第五讲桥梁的墩台和基础
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1.桩基础的组成和分类?组成:①就地灌注钢筋混凝土桩的构造。
②预制钢筋混凝土桩及预应力混凝土桩。
③钢桩及木桩。
分类:高桩承台或是低桩承台,摩擦桩或是柱桩,钻孔桩或是打入桩。
2.桩的平面布置方式?桩与承台的连接?布置方式:①行列式。
②梅花式。
桩与承台的连接:桩与承台联结有两种方式,钢筋混凝土桩多采用桩顶主筋伸入承台,而木桩和预应力混凝土桩主要采用桩顶直接伸入承台方式。
3.桩基础的力学计算图示及检算内容?力学计算图示:p155页。
检算内容:①检算单桩轴向承载力。
②检算桩身材料强度。
③桩基承载力计算。
④检算墩顶水平位移。
4.桥台种类?组成?种类:⑴重力式桥台①矩形桥台与U形桥台②T形桥台③埋式桥台④耳墙式桥台⑵轻型桥台①梁桥轻型桥台(桩柱式桥台,锚定板式桥台)②拱桥轻型桥台(八字型,U型,背撑式桥台,靠背式框架桥台)③拱桥的其他形式桥台(组合式桥台,空腹式桥台,齿槛式桥台)组成:桥台主体由台顶台身和基础三部分组成,此外尚有锥体填土锥体护坡和检查台阶等附属建筑物5.桥台定位控制点及横向定位线?桥台定位控制点是胸墙中心,桥台的横向定位线是胸墙线的平面投影6.桥台长度?如何确定?桥台长度是指胸墙前缘到台尾的长度,也是道砟槽的长度7.地基系数的含义及计算方法?含义:使单位面积的土产生单位压缩时所需施加的力,或者说,土产生单位压缩时,土对构件在单位面积上的土抗力(kPa/m)。
计算方法:假定地基系数为常数(Cy=K),假定地面处地基系数为零,地面以下随深度按比例增加(Cy=my),假定地基系数呈抛物线变化(Cy=my½)等。
我国采用了Cy=my的假设,其中m为比例系数。
由于地基系数采用的比例系数为m,故常称“m”法。
竖向地基系数Co,对非岩石类土,当入土深h≤10m,按Co=10Mo计当入土深h>10m时,其中Mo为竖向地基系数Co的比例系数。
当桩底或基底土层为岩石时,Co则不随入土深h改变,而与基底岩石强度有关。
墩台基础复习资料第一章概论P1 桥梁结构:上部结构(桥跨结构),下部结构(墩台与基础工程)。
P1桥台:指桥梁的两端支承结构;桥墩:指除桥台外的中间支承结构;基础:是桥梁土中隐蔽结构,是与地基直接接触,并把所受之荷载全部传给地基的结构部分。
P1 桥梁上下部结构划分:1)梁式桥以支座划分。
支座以上(含支座)为上部结构,支座以下为下部结构;2)拱桥以拱脚划分;3)其他结构桥梁:桥面以下的竖向结构划分为桥梁的下部结构P2 桥渡设计中有关确定墩台基础位置的要求:1)跨径的选择;2)尽量避免在深水主槽中布墩;3)桥渡设计中的墩台基础冲刷问题;4)地址条件的要求。
P4墩台基础设计原则:安全、适用、经济、美观、有利于环保。
P5墩台基础设计影响因素:1)上部结构类型(拱桥、斜桥、斜拉桥、T构)、桥梁设计标准及桥梁所处地理位置和总体美学规划要求等;2)施工机具设备和技术力量、材料供应情况、地形及相邻结构物的影响;3)其他自然条件(如冻结情况、施工水位等)的影响。
P6 作用效应:桥梁所受到的各种作用,都会对桥梁下部结构产生直接或间接的影响,称之为作用效应。
P7 墩台基础所受作用按随时间的变异分类:1)永久作用:在设计使用期内经常作用,且其值不随时间变化或变化微小的作用。
2)可变作用:数值随时间变化的作用;3)偶然作用:作用时间短暂,且发生几率很小的作用。
表1-1 作用分类永久作用:结构重力(包括结构附加重力)、预加力、土的重力、土的侧压力、混凝土收缩及徐变作用、水的浮力、基础变位作用;可变作用:汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载、流水压力、冰压力、温度(均匀温度和梯度温度)作用、支座摩擦力、疲劳荷载、波浪力;偶然作用;船舶的撞击作用、漂流物的撞击作用、汽车撞击作用,地震作用。
作用的代表值:标准值、频遇值、准永久值标准值是作用的基本代表值永久作用和偶然作用取其标准值作为代表值可变作用:1)承载能力极限状态设计和按弹性阶段计算强度时—采用标准值作为可变荷载的代表值;2)正常使用极限状态:a)按短期效应(频遇)组合设计时—采用频遇值作为可变作用的代表值;b)按长期效应(准永久)组合设计时—采用准永久值作为可变作用的代表值。
桥梁基础墩台施工方法桥梁的基础是桥梁施工的关键部分,桥梁的稳定性和安全性直接取决于基础的施工质量。
而桥梁的墩台也是桥梁的重要组成部分,直接承担桥梁的荷载,墩台的施工方法也十分重要。
下面,我们将详细介绍桥梁基础和墩台的施工方法。
桥梁基础的施工方法主要包括:1.地基处理:在进行桥梁基础施工之前,首先需要对地基进行处理。
地基处理包括地面整平、软弱地层处理和地基加固等工作。
地基的处理对桥梁的承载能力和稳定性有着直接的影响,因此在地基处理过程中需要严格按照设计要求进行。
2.基础开挖:在地基处理完成后,需要进行基础的开挖工作。
基础的开挖需要根据设计要求进行,保证基础的尺寸和形状符合设计要求。
在开挖基础的同时,还需要注意保护周围的地面和结构,避免对周围环境产生不良影响。
3.基础浇筑:在完成基础开挖之后,需要进行基础的浇筑工作。
基础浇筑需要使用高强度混凝土,并在浇筑过程中采取适当的措施,控制混凝土的温度和湿度,保证混凝土的质量。
浇筑完成后,还需要对混凝土进行养护,使其达到设计要求的强度和稳定性。
4.基础检测:在基础施工完成之后,需要进行基础的检测工作。
基础的检测主要包括基础的强度和稳定性检测,以及基础与地基之间的连接检测。
通过基础的检测,可以及时发现和解决基础施工中的问题,保证桥梁的稳定性和安全性。
桥梁墩台的施工方法主要包括:1.墩台模板安装:墩台模板的安装是墩台施工的第一步。
在进行墩台模板安装之前,需要对模板进行检查,保证模板的质量和尺寸符合设计要求。
同时,在模板安装过程中,还需要注意安装的牢固性和稳定性,避免模板的移动和倾斜。
2.钢筋绑扎:在模板安装完成之后,需要进行钢筋的绑扎工作。
钢筋绑扎需要按照设计要求进行,保证钢筋的位置和间距符合规范要求。
在绑扎过程中,还需要注意钢筋的搭接和连接,保证钢筋的整体性和稳定性。
3.混凝土浇筑:在钢筋绑扎完成之后,需要进行混凝土的浇筑工作。
混凝土的浇筑需要遵循适当的施工工艺,保证混凝土的质量和均匀性。
桥梁墩台与基础1.桥墩的分类及组成有哪些?答:组成:墩台帽、墩台身和基础三部分。
分类:重力式墩台、轻型墩台2.简述扩大基础力学检算的主要项目?答:主要检算项目有:基底应力检算、基底偏心检算、基底倾覆、滑动稳定性检算3.纵横向预偏心桥墩各适用什么情况?为什么?答:1)横向:适用于曲线桥;为了适应曲线的线路,各孔梁常布置成折线,这就使相邻两孔梁之间的缝隙内窄外宽,梁的端部和桥墩横向中心线不平行,平面上梁端支座斜交放在支承垫石上;2)纵向:适用于不等跨桥;为了减少桥墩在荷载作用下的偏心力矩,通常将大跨梁的支座中心布置在离桥墩中心线较近的地方,使桥墩中心线与梁缝中心线错开一定的纵向距离形成纵向偏心。
4.桥梁墩台的作用:承受上部结构的荷载,并且通过基础将此荷载及其本身的重量传到地基上5.确定基础方案主要的取决因素:工程性质、水文地质条件、荷载特性、桥梁结构形式及使用要求、材料的供应和施工技术6.方案选择的原则:力争做到使用上安全可靠,施工技术上简便可行,经济上合理。
7.重力式桥墩的主要特点:依靠自身巨大的重量和材料的受压性能来抵抗外荷载,维持自身的稳定,自身截面积较大;具有坚固耐久、抗震性能好,对于偶然荷载有较强的抵抗能力,施工简便,养护工作量小的优点,适用于地基良好的大中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中。
8.梁桥重力式墩截面形式:答:1)矩形墩:截面是矩形,外形简单,施工方便,圬工数量较省,但对水流阻力甚大,引起局部冲刷较大。
一般用于无水或者静水中,或用于高桥墩最高水位以上部分。
2)圆端形墩:截面是矩形两端各接一个半圆。
施工稍复杂,但比较适合水流通过,可减少局部冲刷。
用于水流与桥轴法线小于15°的情况,是铁路跨河桥中最广泛使用的一种形式。
3)圆形墩:截面为圆形,流水特性较前两种形式好。
用于桥轴法线与水流大于15°或者流向不定的河流中,由于截面为圆形,各方向具有相同的抵抗矩。
在用于纵横向受力差异较大的桥墩上时,浪费圬工。
第五讲桥梁的墩台和基础一桥梁的墩台(一)梁桥的重力式墩台依靠其自身的重力及作用其上的重力维持稳定的,称为重力式墩台。
桥墩由墩帽、墩身和基础组成。
桥台由台帽、台身、基础和侧墙、护坡等组成。
墩(台)帽上安放支座,形成桥面横披,调整邻跨的支座高度。
1. 墩帽墩帽宽度,顺桥方向为b:: b≥f + a0 + 2c1 + 2c2≥ 100cm 横桥方向为B B≥s + b0 + 2c1 + 2c2 f——相邻两跨支座中心的距离S——两外侧主梁(支座)的中心距 c2---20—40cm; c1一般5—10cm2. 墩身平面形状可用圆端形或尖端形;墩顶宽度,小跨径桥梁不宜小于0.8m,中跨径桥梁不宜小于1.0m;墩身侧面坡度5号或15号以上的混凝土浇筑或用浆砌块石或料石砌筑,也可用混凝土预制块砌筑。
大桥常采用钢筋混凝土空心墩3. U形桥台适用于填土高度小于8~10m的桥梁。
二)拱桥的重力式墩台墩帽上设拱座,以支承拱脚;墩顶的宽度 约为拱跨的1/10~1/25(石砌墩), 1/15~1/30(混凝土墩)。
重力式桥台、齿键式桥台、组合式桥台(三) 轻型墩台利用钢筋混凝土的强度和整体刚度,或某种支承构件,形成墩台 。
1.桩柱式桥墩桩柱式桥墩,由柱、盖梁、横系梁组成,用于跨径不大( 8~12m)的梁桥。
盖梁高度一般为盖梁宽度的0.8 ~ 1.2倍。
柱的布置,宜使恒载作用下,盖梁在柱顶内外两侧的弯矩接近相等。
桩柱式墩, H大于7m时,应该设横系梁。
桩柱式桥台常作成埋置式的。
台帽上设耳墙2. 轻型桥台3. 钢筋混凝土薄壁墩台4.城市立交的轻型墩台二桥梁的基础桥梁的基础,将桥梁墩、台的各种荷载传至地基。
桥梁的基础的设计首先要确定基底的埋置深度和基础类型。
要仔细分析地质勘察资料,拟定基础埋置深度,再经计算决定。
基底的埋置深度:在地面下或河床下至少1m ;在局部冲刷线下至少1.0 ~ 4.0m;在冻结线下(冻胀土)至少0.25m 。
1. 浅基础当距现状地面几米的深度内有较合适的基础持力层时,可用浅基础 , 基础的顶面一般设在地面下0.5m处,基础襟边宽15~50cm,基础厚度h由荷载大小决定。
α角小于材料的扩散角(刚性角αmax),刚性基础。
如果α≥αmax为扩展基础(柔性基础),则应配筋,成为钢筋混凝土基础。
2.沉井基础当地面上部土层的承载力较弱,且坚硬的持力层又不太深时,的沉井基础。
沉井基础,从结构上讲是深基础,也就是应该计入土对基础的约束作用。
从施工上讲是一种施工方法。
3.桩基础当地表以下土层的承载力较弱,可作为持力层的土层较厚、而又无大直径的卵石和漂石时,可以采用桩基础。
桩基础由基桩和承台组成,支承在岩层或硬土层上的桩称为端承桩,支承在中等的土层之中的桩称为摩擦桩。
基桩按施工方法分为沉入桩和钻(挖)孔灌注桩两类。
沉入桩用锤击沉桩法、震动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法、钻孔埋置法钻(挖)孔灌注桩是、钻孔、清孔、灌注水下混凝土等工序在桩位处筑成的钢筋混凝土桩。
承台的作用是将桥基内的多根桩的桩顶联结成刚性整体 . 承台有低桩承台、高桩承台。
承台内要配筋(按规范)、混凝土标号不得低于15号,承台厚度不宜小于1.5m;基桩埋入承台的长度、桩的最小间距、边桩外侧距承台边缘的距离等都有具体规定。
三. 桥梁墩台及浅基础的设计要点1. 荷载及其组合首先考虑可能同时出现的荷载。
还要考虑墩身、基础和地基的工作特性a 、墩身等承受最大竖向力时,两跨均有活载Np 。
b 、墩身等承受顺桥向最大力矩时,一跨布有活载(组合Ⅰ),或同时布置制动力和纵向风力(组合Ⅱ)。
c 、墩身等承受横桥向最大力矩时,两跨活载偏置(组合Ⅰ),或同时布置横向风力等(组合Ⅳ)。
用于验算墩身强度的荷载效应,要乘以荷载安全系数,并累计至墩底;用于验算地基承载力的荷载效应,不乘荷载安全系数,并累计至基底。
2. 墩身计算墩身计算,应按桥墩结构特性进行。
重力式圬工墩身,验算抗压强度、荷载偏心距、抗剪强度;][0o N Me e=∑∑=对于高度大于20m 的重力式墩还应验算其稳定性问题。
对于钢筋混凝土墩台、盖梁,应按其静力图式验算。
3. 刚性浅基础计算刚性浅基础 ,稳性仅由基底土与基础的相互作用来维持。
地基土的承载力:hWMAN ][0max minσσ≤≥±=∑∑ σmin ≤0 时, he ba N][)2(320max σσ≤-=∑ 这里[σ]h 是地基土的容许承载力,是经过宽深修正、并按规范予以提高后的值;基底的偏心距e 0≤ηρ 规范规定了不同的η值(0.1~1.5)。
基础的整体稳定性K e yMN y K ii≥==∑∑00 K TiN K ic ≤=∑∑μ式中: y —基础底面形心轴至接截面最大受压边缘的距离μ —基底与地基的摩擦系数 T i —水平力总和 Ko —倾覆稳定系数 Kc —滑动稳定系数墩台的沉降和位移,地基总沉降量, 墩顶水平位移 。
四 桩基础的设计要点 1.单桩的竖直承载力 摩擦桩的容许承载力)(21][στA l U P i i +=∑U—桩的周长(m,钻孔灌注桩按成空直径);A—桩底横截面面积(m2 );l i—土层厚度(m);τi—第层土对桩壁的极限摩阻力(kPa);σR—桩尖土的极限承载力(kPa)。
上部“某个深度”内土层的下沉量大于桩的竖向位移,或土的下沉速度超过桩的下沉速度时,压缩土层对桩产生向下的负摩阻力 .端承(柱)桩的容许承载力[P]=(c1A+c2Uh)Ra式中: Ra—岩石的天然湿度的单轴极限抗压强度; A、U、—桩底的横截面面积、周长、h —嵌入基岩深度;c1=0.4~0.6、 c2=0.03~0.052.单桩在“地面”力和位移作用下的效应桩的入土深度为h、桩的宽度为b、桩的计算宽度为b1,桩在地面(y=0)处,受到水平力H0和力矩M0、以及水平位移x0和转角φ0的作用,而使桩的各个不同深度z处、即y=z处,产生水平位移x z转角φz、弯矩M z剪力Q z。
假定如下:土体是桩的弹性介质,地基系数即 cy=my。
不考虑桩与土体间的摩擦力和粘结力;桩为一个弹性构件,根据梁的挠曲微分方程bmyxpdyxdEIy144-=-=令51EIbm=α则上式为0544=+yxdyxdα解微分方程,并利用桩在地面处(y=0)的边界条件:x(y=0)= x0,φ(y=o)=φ0,M(y=0)= M0, Q(y=0)= Q0得出任意深度y处的x ,φ,M,Q 。
DEIHCEIMBAxxαααφ31211+++=122222DEIHCEIMBAxααφαφ+++=3333)(DHCMBAxEIMαφαα+++=(a)44442)(DHCMBAxEIQ+++=αφαα (b)其中,A1、B1、C1、D1......均为y的幂级数,只要已知α和桩在地面处、y=0处、的x0、φ0、M0、H0(初参数),则可用这些公式算出任意深度处桩身的位移和内力。
3. 单桩在“地面”力作用下,引起地面处的位移、桩身内力。
利用桩底y=h处两个边界条件Q h = 0 M h = -C 0φh I 0 = -k h αE I φh 其中:EI I c k h ⋅=α00 单位水平力H 0=1、作用在地面处,该处的水平位移δ0HH 转角 δ-0MH )()()()(1244234432442344330B A B A k B A B A D B D B k D B D B EI h h HH -+--+-⨯=αδ)()()()(1244234432442344320B A B A k B A B A D A D A k D A D A EI h h MH -+--+-⨯=αδ 单位力矩M 0=1作用在地面处,该处的水平位移 转角)()()()(1244234432442344320B A B A k B A B A C B C B k C B C B EI h h HM -+--+-⨯=αδ)2442()3443()2442()3443(10B A B A kh B A B A C A C A kh C A C A EI MM -+--+-⨯=αδ 这里参数A 、B 、C 、D 、………都是y=h处的相应值。
代入(a )、(b )式,可以得出桩身的弯矩M y 、剪力Q y ,并据以进行桩身配筋。
在地面处、同时作用着M 0、H 0时,单桩在地面处的位移 x 0 = H 0 δ0HH + M 0 δ0HM φ0= -(H 0 δ0MH + M 0 δ0MM )4.单桩在“桩顶”力作用下,引起桩顶的位移在桩顶的水平力H=1,引起的桩顶的水平位移δHH 、转角δMH2000003023l l EIl MM MH HH HH δδδδ+++= 000202l EI l MM MH MH δδδ++=00MM MM EIl δδ+=计算桩顶的抗推刚度K=1/δHH5. 群桩基础的计算 多排、竖直、对称、桩底置于非岩石类土或基岩面上的高桩承台的计算。
这是由12根桩组成的群桩基础,承台底面高出地面的高度为l 0,在承台底面作用着由荷载引起的外力M 、N 、P ,使承台底面中心产生了水平位移a 、竖向位移c 、转角β.则承台底面各桩桩顶的位移为:a i = ac i = c +x i ββi =β桩的竖向刚度0011A c EA h l pp +⋅+=ξρ式中:E —桩身材料的弹性模量; ξ—系数,摩擦桩ξ=2/3(沉入桩)、ξ=1/2(钻孔 桩),端 承桩ξ=1;A — 入土部分桩的平均截面面积;A 0—摩擦桩四周自地面按φ/4向下扩散至桩底处的面积,但不得超过桩底面中心距所包围的面积.其他符号同前。
垂直于桩轴线方向发生单位位移(a i =1)时,桩顶产生的水平力(水平刚度)ρHH :2)(MH MM HH MMHH δδδδρ-=垂直于桩轴线方向发生单位位移(a i =1)时,桩顶产生的弯矩ρMH =ρHM : 2)(MH MM HH MHi MH M δδδδρ-=-= 桩顶发生单位转角(βi =1)时,桩顶产生的弯距(转动刚度): 2)(MH MM HH HH MM δδδδρ-= 沿承台底面截取座板为自由体的位移法基本方程00=-+=-+=-M a H a P c a a aa cc βββββγγβγγγ式中: γcc =Σρpp = n ρpp γaa =ΣρHH = n ρHH γa β=-ΣρHM =-ΣρHM γββ= n ρMM +ρPP Σk i x i 2得出承台底面中心的位移如下:cc Pc γ=2)(ββββββγγγγγa aa a M H a --= 2()ββββγγγγγβa aa a aa H M --=各桩桩顶的轴向力Ni 、剪力Qi 、弯距MiN i =(c+βx I )ρPPQ i = a ρHH –βρHM M i =βρMM - a ρMH根据各桩的轴向力N i 值H 0 =Q iM0 =M i+Q i l0和位移x0、φ0得出各桩任意深度的内力My、Qy,并据以配筋。