取1.0。
1.0.6条基础结构进行强度验算时,作用效应按承载能力极限状态两种组合进行(JTGD60-20044.1.6条)裂缝宽度验算时,作用效应按正常使用极限状态的短期效应组合采用。
1.0.7条地基(包括桩基)承载力验算时,传至基础或承台底面的作用效应主要按正常使用极限状态的短期效应组合采用,但应计入汽车冲击系数,且可变作用的频遇值系数均取1.0。
桥墩墩柱计算墩柱直径选用1.2m ,材料使用C 30混凝土,钢筋使用HRB235级钢筋。
荷载组合计算:1、恒载情况计算根据前面计算结果得:上部结构恒重:一孔重量为7372.56KN 半根盖梁自重为878KN墩柱自身重量为20.6525114.3π⨯⨯⨯=KN 横系梁重量为1 1.410.625371⨯⨯⨯=KN墩柱底面上作用的垂直恒载力为17372.56878114.34678.582⨯++=KN2、汽车作用荷载计算公路二级 单孔荷载:单列车:相应的制动力165T KN ≤ ,取165KN 。
双列车:相应的制动力00388.92102155.56T KN =⨯⨯⨯= 三列车:相应的制动力00388.9210 2.34182.01T KN =⨯⨯⨯= 四列车:相应的制动力00388.9210 2.86208.45T KN =⨯⨯⨯= 双孔荷载:单列车:相应的制动力165T KN ≤ ,取165KN双列车:相应的制动力00694.142102277.66T KN =⨯⨯⨯= 三列车:相应的制动力00694.14210 2.34324.86T KN =⨯⨯⨯= 四列车:相应的制动力00694.14210 2.68327.06T KN =⨯⨯⨯=人群荷载:单侧单孔行人:58.14B KN=单侧双孔行人:116.28B KN=产生的最大的反力值,也是墩柱的最大垂直力,为双孔荷载产生的,墩柱底最大的弯矩值为单孔荷载产生的。
3、计算双柱反力中的分布(横向)首先计算汽车荷载的横向分布系数单列车:15605900.975 1180η+==20.025η=双列车:10.843η=20.157η=三列车:10.780η=20.220η=四列车:10.581η=20.419η=再计算人群荷载的横向分布系数单侧人群:17755901.157 1180η+==20.157η=-双侧人群:120.5ηη==4、组合荷载计算计算垂直反力的最大值与最小值计算可变荷载组合双孔荷载的垂直反力,结果如下表:计算最大弯矩值,结果如下表:编号荷载情况墩柱顶反力计算垂直力水平力对B1B2B1+B2(B11上部构造与盖梁重——0.002汽车单孔双列车746.17 77.78 三列车807.78 91.01 四列车689.11 104.233人群单孔双侧进行截面应力验算与其配筋计算1、作用在墩柱顶面上的外力垂直力:垂直力的最大值:max 4564.281441153.16158.38N KN =++=垂直力的最小值:min 4564.28807.7858.145430.2N KN =++=水平力:208.45104.232H KN==弯矩值:max 201.95205.6814.54422.17M KN M=++=2、作用在墩柱底面上的外力max 6158.38114.36272.68N KN =+=min 5430.2114.35544.5N KN =+=max 172.2814.54235.56104.235943.53M KN M =+++⨯=。
桥墩计算长度系数一、桥墩长度系数的概念桥墩长度系数是指在桥梁设计中,为了考虑桥墩在水流中的承受能力和抗倒力矩的能力,引入的一个参数。
它是桥墩长度与桥梁总长度的比值,用来衡量桥墩的相对长度。
桥墩长度系数越大,说明桥墩长度相对较长,对水流的阻力和倒力矩的影响也就越大。
二、桥墩长度系数的计算方法桥墩长度系数的计算与桥墩的几何形状有关。
一般情况下,桥墩可以分为圆形、方形、椭圆形等几种类型。
我们以圆形桥墩为例来介绍计算方法。
1. 圆形桥墩长度系数的计算在计算圆形桥墩长度系数时,我们需要知道桥墩的直径和桥梁总长度。
假设桥墩直径为D,桥梁总长度为L,则桥墩长度系数C的计算公式为:C =D / L2. 其他形状桥墩长度系数的计算对于其他形状的桥墩,如方形、椭圆形等,其长度系数的计算方法略有不同。
一般情况下,我们可以采用有限元分析等方法进行计算,得到相应的长度系数。
三、桥墩长度系数的应用桥墩长度系数在桥梁设计中起到重要的作用。
通过合理计算桥墩长度系数,可以帮助工程师评估桥墩的稳定性和抗倒力矩的能力,从而确保桥梁的安全性和可靠性。
1. 桥梁稳定性分析在进行桥梁设计时,需要考虑桥墩在水流中的稳定性。
通过计算桥墩长度系数,可以评估桥墩的相对长度,进而分析桥墩在水流冲刷下的稳定性。
如果长度系数过小,说明桥墩相对较短,可能会受到较大的水流冲击力,从而影响桥梁的稳定性。
2. 抗倒力矩设计桥墩长度系数还可以用于桥墩抗倒力矩的设计。
在水流的作用下,桥墩受到倒力矩的作用,为了保证桥梁的稳定性,需要设计合适的桥墩长度。
通过计算桥墩长度系数,可以评估桥墩的相对长度,从而确定合适的桥墩尺寸和形状,提高桥墩的抗倒力矩能力。
四、桥墩长度系数的优化设计在桥梁设计中,为了提高桥墩的稳定性和抗倒力矩的能力,我们可以进行桥墩长度系数的优化设计。
通常情况下,较大的桥墩长度系数可以提高桥墩的稳定性,但同时也会增加桥梁的建设成本。
因此,需要在满足设计要求的前提下,尽量减小桥墩长度系数,以降低工程造价。
桥梁墩、台的计算一、桥梁墩、台水平力分配的计算(一)单联连续梁桥的计算现在设计的中小跨径桥梁,上部结构一般都是简支变连续或桥面连续,因此桥梁墩、台水平力分配的计算主要是研究制动力和温度力,在多孔连续梁桥上的分配。
大家都知道制动力和温度力在桥上各墩、台间的分配,是按照各墩、台的刚度进行的,道理很简单,但要操作计算,首先必须解决三个问题,即桥梁墩、台的刚度计算和冻土的地基比例系数及温度的取值。
1、桥台的刚度:按规范要求桥台都设计有搭板,有搭板的桥台,给它取个名字,叫搭板式桥台,其受力情况有了很大改善。
桥台的搭板一般长度为(5-10)米,宽12米左右,厚度(0.25-0.35)厘米。
加上搭板上路面基层及路面约有100多吨重。
搭板都是现浇的,它同路基间的摩擦系数可取0.4,能产生的摩擦力按2 /3计算也有近30吨。
这可以平衡桥台受的制动力和台后土压力。
桥台在外力作用下的变形和支座的变形比较是微小的,因此可以认为桥台是刚性的。
在东北地区控制桥梁墩台设计为冬天降温,冬天整个桥台包括搭板和路基冻在一起死死的,完全可以视桥台是刚性的。
这就使桥台刚度的计算非常简化,只计桥台上支座的刚度。
王伯惠总工编著的”柔性墩台梁式桥设计”一书,那时桥台没有搭板,为了计算桥台的刚度,论证了很大篇幅。
2、桥墩刚度的计算,有两个方法:(1)简化计算法适用于冬季各墩冻冰或冻土情况基本一样的桥梁,可视墩柱为嵌于地面处的悬臂梁来计算桥墩的刚度。
墩柱刚度公式K z=N/Y d式中:Y d-- 墩柱悬臂梁的挠曲变形;墩柱等截面Y d=L3/3EI墩柱变截面Y d=1/3EI*[L3+L13*(N1-1)+L23*(N2-N1)]式中:L、L1、L2--分别为从地面处起的第一段、第二段和第三段柱长;I、I1、I2-- 分别为对应三段柱的惯矩; E-墩柱混凝土弹性模量;N-- 一个桥墩的墩柱数。
N1=EI/EI1; N2=EI/EI2(2)按弹性桩计算墩柱刚度公式K z=N/Y x式中:Y x=Y0h+Y0m*H+Z0h*H+Z0m*H2+Y dY0h--单位力产生的地面处位移;Y0m--单位弯矩产生的地面处位移;Z0h--单位力产生的地面处转角;Z0m--单位弯矩产力的地面处转角;H=L+L1=L2其他符号的意义同前。
第二章桥墩计算
第一节重力式桥墩设计与计算
一、荷载及其组合
(一)桥墩计算中考虑的永久荷载
(1)上部构造的恒重对墩帽或拱座产生的支示反力,包括上部构造混凝土收缩,徐变影响;
(2)桥墩自重,包括在基础襟边卜的土重;
(3)预应力,例如对装配式预应力空心桥墩所施加的预应力;
(4)基础变位影响力,对于奠基于非岩石地基上的超静定结构,应当考虑由于地基压密等引起的支座K期变位的影响,并根据最终位移量按弹性理论计算构件截面的附加内力;
(5)水的浮力,位于透水性地基上的桥梁墩台,当验算稳定时,应计算设计水位时水的浮力;当验算地基应力时,仅考虑低水位时的浮力;基础嵌人不透水性地基的墩台,可以不计水的浮力;当不能肯定是否透水时,则分别按透水或不透水两种情况进行最不利的荷载组合。
(二)桥墩计算中考虑的可变荷载
1.基本可变荷载
(1)作用在上部构造上的汽车佝载,对于钢筋混凝土柱式墩台应计人冲击力,对于重力式墩台则不计冲击力;
(2)作用于上部构造上的平板挂车或履带中荷载;
(3)人群荷载。
2.其他可变荷载
(1)作用在上部构造和墩身上的纵、横向风力;
(2)汽车荷载引起的制动力;
(3)作用在墩身上的流水压力;
(4)作用在墩身上的冰压力;
(5)上部构造因温度变化对桥墩产生的水平力;
(6)支座摩阻力。
(三)作用于桥墩上的偶然荷载为:
1.地震力;
2.船只或漂浮物的撞击力。
(四)荷载组合
1、梁桥重力式桥墩
1)第一种组合按在桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合。
它是用来验算墩身强度和基底最大应力。
因此,除了有关的永久而载外,应在相邻两跨满布基本可变荷载的一种或几种,即《桥规》中的组合Ⅰ或组合Ⅲ。
2)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。
它是用来验算墩身强度、基底应力、偏心以及桥墩的稳定性。
属于这一组合的除了有关的荷载外,应在相邻两孔的一孔上(当为不等跨桥梁时则在跨径较大的一孔上)布置基本可变载的一种或几种,以及可能产生的其他可变荷载,例如纵向风力、汽个制动力和支座摩阻力等,即《桥现》中的组合Ⅱ。
3)第三种组合按桥墩各截面在横桥方向上可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。
它是用来验算在横桥方向上墩身强度,基底应力、偏心以及桥墩的稳定性。
属于这一组合的除了有关的永久荷载以外,要注意将基本可变荷载的一种或几种偏于桥面的一侧布置,此外还应考虑其他可变荷载(例如横向风力,流水压力或冰压力等)或者偶然荷载中的船只或漂浮物的撞击力等,这相当于《桥规》中的组合Ⅱ或组合Ⅳ。
2、拱桥重力式桥墩
1)顺桥方向的荷载及其组合
对于通桥墩应为相邻两孔的永久荷载在一孔或跨径较大的一孔满布基本可变荷载的一种或几种,其基可变荷载中的汽个制动力、纵向风力、温度影响力等,并由此对桥墩产生不平衡水平推力、竖向力和弯矩。
对于单向推力墩则只考虑相邻两孔中跨径较大一孔的永久荷载作用力。
符号意义如下:
图中符号意义如下:
G——桥墩自重;
Q——水的浮力(仅在验算稳定时考虑);
V g.V g,——相邻两孔拱脚处因结构自重产生的竖向反力;
V p——与车辆活载产生的H。
最大值相对应的拱脚竖向反力,可按支点反力影响线求得;
V T——由桥面处制动力H制引起的拱脚竖向反力,即,其中h为桥面至拱脚的高度,l为拱的计算跨径;
H g、H g‘——不计弹性压缩时在拱脚处由结构自重引起的水平推力;
ΔH g、ΔH g‘——由结构自重产生弹性压缩所引起的拱脚水平推力;
H P——在相邻两孔中较大的一孔上由车辆活载所引起的拱脚最大水平推力;
H T——制动力引起在拱脚处的水平推力,按两个拱脚平均分配计算,
H t、H t`——温度变化引起在拱脚处的水平推力(图示方向为温度上升,降温时则方向相反);
H r,H r`——拱圈材料收缩引起的拱脚水平拉力;
M g、M g`——结构自重引起的拱脚弯矩,
M p——由车辆活载引起的拱脚弯矩,由于它是按H,达到最大值时的活载
布置计算,故产生的拱脚弯矩很小,可以忽略不计;
M t、M`t——温度变化引起的拱脚弯矩;
M r、M`r—一拱圈材料收缩引起的拱脚弯矩;
W——墩身纵向风力。
2)横桥向的荷载布置及其组合
在横桥方向作用于桥墩上的外力有风力、流水压力、
冰压力、船只或漂浮物撞击力、或零力等。
但是对于公路桥
梁,横桥方向的受力验算一般不控制设计。
二、重力式桥墩计算
(一)圬工桥墩墩身强度计算
计算截面:墩身底截面和墩身
的突变处截面。
对于较高的桥墩每隔2~3m验算一个截面。
1、内力计算
按顺桥
向和横桥向计算求得相应的纵向力、水平力
、和弯矩弯矩。
2、抗压强度验算
按轴心或偏心受压构件计算。
3、偏心距e0的计算
4、抗剪强度的验算
(二)墩顶水平位移的验算
(cm)
式中:l——相邻桥墩间最小跨径长度,以m计,跨径小于25m时仍已25m计。
(三)基础底面土的承载力和偏心矩的验算
1、基底土的承载力验算
顺桥方向:
横桥方向:
2、基底偏心矩验算
(四)桥墩的整体稳定性验算
1、倾覆稳定性验算
2、抗滑动稳定性验算
第二节桩柱式桥墩计算要点
一、盖梁计算
力学图示:双柱式墩:当盖梁的刚度与桩柱的刚度比大与5时,可忽略桩柱对盖梁的约束,近似按双悬臂梁计算。
对多柱式或多桩式桥墩,可按多跨连续梁计算。
计算内容:
1、恒载及其内力计算;
2、活载及其内力计算;
3、施工吊装荷载及其内力计算;
4、荷载组合及内力包络图;
5、配筋计算。
二、桩身计算分刚性和柔性两种
桥墩计算的注意事项以及计算哪些内容?
请大家讨论一下桥梁桥墩计算的时候要注意什么,要计算些什么内容?
1.强度计算那是必不可少的;刚度计算是不是计算墩顶和桩顶位移就好了,计算中肯定遇到过麻烦吧?
2.稳定计算应该分总体和局部吧?
3.总体是不是用欧拉公式,对于下端为桩基础,上段为板式、盆式支座或者固结的墩计算长度取多少?
4.局部稳定怎么算?用有限元软件进行分析时如何进行判定是否稳定?
5.温度影响力如何进行考虑?风力?制动力?
还要考虑其他因素吗?
带墩帽的桥墩,建整体模型来计算,桩基采用等刚度模拟,温度个人觉得取整体升降温就OK了。
位移算出来和支左容许位移比较。
其余参照规范实施。
能不能把墩顶位移验算说详细点:墩顶位移限值取多少?0.5倍根号L厘米吗?很多高桥墩控制不住呀!!!请高手指点
能不能把墩顶位移验算说详细点:墩顶位移限值取多少?0.5倍根号L厘米吗?很多高桥墩控制不住呀!!!请高手指点 [/quote]
公路桥的桥墩一般为柔性墩,位移可以大于0.5倍根号L厘米。
1,高墩采用刚构多好。
桩顶位移6mm,大于6应降低m法计算中的m 值。
2,稳定一般算分支点失稳,极值点失稳不太好计算,理论要求高,用到塑性理论了
3,总体也不仅仅是欧拉公式,稳定计算中恒载一般也作稳定外荷载考虑的
4,二次稳定midas,ansys均能作,判断失稳要求看材料参数的设置了
5,荷载均考虑。
一般摩阻力控制设计。
但是温度制动力分配仍达不到摩阻力时是否用摩阻控制一直没有明文规定
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