[工学]第一章 桥梁墩台的设计和构造

2.空心桥墩
• 在一些高大的桥墩中，为了减少圬工体 积．节约材料，减轻自重，减少软弱地基 的负荷，将墩身内部做成空腔体．即空心 桥墩。这种桥墩在外形上与实体重力式桥 墩并无大的差别．只是自重较轻.
空心桥墩在构造尺寸上应符合下列规定：
(1)墩身最小壁厚,对于钢筋混凝土不宜小于30cm， 对于混凝土不宜小于50cm (2)墩身内应设横隔板或纵、横隔板，以加强墩壁 的抗撞能力。
1.梁桥重力式桥墩
• 1．第一种组合：按桥墩 各截面上可能产生最大坚 向力的情况进行组合。此 时将汽车车道均布荷载纵 向布置在相临的两跨桥孔 上,并将集中荷载布置在计 算墩处,这时得到桥墩上最 大的汽车竖向荷载,但偏心 较小.它用来验算墩身强度 和基底最大应力.
2)第二种组合:按桥墩各截面在顺桥 方向上可能产最大偏心和最大弯 矩的情况进行组合。
• 第一．不论对于哪—种形式的桥墩，均应按承载能力极 限状态的设计要求,进行作用效应组合.
• 第二，《桥规》规定,有些荷载不能同时考虑，例如在 计入汽车制动力时，就不应同时计入流水压力、冰压力和 支座摩阻力等．
第二节 重力式桥墩计算与验算
一、截面承载能力极限状态验算 1.验算截面的选取 2.验算截面的内力计算 3.承载能力极限状态验算 4.截面偏心验算 5.直接抗剪验算
东传递水平力的功能转变为抵抗墩顶继续变形的功能。当 墩身很柔时。有可能使支座原来的剪切变形恢复到零,逐渐 过渡到反向状态,如图5—2—11c)所示 根据这个工作机理，便可将每个桥墩的受力状态[5—2— 12a)]分解为两个工作状态的组合
第五节 桥台计算 一、重力式桥台计算
1.作用于桥台上的荷载
• 桥跨上的汽车荷载可能是一列或几 列靠边行驶，这时产生最大横向偏 心距，也可能是多列满载,使竖向力 较大，而横向偏心较小。
• 它是用来验算在横桥方向上的墩身 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，此外还应考虑其它可变荷 载(例如横向风力、流水压力或冰压 力)或者撞击力
• 2．横桥向的作用及其效应组合
• 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、地震力等。但是对于公路桥 梁，横桥方向的受力验算一般不控制设计。
• 以上所述的各种荷载组合是对重力式桥墩而言的．对于 其它形式的桥墩，则要根据它们的构造和受力特点进行具 体分析，然后参照上述的一般原则，进行个别的作用效应 组合.这里需要注意的是：
2.拱桥重力式桥墩
(1)顺桥方向的作用及其效应 组合
• 对于普通桥墩应为相邻两 孔的永久荷数，在一孔或 跨径较大的一孔满布车道 荷载和人群荷载，其它可 变荷载中的汽车制动力、 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 孔的永久荷载作用效应.
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2.轻型桥台
1).设有支撑梁的轻型桥台
2).钢筋混凝土薄壁桥台
3).加筋土桥台
4).埋置式桥台
3.组合式桥台
4.承拉桥台
第三节 拱桥墩台
一、拱桥桥墩 1.重力式桥墩
1).柱式桥墩
2.轻型桥墩
2)斜撑墩 3)悬臂墩
二、拱桥桥台 1.重力式桥台
2.轻型桥台
二、桥墩的稳定性验算 1.纵向挠曲稳定性验算
抗倾覆稳定性验算
2.整体稳定性验算
抗滑稳定性验算
抗倾覆稳定系 K0 数M M倾 稳
抗滑稳定性系 Kc 数
Pi Hip Hia
三、相临墩台均匀沉降差
当墩台建筑在地质情况复杂,土质不均匀及 承载力较差的地基上,以及相临跨径差别悬 殊而需计算沉降差或跨线桥净高需预先考 虑沉降量时,均应计算其沉降.
• 1.永久作用 • 上部结构自重 • 桥台重力 • 混凝土收缩在拱座处
引起的反力
• 水浮力 • 台后土侧压力
• 2.可变作用 • 汽车荷载 • 人群荷载 • 汽车荷载引起的土压
力
• 制动力 • 摩阻力
2.作用效应组合
• 验算内容:截面强度、地基应力、稳定性
当汽车荷载只在一孔桥跨上 布置时，同时有其他的水平荷载, 如风力、船撞力、水流压力和冰 压力等作用在墩身上，这时竖向 荷载较小，而水平荷载引起的弯 矩作用大．可能使墩身截面产生 很大的合力偏心距．此时，桥墩 最不稳定。
•
它是用来验算墩身强度、基
底应力、偏心以及桥墩的稳定性；
3)第三种组合:按桥墩各截面在横桥向 可能产生最大偏心和最大弯矩的情 况进行组合.
3.偶然作用 1)地震作用 2)船只或漂流物的撞击力
二、作用效应组合
• 为了找到控制设计的最不利组合，通常 需要对各种可能的组合分别进行计算，并 且在计算时还需按纵向及横向的最不利位 置布载：在桥墩计算中，一般需验算墩身 截面的强度、墩身截面上的合力偏心距及 其稳定性。为此需根据不同的验算内容选 择各种可能的最不利荷载组合。
四、基础底面土的承载力和偏心矩验算
第三节 桩柱式桥墩计算
一、盖梁计算 (1)计算图式:简支梁或连续梁 (2)外力计算:上部自重、盖梁
自重、活载等 (3)内力计算 (4)配筋验算 二、柱身计算 (1)外力计算 (2)内力计算 (3)配筋验算 (4)抗裂验算
第四节 柔性排架墩计算
一、基本假定
(一)外荷载除恒载、车辆活载外，还应入汽车制动力、温度 影响力，必要时还包括墩身受到的风力、但梁身的混凝土收 缩、徐变等次要因素可忽略不计。 (二)计算制动力时，各墩台受力按墩顶抗推刚度分配,在计算 土压力时，如设有实体刚性墩台，则全部由有关刚性墩台承 受：如均为柔性墩，则由岸墩承受土压力。并假定此时各个 墩顶与上部构造之间不发生相对位移。 (三)计算温度变形时，墩对梁产生的竖向弹性拉伸或压缩影 响忽略不计，而只计桩墩顶部水平力对桩墩所引起的弯矩的 影响。 (四)在计算梁墩之间橡胶支座的水平力剪切变形时，忽略因 梁体的偏转角θ对它的影响。
(3)墩帽下需有一定高度的实心部分以传递墩帽的 压力，墩顶实体段以下应设置带门的进人洞或相 应的检查设备. (4)墩身周围应设置适当的通风孔或泄水孔，孔的 直径不小于20cm，用以调节壁内外温差和平衡 水压力。
3.柱式桥墩 • 柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或多根立柱
(或桩柱)组成。它的外型美观，圬工体积少，因 此是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式之一， 特别是在较宽较大的城市高架桥和立交桥中。
第二章 桥梁墩台计算
第一节 作用及其效应组合
一、桥梁计算中的作用 1.永久作用
1.上部构造的自重对墩帽或拱座产生的支承反力，包 括上部构造混凝上收缩、徐变影响； 2．桥墩自重，包括在基础襟边上的土重； 3．预应力 4.基础变位影响力 5．水的浮力，
2.可变作用 1)汽车荷载 2)人群荷载 3)风荷载 4)制动力 5)流水压力 冰压力 6)温度力 7)支座摩阻力
(八)计入板式橡胶支座约束影响后的桩墩计算 图5—2—7b))中明确展示，每个桥墩的顶部并非完全自由， 而是受到板式橡胶支座的弹性约束.梁体上的水平力是通过 板式支座与墩、梁接触面的摩阻力传递至桥墩，它既使墩 顶产牛水平位移，又使板式支座产生剪切变形，如[图5— 2-11b))：当梁体完成了这个水平力的传递以后，梁 体处于暂时的稳定状态,这时由于存在轴力N和墩身自重的 影响．将使墩顶产生附加变形，于是．板式橡胶支座由原
b
f
a 2
a 2
2c1
2c2
f
e0
e1
e1
a 2
a 2
f 相临两跨支座的中心距
e0 伸缩缝宽 e1 e1 桥跨结构过支座中心长线度
a a 支座顺桥向宽度
支座边缘到台、墩身边缘的最小距离(cm)
顺桥向
横桥向 圆弧形端头
矩形端头
30
30
50
25
25
40
20
20
30
15
15
20
墩身通常由块石、浆砌片石、混凝土或钢筋混凝上等材料建 造；为了便于水流和漂浮物通过，墩身平面形状可以做成圆 端形或尖端形;无水的岸墩或高架桥墩可以做成矩形,在水流与 桥梁斜交或流向不稳定时，宜做成圆形。在有强烈流水或大 量漂浮物的河道(冰厚大于o．5m，流冰速度大于1m/s)上， 桥墩的迎水端应做成尖端形或圆端形破冰棱体,破冰棱由强度 较高的石料砌成，也可以用高强度等级的混凝土辅之以钢筋 或角钢加固
• 柱式桥墩一般由基础之上的承台、柱式墩身和盖 梁组成。双车道桥常用的形式有单柱式,双柱式和 哑铃式以及混合双柱式四种
4.柔性排架桩墩
• 柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与 钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特点是，可以 通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力(制 动力、温度影响力等)传递到全桥的各个柔件墩台 或相邻的刚性墩台上，以减小单个柔性墩所受到 的水平力，从而达到减小桥墩截面的目的。因此， 柔性墩可以为单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥 墩。
二、计算步骤
1.桥墩抗推刚度 k 墩 i 的计算 抗推刚度是指使墩顶产生单位水平位移所需施加的水平反
力定在基础或承台顶面时
i
li3 3 EI
(2)当考虑桩侧土的弹性抗力时, 式计算
i
则按桩基础的有关公
i
——单什水平力作用在第i个柔性墩顶产牛的水平位移(m ／KN)
li ——第i墩柱下端固接处到墩顶的高度(m)；
二、梁桥桥台
1.重力式桥台 • 重力式桥台的常用形式是U形桥台，它由台帽、台身和基
础等三部分组成。台后的土压力主要靠自重来平衡．故桥 台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造， 并用就地浇筑的方法施工。
• U形桥台因其台身是由前墙和两个侧墙构成的u字形结 构而得名。其优点是构造简单，可以用泥凝土或片、块石 砌筑，适用于填土高度在8—10m以下或跨度稍大的桥梁； 缺点足桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求；此 外，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使 侧墙产生裂缝。所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台 后排水措施。