桥梁墩台类型与构造及计算讲义[详细]课件.ppt

1、 桥梁墩台桥梁墩台第一节第一节 桥梁墩台类型与构造桥梁墩台类型与构造第二节第二节 桥梁墩台的计算桥梁墩台的计算1.1.墩台的作用与要求墩台的作用与要求2.2.墩台的组成及荷载墩台的组成及荷载3.3.桥墩的类型与构造桥墩的类型与构造4.4.桥台的类型与构造桥台的类型与构造第一节第一节 桥梁墩台类型与构造桥梁墩台类型与构造1.1.墩台的作用及要求墩台的作用及要求 作用作用：承受上部结构传来的荷载，并将它及本身：承受上部结构传来的荷载，并将它及本身自重传给墩台基础。自重传给墩台基础。墩台设计墩台设计：与结构受力、水文、流速、河床性质：与结构受力、水文、流速、河床性质及、地质条件有关。桥梁墩台要置于稳

2、定可靠的地及、地质条件有关。桥梁墩台要置于稳定可靠的地基上，并通过设计和计算确定基础形式和埋置深度。基上，并通过设计和计算确定基础形式和埋置深度。结构型式结构型式：多种多样，注意上、下部结构协调一：多种多样，注意上、下部结构协调一致，结构轻型、薄壁、造型多样等。致，结构轻型、薄壁、造型多样等。施工技术施工技术：因地制宜，与材料、环境等有关。：因地制宜，与材料、环境等有关。墩台帽墩台帽组组成成墩台身墩台身基础基础承承受受荷荷载载上部结构上部结构竖向力竖向力水平力水平力弯矩弯矩地震力地震力风力风力流水压力等流水压力等2.2.墩台的组成及荷载墩台的组成及荷载3.3.桥墩的类型与构造桥墩的类型与构造构

3、构造造实体墩实体墩空心墩空心墩柱式墩柱式墩框架墩等框架墩等受受力力刚性墩刚性墩柔性墩柔性墩按按截截面面形形式式分分矩形矩形圆形圆形园端形园端形尖端形尖端形3.1 3.1 实体墩实体墩 特点：特点：靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，圬工量大；圬工量大；组成：组成：墩帽，墩身，（基础）；墩帽，墩身，（基础）；截面：截面：矩形墩、圆端形墩、圆形墩等；矩形墩、圆端形墩、圆形墩等；材料：材料：天然石材，片石混凝土或混凝土块；天然石材，片石混凝土或混凝土块；应用：应用：在中、小跨桥梁，尤其是铁路桥梁中常在中、小跨桥梁，尤其是铁路桥梁中常被采用。被采用。3.2 3.2

4、空心桥墩空心桥墩 材料：材料：混凝土空心墩（混凝土空心墩（50m50m）和钢筋混凝土空心墩）和钢筋混凝土空心墩 截面：截面：圆形，圆端形，箱形等数种，立面：直坡，圆形，圆端形，箱形等数种，立面：直坡，侧坡，阶梯侧坡，阶梯 特点：特点：充分利用材料强度，可节省材料，减轻桥墩充分利用材料强度，可节省材料，减轻桥墩自重，进而也能减少基础工程量。施工速度快（滑动自重，进而也能减少基础工程量。施工速度快（滑动模板施工），质量好，节省模板支架。模板施工），质量好，节省模板支架。3.3 3.3 桩（柱）式桥墩桩（柱）式桥墩 排架桩墩：排架桩墩：将钻孔桩基础向上延伸做为桥墩的将钻孔桩基础向上延伸做为桥墩的墩身

5、，在桩顶浇注盖梁。墩身，在桩顶浇注盖梁。柱式墩：柱式墩：目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式，目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式，特别是在桥宽较大的城市桥和立交桥中，采用这种特别是在桥宽较大的城市桥和立交桥中，采用这种桥墩既能减轻墩身重量，节约圬工材料，又较美观。桥墩既能减轻墩身重量，节约圬工材料，又较美观。柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和多柱等形式，柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和多柱等形式，它可以根据桥宽的需要以及地物地貌条件任意组合它可以根据桥宽的需要以及地物地貌条件任意组合。3.4 3.4 柔性墩柔性墩 柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土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

6、梁连接而成。其主要特点是通桩与钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特点是通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力（制过一些构造措施，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性墩动力、温度影响力等）传递到全桥的各个柔性墩台，或相邻的刚性墩台上，台，或相邻的刚性墩台上，以减少单个柔性墩所以减少单个柔性墩所受到的水平力受到的水平力，从而达到减小桩墩截面的目的。，从而达到减小桩墩截面的目的。3.5 3.5 薄壁墩薄壁墩 钢筋混凝土薄壁墩：钢筋混凝土薄壁墩：一种新型桥墩，截面型式一种新型桥墩，截面型式有板壁形、有板壁形、I I形、箱形等，构造简单、轻巧、圬工形、箱形等，构造简单、轻巧、

7、圬工体积少。体积少。连续刚构桥双肢薄壁墩：连续刚构桥双肢薄壁墩：在墩位上有两个相互在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁刚接的桥墩。可增加桥梁刚度，平行的墩壁与主梁刚接的桥墩。可增加桥梁刚度，减少主梁支点负弯矩。桥梁美观，无需设置支座，减少主梁支点负弯矩。桥梁美观，无需设置支座，方便施工。方便施工。3.6 3.6 轻型桥墩轻型桥墩3.7 3.7 框架式桥墩框架式桥墩 框架式桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压框架式桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压挠和挠曲构件组成平面框架代替墩身，支承上部结构，挠和挠曲构件组成平面框架代替墩身，支承上部结构，必要时可做成双层或多层的框架。必要时可做成双层或多层的

8、框架。4.4.桥台的类型与构造桥台的类型与构造类类型型重力式桥台重力式桥台轻型桥台轻型桥台薄壁型桥台薄壁型桥台支撑梁式桥台支撑梁式桥台组合式桥台组合式桥台框架式桥台框架式桥台4.1 4.1 重力式桥台重力式桥台 重力式桥台也称重力式桥台也称实体式桥台实体式桥台，它主要靠自，它主要靠自重来平衡台后的土压力。桥台台身多数由石砌、重来平衡台后的土压力。桥台台身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并采用片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并采用就地建造施工方法。就地建造施工方法。U U型桥台型桥台埋式桥台埋式桥台T T形桥台形桥台耳墙式桥台耳墙式桥台重力式重力式桥台桥台 U U型桥台型桥台 台

9、后台后U U形中空部分容易积水、冰冻后膨胀，形中空部分容易积水、冰冻后膨胀，致使墙身产生裂缝。致使墙身产生裂缝。适用于填土高度较小（适用于填土高度较小（H H4m4m）、地基容）、地基容许承载力较低的铁路梁桥和填土高度小于许承载力较低的铁路梁桥和填土高度小于10m10m的公路桥梁。的公路桥梁。T T型桥台型桥台 T T型桥台节省圬工，道碴槽为钢筋混凝土悬型桥台节省圬工，道碴槽为钢筋混凝土悬臂，钢筋用量大，台身长度随填土高度增加。臂，钢筋用量大，台身长度随填土高度增加。适用于填土高度适用于填土高度4m4m12m12m或地基容许承载或地基容许承载力较低的铁路梁桥。力较低的铁路梁桥。埋式桥台埋式桥台

10、 节省桥台圬工，但锥体伸入桥孔，减小了桥下过节省桥台圬工，但锥体伸入桥孔，减小了桥下过水面积。台身高，基底应力大。水面积。台身高，基底应力大。适用于桥头为浅滩、溜坡受冲刷小、填土高度大适用于桥头为浅滩、溜坡受冲刷小、填土高度大于于12m12m的公路及铁路桥梁，要求地基容许承载力较大。的公路及铁路桥梁，要求地基容许承载力较大。耳墙式桥台耳墙式桥台 采用耳墙与路堤相连接，缩短了实体圬工段长度，采用耳墙与路堤相连接，缩短了实体圬工段长度，但耳墙配筋较多。但耳墙配筋较多。适用于填土高度适用于填土高度4 412m12m的公路及铁路桥梁。的公路及铁路桥梁。挖台挖台 在挖方内采用的提高基础、缩短台顶的顶帽式

11、桥在挖方内采用的提高基础、缩短台顶的顶帽式桥台，结构形式简单、施工方便。台，结构形式简单、施工方便。适用于坡陡谷深、桥隧相连，山体稳定区域。适用于坡陡谷深、桥隧相连，山体稳定区域。按结构形式按结构形式，桥台还可分为，桥台还可分为带翼墙带翼墙和和不带翼墙不带翼墙两两大类。翼墙位于桥台两侧，多采用八字形和一字形，大类。翼墙位于桥台两侧，多采用八字形和一字形，翼墙的作用是翼墙的作用是：挡住桥台两侧的路基填土，保证桥头：挡住桥台两侧的路基填土，保证桥头路基稳定，并引导水流顺畅地进入桥孔。带翼墙的桥路基稳定，并引导水流顺畅地进入桥孔。带翼墙的桥台主要用于公路桥梁。台主要用于公路桥梁。4.2 4.2 轻型

12、桥台轻型桥台 钢筋混凝土轻型桥台，其构造特点是利用钢钢筋混凝土轻型桥台，其构造特点是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。主要用于公路桥。台轻型化。主要用于公路桥。支撑梁轻型桥台：支撑梁轻型桥台：在两桥台间基础顶设钢筋混在两桥台间基础顶设钢筋混凝土支撑梁以防止桥台向跨中移动，有八字型和凝土支撑梁以防止桥台向跨中移动，有八字型和一字型，适于小跨度桥。一字型，适于小跨度桥。薄壁轻型桥台：薄壁轻型桥台：由扶壁式挡土墙和两侧薄壁侧墙构由扶壁式挡土墙和两侧薄壁侧墙构成，减轻了自重，节省圬工。常用的形式有悬臂式、成，减轻了自重，节省圬工。常用的

13、形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等。扶壁式、撑墙式及箱式等。适用于填土不高、地基承载力不高的小跨径公路适用于填土不高、地基承载力不高的小跨径公路桥梁，混凝土及钢筋用量较大。桥梁，混凝土及钢筋用量较大。4.3 4.3 框架式桥台框架式桥台 在在横桥向呈框架式结构横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它埋的桩基础轻型桥台，它埋置土中，所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、置土中，所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。其构造型式有双柱式、台身较高、跨径较大的梁桥。其构造型式有双柱式、多柱式、墙式、半重力式和双排架式、板凳式等。多柱式、墙式、半重力式和双排架式、板凳式等。

14、4.4 4.4 组合式桥台组合式桥台 桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，而台的土压力由其它结构来承受，形成组合式桥台。而台的土压力由其它结构来承受，形成组合式桥台。第二节第二节 桥梁墩台的计算桥梁墩台的计算1.1.桥墩设计荷载及组合桥墩设计荷载及组合2.2.桥台设计荷载及组合桥台设计荷载及组合3.3.墩台的验算内容墩台的验算内容4.4.桥墩防撞桥墩防撞荷荷载载恒载、土重和侧向土压力、预应力、混凝土收恒载、土重和侧向土压力、预应力、混凝土收缩及徐变的影响力、水的浮力；缩及徐变的影响力、水的浮力；永久荷载：永久荷载：汽车荷载、汽车冲击力、离

15、心力、汽车荷载汽车荷载、汽车冲击力、离心力、汽车荷载引起的侧向土压力、人群荷载、挂车或履带引起的侧向土压力、人群荷载、挂车或履带车荷载及其引起的土侧压力；车荷载及其引起的土侧压力；风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、支风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、支座摩阻力；温度变化的影响力；座摩阻力；温度变化的影响力；可变荷载：可变荷载：偶然荷载：船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力；偶然荷载：船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力；1.1.桥墩设计荷载及组合桥墩设计荷载及组合荷载组合荷载组合需要对各种可能的荷载进行组合计算，满足各种需要对各种可能的荷载进行组合计算，满足各种不同的要求。在墩台的计算中，

16、需按不同的要求。在墩台的计算中，需按顺桥向顺桥向(与行与行车的方向平行车的方向平行)和和横桥向横桥向分别进行，故在荷载组合分别进行，故在荷载组合时也需按纵向及横向分别组合。时也需按纵向及横向分别组合。（1 1）最大竖向力组合最大竖向力组合。用来验算墩身强度和基底。用来验算墩身强度和基底最大应力。最大应力。（2 2）按桥墩各截面在）按桥墩各截面在顺桥向顺桥向可能产生的可能产生的最大偏心最大偏心和和最大弯矩最大弯矩的情况进行组合。用来的情况进行组合。用来验算墩身强度，验算墩身强度，基底应力、偏心距及桥墩的稳定性基底应力、偏心距及桥墩的稳定性。（3 3）按桥墩各截面在）按桥墩各截面在横桥向横桥向可能

17、产生可能产生最大偏心最大偏心和和最最大弯矩大弯矩的情况进行组合。用来的情况进行组合。用来验算横桥向的墩身强度、验算横桥向的墩身强度、基底应力、偏心及桥墩的稳定性基底应力、偏心及桥墩的稳定性。2.2.桥台设计荷载及组合桥台设计荷载及组合在确定荷载最不利组合时，通常按在确定荷载最不利组合时，通常按 台后布置活载而桥上无活载（最大水平力和最台后布置活载而桥上无活载（最大水平力和最大后端弯矩组合）大后端弯矩组合）桥上满布活载（最大前端弯矩）桥上满布活载（最大前端弯矩）桥上、台后同时布置活载（最大竖向力组合）桥上、台后同时布置活载（最大竖向力组合）等几种不利情况，分别进行组合与验算。等几种不利情况，分别

18、进行组合与验算。3.3.墩台的验算内容墩台的验算内容 设计过程设计过程：选定墩台型式及拟定各部分尺寸；然后：选定墩台型式及拟定各部分尺寸；然后计算各项外力和进行最不利荷载组合，选取验算截面计算各项外力和进行最不利荷载组合，选取验算截面和验算内容；计算各截面的内力，进行配筋和验算。和验算内容；计算各截面的内力，进行配筋和验算。桥墩两侧桥跨不等的处理：桥墩两侧桥跨不等的处理：（1 1）梁高不等；）梁高不等；（2 2）支座反力不等。）支座反力不等。验算要求：验算要求：墩台本身：强度，稳定性及偏心墩台本身：强度，稳定性及偏心 扩大基础：基底应力、整体稳定性（扩大基础：基底应力、整体稳定性（纵向挠曲稳纵

19、向挠曲稳定、定、抗倾覆稳定、抗滑移稳定）抗倾覆稳定、抗滑移稳定）高桥墩：墩顶弹性水平位移高桥墩：墩顶弹性水平位移 超静定桥梁结构：基底沉降量超静定桥梁结构：基底沉降量 计算理论计算理论：容许应力法（铁）和极限状态法（公）：容许应力法（铁）和极限状态法（公）验算对象验算对象：墩台身一般视为偏心受压构件。：墩台身一般视为偏心受压构件。柔性墩计算要点柔性墩计算要点 在纵向水平力作用下，一联的各柔性墩顶具有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。为简化计算，可把相同的水平位移。为简化计算，可把双固定支座布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置的柔性墩视为下端固结，上

20、端有水平约束的铰接支承的超静定梁。支承的超静定梁。当已知柔性墩顶端桥跨结构作用当已知柔性墩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，即可计算下端固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，根据各墩最不利的组合结点和墩身的弯矩、剪力，根据各墩最不利的组合内力进行桩墩的配筋和验算。内力进行桩墩的配筋和验算。4.4.桥墩防撞桥墩防撞 流冰流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞击力和大面积流冰堆积现象以及流冰对桥墩的的撞击力和大面积流冰堆积

21、现象以及流冰对桥墩的磨损。在中等以上流冰河道（冰厚大于磨损。在中等以上流冰河道（冰厚大于0.5 m0.5 m，流水，流水速度速度1 m/s1 m/s左右）及有大量漂流物的河道，应在迎水左右）及有大量漂流物的河道，应在迎水方向设置破冰棱体。方向设置破冰棱体。船只船只因突发原因引起航行失控与桥墩相撞。桥墩因突发原因引起航行失控与桥墩相撞。桥墩在设计中不但要有一定抵抗船舶冲击荷载的能力，在设计中不但要有一定抵抗船舶冲击荷载的能力，还要考虑采用缓冲装置和保护系统，预防或改变船还要考虑采用缓冲装置和保护系统，预防或改变船只冲击荷载的方向或减少对桥墩的冲击荷载，不使只冲击荷载的方向或减少对桥墩的冲击荷载，不使其破坏。其破坏。桥墩配筋动画桥墩配筋动画