桥梁工程墩台类型和构造及设计计算课件.ppt

1、桥梁工程墩台类型和构造及设计计算桥梁工程墩台类型和构造及设计计算1第六篇第六篇 桥梁墩台桥梁墩台桥梁墩台类型和构造桥梁墩台类型和构造1桥墩的设计与计算桥墩的设计与计算2桥台的设计与计算桥台的设计与计算32第一章第一章 桥梁墩台的类型和构造桥梁墩台的类型和构造第一节第一节 墩台类型及适用性墩台类型及适用性 桥梁下部结构由桥梁下部结构由桥墩、桥台和基础桥墩、桥台和基础组成；组成；桥梁墩（台）桥梁墩（台）主要由主要由墩（台）帽墩（台）帽(盖梁盖梁)、墩（台）身和基础、墩（台）身和基础三部分组成，三部分组成，如图所示。如图所示。梁的自重及梁所承受的荷载，通过桥台、桥墩传给地基。梁的自重及梁所承受的荷载

2、，通过桥台、桥墩传给地基。梁桥重力式墩台梁桥重力式墩台3 近年来，国内外的城市桥梁中，涌现出丰富多彩的构造形式，近年来，国内外的城市桥梁中，涌现出丰富多彩的构造形式，这些有：（这些有：（1 1）单柱式墩单柱式墩,其截面可以是圆形、矩形、多角形等，其截面可以是圆形、矩形、多角形等，这种桥墩的外貌轻盈，视空开阔，造价经济；（这种桥墩的外貌轻盈，视空开阔，造价经济；（2 2）多柱式墩多柱式墩，其，其柱顶各自直接支撑上部结构的箱梁底板，柱间不设横系梁，显得柱顶各自直接支撑上部结构的箱梁底板，柱间不设横系梁，显得挺拔有力，干净利落；（挺拔有力，干净利落；（3 3）矩形薄壁墩矩形薄壁墩，这种墩常将表面作成

3、纹，这种墩常将表面作成纹理（竖向或横向纹理），从而收到美观的效果；（理（竖向或横向纹理），从而收到美观的效果；（4 4）双叉形双叉形和四和四叉形；（叉形；（5 5）T T形、形、V V形和形和X X形等形等，这些型式除满足结构受力的要求，这些型式除满足结构受力的要求外，都是为了达到造型美观的目的。外，都是为了达到造型美观的目的。4(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)各种桥墩形式各种桥墩形式5一、梁桥桥墩一、梁桥桥墩 桥墩按其构造可分为桥墩按其构造可分为实体桥墩、空心桥墩、柱式排架实体桥墩、空心桥墩、柱式排架桩墩、柔性墩和框架墩桩墩、柔性墩和框架墩等五种类型。等五种类型。（一）

4、实体式（重力式）桥墩一）实体式（重力式）桥墩 实体桥墩是由一个实体桥墩是由一个实体实体结构组成结构组成,主要靠主要靠自身重力平衡自身重力平衡外力保证桥墩稳定外力保证桥墩稳定 。它们由它们由墩帽墩帽、墩身墩身和和基础基础构成。构成。620 1 30 1：20 1 30 1侧 面平 面基 础立 面：墩 身墩 帽：实体式（重力式）桥墩实体式（重力式）桥墩7 柱式桥墩的结构特点是由分离的柱式桥墩的结构特点是由分离的两根两根或或多根立柱多根立柱（或桩（或桩柱）所组成。它的外型美观，圬工体积少，因此是目前公路柱）所组成。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型式之一。桥梁中广泛采用的

5、桥墩型式之一。-(a)(b)(c)(d)柱式桥墩柱式桥墩（a a）单柱式；（）单柱式；（b b）双柱式；（）双柱式；（c c）哑铃式；（）哑铃式；（d d）混合双柱式）混合双柱式8（三）钢筋混凝土薄壁式墩和空心墩（三）钢筋混凝土薄壁式墩和空心墩 在一些高大的桥墩中，为了减少圬工体积，节约材料，减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，也可将墩身内部做成轻自重，减少软弱地基的负荷，也可将墩身内部做成空腔体空腔体、即所谓即所谓空心桥墩空心桥墩。这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大。这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大的差别，只是自重较实体重力式的轻，因此，

6、它介于重力式桥的差别，只是自重较实体重力式的轻，因此，它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。几种常见的空心桥墩如图所示。墩和轻型桥墩之间。几种常见的空心桥墩如图所示。IIR=270 R=270R=270 R=270 R=270-钢筋混凝土方形空心墩钢筋混凝土方形空心墩 钢筋混凝土薄壁式桥墩钢筋混凝土薄壁式桥墩9（四）柔性（排架）墩（四）柔性（排架）墩 柔性排架桩墩其主要特点是，可以通过一些柔性排架桩墩其主要特点是，可以通过一些构造构造措施，将措施，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台，或相邻的刚性墩台上，以减少单个

7、柔性桥的各个柔性墩台，或相邻的刚性墩台上，以减少单个柔性墩所受到的水平力，从而达到墩所受到的水平力，从而达到减小桩墩截面减小桩墩截面的目的。的目的。柔性排架桩墩柔性排架桩墩10 二、拱桥桥墩二、拱桥桥墩 拱桥桥墩通常采用拱桥桥墩通常采用实体式（重力式实体式（重力式）和）和桩（柱）式墩桩（柱）式墩（1）拱座）拱座 拱座相当于梁式桥墩（台）的墩（台）帽是直接支撑拱圈的部分，相邻桥拱座相当于梁式桥墩（台）的墩（台）帽是直接支撑拱圈的部分，相邻桥跨的拱推力相互抵消后，将不平衡的推力传至墩身。跨的拱推力相互抵消后，将不平衡的推力传至墩身。它的主要作用是：在它的一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住它的

8、主要作用是：在它的一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住单侧拱的恒载水平推力，以保证其另一侧的拱桥不致遭到倾坍。单侧拱的恒载水平推力，以保证其另一侧的拱桥不致遭到倾坍。当施工时为了拱架的多次周转，或者当缆索吊装设计的工作跨径受到限制当施工时为了拱架的多次周转，或者当缆索吊装设计的工作跨径受到限制时为了能按桥台与某墩之间或者按某两个桥墩之间作为一个施工段进行分段时为了能按桥台与某墩之间或者按某两个桥墩之间作为一个施工段进行分段施工，在此情况下也要设置能承受部分恒载单向推力的制动墩。如图所示：施工，在此情况下也要设置能承受部分恒载单向推力的制动墩。如图所示：（2）单向推力墩）单向推力墩11图图

9、6-1-6 6-1-6 拱桥轻型单向推力墩拱桥轻型单向推力墩 （a a为斜撑墩为斜撑墩b b为悬臂墩）为悬臂墩）a)b)a)b)12（3）相邻两孔推力不相等的桥墩）相邻两孔推力不相等的桥墩 变更相邻的矢跨比，调整拱座位置或拱上结构形式变更相邻的矢跨比，调整拱座位置或拱上结构形式而使两推力或推力对桥墩弯矩大致相等。而使两推力或推力对桥墩弯矩大致相等。13一种是一种是重力式墩台重力式墩台。这类墩、台的主要特点是靠。这类墩、台的主要特点是靠自身重量自身重量来平来平衡外力而保持其稳定。因此，墩身、台身比较厚实，可以不用衡外力而保持其稳定。因此，墩身、台身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土

10、砌筑。它适用于地基良好的钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。在砂石料方便大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。在砂石料方便的地区，小桥也往往采用重力式墩、台。其主要缺点是的地区，小桥也往往采用重力式墩、台。其主要缺点是圬工体圬工体积较大积较大，因而其，因而其自重和阻水面积自重和阻水面积也较大。也较大。另一种是另一种是轻型墩台轻型墩台。一般说来，这类墩台的刚度小，受力后允。一般说来，这类墩台的刚度小，受力后允许在一定的范围内许在一定的范围内发生弹性变形发生弹性变形，所用的建筑材料大都以钢筋，所用的建筑材料大都以钢筋混凝土和少筋混凝土

11、为主，但也有一些轻型墩台，通过验算后混凝土和少筋混凝土为主，但也有一些轻型墩台，通过验算后可以用石料砌筑。可以用石料砌筑。一、梁桥桥台一、梁桥桥台14 重力式桥台主要靠重力式桥台主要靠自重来平衡自重来平衡台后的土压力，通常用台后的土压力，通常用石料、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造。石料、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造。重力式重力式U型桥台型桥台a)梁桥桥台梁桥桥台b）拱桥桥台）拱桥桥台15 埋置式桥台将台身大部分埋入锥形护坡（溜坡）内，缩埋置式桥台将台身大部分埋入锥形护坡（溜坡）内，缩短翼墙（耳墙），仅由短翼墙（耳墙），仅由台帽两侧耳墙台帽两侧耳墙与路堤衔接，如图所示：与路堤衔接，如图所示

12、：埋置式桥台埋置式桥台16桩柱式桥台桩柱式桥台 桩柱式桥台是当前常用的桥台形式之一，它比实体埋桩柱式桥台是当前常用的桥台形式之一，它比实体埋置式桥台能节省更多的圬工，而且施工更为简易，如图置式桥台能节省更多的圬工，而且施工更为简易，如图所示：所示：17 轻型桥台的体积轻巧、自重较小，一般由钢筋混凝土材轻型桥台的体积轻巧、自重较小，一般由钢筋混凝土材料建造，它借助结构物的料建造，它借助结构物的整体刚度和材料强度整体刚度和材料强度承受外力，从承受外力，从而可节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围，为而可节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围，为在软土地基上修建桥台开辟了经济可行的途径。

13、在软土地基上修建桥台开辟了经济可行的途径。圬圬工工薄薄壁壁轻轻型型桥桥台台薄壁轻型桥台薄壁轻型桥台18（一）齿槛式桥台（一）齿槛式桥台结构特点：结构特点：基底面积较大，可以支承一基底面积较大，可以支承一定的垂直压力；定的垂直压力；底板下的齿槛可以底板下的齿槛可以增加磨擦增加磨擦和抗滑的和抗滑的稳定性；稳定性；台背做成斜挡板，利用它背台背做成斜挡板，利用它背面的原状土和前墙背面的新填土，面的原状土和前墙背面的新填土，共同平衡拱的水平推力；共同平衡拱的水平推力；前墙与后墙板之间的撑墙可前墙与后墙板之间的撑墙可以以提高结构的刚度提高结构的刚度；齿槛的宽度和深度一般不小齿槛的宽度和深度一般不小于于50

14、cm50cm。这种桥台适用于软土地。这种桥台适用于软土地基和路堤较低的中小跨径拱桥。基和路堤较低的中小跨径拱桥。19空腹式桥台空腹式桥台:前墙前墙、后墙后墙、基础板基础板和和撑墙撑墙等部分组成。等部分组成。前墙承受拱圈传来的荷载，后墙支前墙承受拱圈传来的荷载，后墙支承台后的土压力。在前后墙之间设承台后的土压力。在前后墙之间设置撑墙置撑墙3 34 4道，作为传力构件，并道，作为传力构件，并对后墙起到扶壁，对基础板起到加对后墙起到扶壁，对基础板起到加劲作用。劲作用。20组合式桥台组合式桥台 组合式桥台由组合式桥台由台身和后座台身和后座两两部分组成台身部分承受拱的竖直部分组成台身部分承受拱的竖直压力

15、，压力，后座部分则通过后座底板后座部分则通过后座底板的摩阻力及台后的土侧压力的摩阻力及台后的土侧压力来平来平衡拱的水平推力。衡拱的水平推力。21 正确的选择原则是：在正确的选择原则是：在满足使用功能满足使用功能的前提下，应的前提下，应符合符合因地制宜因地制宜、就地取材就地取材、方便施工方便施工和和养护养护、以达到、以达到适适用、安全用、安全、经济经济、与、与周围环境周围环境协调、协调、造型美观造型美观的目的。的目的。桥梁墩台的设计与结构受力、地质构造、土基条件、水桥梁墩台的设计与结构受力、地质构造、土基条件、水文、水利以及河床性质有关。文、水利以及河床性质有关。必须保持必须保持墩台的强度墩台的

16、强度和和稳定性稳定性221.1.顺桥向墩帽最小宽度顺桥向墩帽最小宽度b b如图所示，如图所示，b b为：为：122222aabfcc式中：式中：ff相邻两跨支座间的中心距；相邻两跨支座间的中心距；01122aafeeee e0 0伸缩缝宽，中小桥为伸缩缝宽，中小桥为2cm2cm5cm5cm；大；大跨径桥梁可按温度变化及施工放样、跨径桥梁可按温度变化及施工放样、安装构件可能出现的误差等决定；温安装构件可能出现的误差等决定；温度变化引起的变位为：度变化引起的变位为：（一）（一）.梁式桥的实体墩梁式桥的实体墩 墩（台）帽厚度一般不小于墩（台）帽厚度一般不小于50cm50cm（二）（二）.墩、台帽平面

17、尺寸墩、台帽平面尺寸23其中：其中：l l桥跨的计算长度（因桥梁的分孔、联长、固定支座与活动支桥跨的计算长度（因桥梁的分孔、联长、固定支座与活动支座布置不同而不同）；座布置不同而不同）；温度变化幅度值，可采用当地最高和最低月平均气温及桥跨温度变化幅度值，可采用当地最高和最低月平均气温及桥跨浇筑完成时的温度计算决定；浇筑完成时的温度计算决定；材料的线膨胀系数，钢筋混凝土构造物为；材料的线膨胀系数，钢筋混凝土构造物为；、桥跨结构过支座中心线的长度；桥跨结构过支座中心线的长度；a a、桥跨结构支座顺桥向宽度；桥跨结构支座顺桥向宽度；c c1 1顺桥向支座边缘至墩身边缘的最小距离，见表顺桥向支座边缘至

18、墩身边缘的最小距离，见表5-1-15-1-1及图及图5-1-85-1-8；c c2 2檐口宽度，檐口宽度，5cm5cm10cm10cm。1e1e1eae0=Ltt24支座边缘距台边缘最小距离支座边缘距台边缘最小距离 25 2.2.横桥向墩帽最小宽度横桥向墩帽最小宽度B B B B为桥跨结构两外侧边支座中心距为桥跨结构两外侧边支座中心距+支座底板横向宽支座底板横向宽度度+2+2C C2 2+支座垫板至墩台边缘最小宽度的两倍。支座垫板至墩台边缘最小宽度的两倍。ba/2+e1+e0/2+C1+C23.3.顺桥向台帽最小宽度顺桥向台帽最小宽度b b其中式中符号意义同前所示。其中式中符号意义同前所示。2

19、64.4.横桥向台帽最小宽度横桥向台帽最小宽度B B 除应考虑支座布置情况外，还应结合桥面宽度（包括人行道）除应考虑支座布置情况外，还应结合桥面宽度（包括人行道）及接线路基宽度决定，使车辆及行人交通顺畅、安全方便。及接线路基宽度决定，使车辆及行人交通顺畅、安全方便。拱桥拱座的纵、横向宽度可同样根据以上方法结合拱脚尺寸等拱桥拱座的纵、横向宽度可同样根据以上方法结合拱脚尺寸等情况决定，但是大跨径桥梁墩台台帽宽度需视上部结构类型而定。情况决定，但是大跨径桥梁墩台台帽宽度需视上部结构类型而定。（三）（三）实体墩实体墩台顶帽台顶帽钢筋的钢筋的配置配置配配筋筋实实例例27二、墩（台）的构造要求二、墩（台）

20、的构造要求（一）对石料及混凝土墩台的要求（一）对石料及混凝土墩台的要求（二）对钢筋混凝土墩台的要求（二）对钢筋混凝土墩台的要求三、支承垫石三、支承垫石 基础基础 扩散角（刚性角）、沉降、顶宽的估算、侧坡扩散角（刚性角）、沉降、顶宽的估算、侧坡 具体具体 尺寸、钢筋的尺寸、钢筋的 要求要求 28一、作用计算一、作用计算（一）永久作用（一）永久作用 1.1.结构重力；结构重力；2.2.土的重力及土侧压力；土的重力及土侧压力；3.3.预加力；预加力；4.4.水的浮力水的浮力；5.5.混凝土收缩及徐变、基础变位的作用。混凝土收缩及徐变、基础变位的作用。第三节第三节 墩台的作用计算与有关规定墩台的作用计

21、算与有关规定29（二）可变作用（二）可变作用1 1、汽车制动力；、汽车制动力；2 2、流水压力、冰压力；、流水压力、冰压力；3 3、支座摩阻力；、支座摩阻力；4 4、风力。、风力。（三）偶然作用（三）偶然作用1 1、地震作用；地震作用；2 2、作用在墩身上的船只或漂浮物的撞击力。作用在墩身上的船只或漂浮物的撞击力。30二、作用效应组合原则二、作用效应组合原则1.1.只有在墩台上可能出现的作用，才进行只有在墩台上可能出现的作用，才进行效应的组合效应的组合；2.2.当可变作用的出现当可变作用的出现对墩台产生有利影响对墩台产生有利影响的时候，该作用效的时候，该作用效应不应参与组合；应不应参与组合；3

22、.3.施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及墩台所处条件施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及墩台所处条件而定，结构上的施工人员和机具设备均应该按而定，结构上的施工人员和机具设备均应该按临时荷载临时荷载加以考加以考虑；虑；4.4.多个偶然作用多个偶然作用不同时参与组合不同时参与组合；31三、墩台设计的有关规定三、墩台设计的有关规定（一）（一）.墩台的沉降和位移；墩台的沉降和位移；（1 1）简支梁桥的墩台）简支梁桥的墩台沉降和位移的容许极限值沉降和位移的容许极限值，不宜超过：，不宜超过：墩台均匀总沉降值的墩台均匀总沉降值的2L2L；相邻墩台均匀总沉降相邻墩台均匀总沉降1.0L1.0L；墩台顶面的

23、水平位移值墩台顶面的水平位移值0.5L0.5L；（2 2）拱桥墩台的）拱桥墩台的沉降和位移沉降和位移的允许值由计算确定的允许值由计算确定（3 3）水平位移的计算，一般将桥梁实体墩作为一个在）水平位移的计算，一般将桥梁实体墩作为一个在基础顶基础顶面固结的悬臂梁面固结的悬臂梁，同时不考虑由于墩顶位移后垂直作用引起的，同时不考虑由于墩顶位移后垂直作用引起的弯矩。计算结果偏大。弯矩。计算结果偏大。32（二）柱式墩台盖梁的计算（二）柱式墩台盖梁的计算 墩台盖梁与柱应按墩台盖梁与柱应按刚构刚构计算，当盖梁与柱的线刚度计算，当盖梁与柱的线刚度（EI/l)EI/l)之比大于之比大于5 5时，双柱式盖梁可按时，

24、双柱式盖梁可按简支梁简支梁计算，多柱计算，多柱式墩台盖梁可按式墩台盖梁可按连续梁连续梁计算计算。规范规定：规范规定：33四、墩台设计的内容和要求四、墩台设计的内容和要求（1 1）墩身任意截面应有足够的）墩身任意截面应有足够的强度强度，在荷载作用下不致破坏，在荷载作用下不致破坏，也不得发生过大的裂缝等病害。也不得发生过大的裂缝等病害。（2 2）桥墩基本是压弯结构件，必须保证纵向）桥墩基本是压弯结构件，必须保证纵向挠曲的稳定性挠曲的稳定性（3 3）在各种作用下墩）在各种作用下墩顶弹性水平位移不宜过大顶弹性水平位移不宜过大（4 4）必须验算）必须验算墩台的整体墩台的整体抗倾覆和抗滑动的稳定性抗倾覆和

25、抗滑动的稳定性。验算步骤：验算步骤：（1）该验算项目）该验算项目最不利作用效应组合最不利作用效应组合的计算的计算（2）计算在相应作用效应组合下，控制截面的）计算在相应作用效应组合下，控制截面的最大应力、偏心最大应力、偏心值或位移值和稳定性值或位移值和稳定性（3）进行）进行截面强度截面强度、合力偏心距合力偏心距或或位移位移以以稳定性稳定性验算验算34第四节第四节 墩台的附属结构物墩台的附属结构物一、锥坡护坡及溜坡一、锥坡护坡及溜坡 为了保护桥台与引道边坡的稳定，防止冲刷水毁，应为了保护桥台与引道边坡的稳定，防止冲刷水毁，应该在两侧及岸墩向河侧设置锥形护坡。岸墩前的称为该在两侧及岸墩向河侧设置锥形

26、护坡。岸墩前的称为溜坡溜坡。二、破冰体：二、破冰体：破冰棱设置在最低水位线以下破冰棱设置在最低水位线以下0.5,0.5,到最高水位到最高水位以上以上1.0m1.0m破冰体与实体墩示意破冰体与实体墩示意 三、桥台搭板三、桥台搭板35一、拟定桥墩各部尺寸一、拟定桥墩各部尺寸:根据桥梁上部构造的宽度选定墩顶长度根据桥梁上部构造的宽度选定墩顶长度二、计算与验算要点二、计算与验算要点（一）作用效应计算（一）作用效应计算 1 梁桥重力式桥墩梁桥重力式桥墩第一种组合：按桥墩各截面上可能产生的第一种组合：按桥墩各截面上可能产生的最大竖向力最大竖向力的情况进行组合，验算的情况进行组合，验算墩身墩身强度和基底最大

27、应力强度和基底最大应力，两跨满可变作用的一种或几种。，两跨满可变作用的一种或几种。第二种组合：按桥墩各截面在第二种组合：按桥墩各截面在顺桥方向顺桥方向上可能产生的上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的情况进行组合。在相邻两孔的一孔上，布置可变作用进行组合。在相邻两孔的一孔上，布置可变作用.验算验算墩身强度墩身强度、基底应力基底应力、偏心矩偏心矩以及以及桥墩的稳定性桥墩的稳定性第三种组合：按桥墩各截面在第三种组合：按桥墩各截面在横桥方向横桥方向可能产生可能产生最大偏心最大偏心和和最大弯矩最大弯矩的情况进行的情况进行组合。组合。将可变作用布置偏于桥面的一侧。验算将可变作用布置偏于

28、桥面的一侧。验算墩身强度墩身强度、基底应力基底应力、偏心矩偏心矩以以及及桥墩的稳定性桥墩的稳定性第二章第二章 桥墩的设计与计算桥墩的设计与计算第一节第一节 实体式（重力式）桥墩实体式（重力式）桥墩36GG2WPBPW12WWPPB1gN +NgNHpGPGW1B活 载车 行 方 向(a)(b)N +NgpN +Npg 桥墩上纵向布载情况桥墩上纵向布载情况 桥墩上横向布载情况桥墩上横向布载情况372 拱桥重力式桥墩拱桥重力式桥墩（1 1）顺桥方向的作用及其效应组合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作用，在对于普通桥墩应为相邻两孔的永久作用，在一孔或跨径较大的一孔满布汽一孔

29、或跨径较大的一孔满布汽车车道荷载和人群荷载车车道荷载和人群荷载，其它可变作用中的，其它可变作用中的汽车制动力、纵向风力、温度影响汽车制动力、纵向风力、温度影响力力等，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作用效应。考虑相邻两孔中跨径较大一孔的永久作用效应。HMgrH(a)HgHVTgVHHtgVVpgWHpHHgtTrHMMgMtrGMgMpMtrVTVTl制HhTH(b)THQ 图图6-2-2 不等跨拱桥桥墩受力情况不等跨拱桥桥墩受力情况38（2 2）横桥向的作用及其效应

30、组合）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、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、或地震力等。但是对于公路桥梁，船只或漂浮物撞击力、或地震力等。但是对于公路桥梁，横桥方向横桥方向的受力验算一般不控制设计的受力验算一般不控制设计。以上所述的各种作用效应组合是对重力式桥墩而言的，对于其以上所述的各种作用效应组合是对重力式桥墩而言的，对于其它型式的桥墩，则要根据它们的构造和受力特点进行具体分析，然它型式的桥墩，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。这里要提出注后参照上述的

31、一般原则，进行个别的作用效应组合。这里要提出注意的是：意的是：第一，不论对于哪一种形式的桥墩，均应按第一，不论对于哪一种形式的桥墩，均应按承载能力极限状态承载能力极限状态的设计要求，进行作用效应的组合。的设计要求，进行作用效应的组合。第二，第二，桥规桥规中还规定，有些可变作用实际上中还规定，有些可变作用实际上不可能同时出不可能同时出现或是同时参与组合的概率比较现或是同时参与组合的概率比较小，不应同时考虑其作用效应的组小，不应同时考虑其作用效应的组合。合。都必须满足桥梁规范中规定的都必须满足桥梁规范中规定的强度安全系数强度安全系数和和结构稳定系数结构稳定系数39 对于梁桥和拱桥重力式桥墩的计算，

32、虽然在作用效应组合对于梁桥和拱桥重力式桥墩的计算，虽然在作用效应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成为竖向竖向和和水平水平方向的合力（用和表示）以及绕该方向的合力（用和表示）以及绕该截面截面x xx x轴轴和和y yy y轴的弯矩轴的弯矩（用和表示），如图所示。（用和表示），如图所示。H I-I截面yHM(a)NMyeexy(b)xxy(c)Ny 墩身底截面强度验算墩身底截面强度验算 40（二）墩身截面强度和偏心距验算（二）墩身截面强度和偏心距验算 对于较矮的桥墩一般验算墩身的对于较矮的桥墩一般验算墩身的突变处截

33、面突变处截面和和墩底截面墩底截面；对于较高的桥墩，由于控制截面不确定在墩身底部，则应沿对于较高的桥墩，由于控制截面不确定在墩身底部，则应沿墩身竖向墩身竖向每隔每隔2到到3米米验算一个截面。验算一个截面。（三）墩顶水平位移的验算（三）墩顶水平位移的验算 对于高度超过对于高度超过20m20m的重力式墩台，应验算墩顶沿顺桥向的的重力式墩台，应验算墩顶沿顺桥向的弹性位移，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限值为:)(5.0cmL41（四）承台基础底面岩土的承载力和偏心距验算（四）承台基础底面岩土的承载力和偏心距验算1.基地岩土的承载

34、力验算基地岩土的承载力验算 :基础的稳定性和基低岩石的基础的稳定性和基低岩石的承载力加以验算承载力加以验算（1）当基底只承受）当基底只承受轴心荷载：轴心荷载：afANp(2）当基底单向）当基底单向偏心受压偏心受压，承受竖向力，承受竖向力N和弯矩和弯矩M的共同的共同作用时，还应满足下式条件：作用时，还应满足下式条件：maxaRfWMANp（3）当基底）当基底双向偏心受压双向偏心受压，承受竖向力，承受竖向力N和绕和绕x轴弯矩与轴弯矩与y轴弯矩共同作用时，还应满足下式条件：轴弯矩共同作用时，还应满足下式条件：maxaRyyxxfWMWMANp42当设置在基岩上的桥墩基底的合力当设置在基岩上的桥墩基底

35、的合力偏偏心距超出核心半径心距超出核心半径时，其基底的一边时，其基底的一边将会出现拉应力，由于不考虑基底承将会出现拉应力，由于不考虑基底承受拉应力，故需按基底应力重分布，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，其验算公重新验算基底最大压应力，其验算公式如下：式如下：daNp32max432 基底合力偏心距的验算基底合力偏心距的验算 (1)(1)为了使永久作用基底拉应力分布比较均匀，防止基底最大压应力与最小为了使永久作用基底拉应力分布比较均匀，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陷和影响桥墩的正常使用，故在设计时，压应力相差过大，导致基底产生不均匀沉陷和影

36、响桥墩的正常使用，故在设计时，应对应对基底合力偏心距加以限制基底合力偏心距加以限制。应满足表的要求。应满足表的要求。荷载情况荷载情况 地基条件地基条件合力偏心距合力偏心距备备 注注墩台仅承受永久作用标墩台仅承受永久作用标准值效应组合准值效应组合非岩石地基非岩石地基拱桥、刚构桥墩台，拱桥、刚构桥墩台，其合力作用点应尽量其合力作用点应尽量保持在基底重心附近保持在基底重心附近墩台承受作用标准值效墩台承受作用标准值效应组合或偶然作用（地应组合或偶然作用（地震作用除外）标准值效震作用除外）标准值效应组合应组合非岩石地基非岩石地基应考虑应力重分布，应考虑应力重分布，且符合抗倾覆稳定系且符合抗倾覆稳定系数数

37、较破碎较破碎 极破碎岩石极破碎岩石地基地基完整、较完整岩石完整、较完整岩石地基地基00 1e00.75e01.2e01.5e0e(2)基底重心轴的偏心矩基底重心轴的偏心矩 (3)单向或双向偏心受压单向或双向偏心受压44（五）墩基础的稳定性验算（五）墩基础的稳定性验算1 抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算（c）平 面（双 向 偏 心）（b）平 面（单 向 偏 心）（a）立 面A-A验 算 倾 覆 轴R-合 力 作 用 点O-截 面 重 心（c）（b）（a）OO验 算 截 面20esRRROaAAs0eAAAH1h122hse0He1p2e1p图 6-2-5 墩 台 基 础 的 稳 定 验 算 示

38、意 图45()()0iiiiPseHh即：即：()()0iiiiisPP eHh 上述方程左边第一项为上述方程左边第一项为稳定力矩稳定力矩，第二项为，第二项为倾覆力矩倾覆力矩。由此可见，抵抗倾覆的由此可见，抵抗倾覆的稳定系数稳定系数可按下式验算：可按下式验算：00()()ii ii iMs PsKMPeHhe稳倾iiiiiphHepe046式中：式中：稳定力矩；稳定力矩；倾覆力矩；倾覆力矩；不考虑其分项系数和组合系数的作用标准值不考虑其分项系数和组合系数的作用标准值组合或偶然作用（地震除外）标准值组合引起的竖向力组合或偶然作用（地震除外）标准值组合引起的竖向力（kNkN）；）；竖向力对验算截面

39、重心的力臂（竖向力对验算截面重心的力臂（m m）；）；不考虑其分项系数和组合系数的作用标准值不考虑其分项系数和组合系数的作用标准值组合或偶然作用（地震除外）标准值组合引起的水平力组合或偶然作用（地震除外）标准值组合引起的水平力（kNkN）；）；在截面重心与合力作用点的连接线上，自截在截面重心与合力作用点的连接线上，自截面重心至验算倾覆轴的距离（面重心至验算倾覆轴的距离（m m）；）；所有外力的合力所有外力的合力R R在验算截面的作用点对基底在验算截面的作用点对基底重心的偏心距。重心的偏心距。M稳M倾iPieiHs0e472 抗滑动稳定性验算抗滑动稳定性验算抵抗滑动的稳定系数抵抗滑动的稳定系数K

40、 Kc c，按下式验算，按下式验算：iipciaPHKH式中：式中：各竖向力的总和（包括水的浮力）；各竖向力的总和（包括水的浮力）；抗滑稳定水平力总和；抗滑稳定水平力总和；滑动水平力总和；滑动水平力总和；基础底面（圬工）与地基土之间的摩擦系基础底面（圬工）与地基土之间的摩擦系数，若无实测值时可参照表数，若无实测值时可参照表6-2-26-2-2选取。选取。iPipHiaH48 一、柱式桥墩的构造特点一、柱式桥墩的构造特点第二节第二节 桩柱式桥墩桩柱式桥墩桥墩的立面形式桥墩的立面形式49（一）盖梁设计（一）盖梁设计 1.作用计算作用计算 永久作用、可变作用、施工吊装荷载、桥墩沿纵向的水平力永久作用

41、、可变作用、施工吊装荷载、桥墩沿纵向的水平力 2.作用效应计算：作用效应计算：3.截面配筋计算：截面配筋计算：弯矩和剪力包络图弯矩和剪力包络图（二）墩柱设计（二）墩柱设计 1.作用计算：作用计算：永久作用、汽车作用永久作用、汽车作用 2.截面配筋截面配筋:轴心受压或偏心受压计算轴心受压或偏心受压计算 3.裂缝验算：裂缝验算：0.20mm,0.15mm 二、设计与计算要点二、设计与计算要点 50第三节第三节 柔性排架桩桥墩柔性排架桩桥墩一、桥墩形式与一般构造一、桥墩形式与一般构造二、设计与计算要点二、设计与计算要点弹簧支座(b)B刚性铰支座A(a)板式橡胶支座B大样油毛毡垫层A大样 梁桥柔性墩计

42、算图式梁桥柔性墩计算图式51（一）基本假设（一）基本假设（1 1）外荷载除汽车荷载外，还要计入汽车制动力、温）外荷载除汽车荷载外，还要计入汽车制动力、温度影响力，必时还包括墩身受到的风力，但梁身的混度影响力，必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。凝土收缩、徐变等次要因素可忽略不计。（2 2）计算制动力时）计算制动力时,各墩台受力按墩顶抗推刚度分配。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，则由岸墩承受土压关刚性墩台承受。如均为柔性墩，则由岸墩承受土压力

43、，并假定此时各个墩顶与上部构造之间不发生相对力，并假定此时各个墩顶与上部构造之间不发生相对位移。位移。（3 3）计算温度变形时，墩对梁产生的竖向弹性拉伸或）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。引起的弯矩的影响。（4 4）在计算梁墩之间橡胶支座的水平力剪切变形时，）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对它的影响。忽略因梁体的偏转角对它的影响。52 柔性墩结构及计算图示柔性墩结构及计算图示钢筋混凝土柔性排架桩墩台钢筋混凝土柔性排架桩墩台,是由成排的预制打入桩或

44、钻孔灌注桩顶连接钢筋是由成排的预制打入桩或钻孔灌注桩顶连接钢筋混凝土盖梁组成的混凝土盖梁组成的.53（二）计算步骤（二）计算步骤 1 墩抗推刚度的计算墩抗推刚度的计算1iik墩 1 1、当墩柱下端固定在基础或承台顶面时，、当墩柱下端固定在基础或承台顶面时，33iilEI2 2、当考虑桩侧土的弹性抗力时，则按桩基础的有关公式计、当考虑桩侧土的弹性抗力时，则按桩基础的有关公式计算，算，54 上式中：上式中：单位水平力作用在第单位水平力作用在第i个柔性墩顶产生的水平位移（个柔性墩顶产生的水平位移（m/kN）；）；第第i墩柱下端固接处到墩顶的高度（墩柱下端固接处到墩顶的高度（m）；）；I 墩身横截面对

45、形心轴的惯性矩（墩身横截面对形心轴的惯性矩（m4）。）。iilZ iiTZ ikHTk 2 2 墩顶制动力的计算墩顶制动力的计算 式中：式中：作用在第作用在第i i墩台的制动力（墩台的制动力（kNkN）；）；全桥（或一联）承受的制动力（全桥（或一联）承受的制动力（kNkN）。）。于是墩顶水平位移为：于是墩顶水平位移为：iTiTZ iHk553.梁的温度变形引起的水平力梁的温度变形引起的水平力 当温度下降时桥梁上部结构将缩短，两岸边排架向河心偏移。当温度当温度下降时桥梁上部结构将缩短，两岸边排架向河心偏移。当温度上升时，桥梁上部结构将伸长，上升时，桥梁上部结构将伸长，两岸边排架向路堤偏移两岸边排

46、架向路堤偏移。因此，无论温度。因此，无论温度升高或降低，必然存在一个温度变化升高或降低，必然存在一个温度变化偏移值等于零的位置偏移值等于零的位置（称为温度中（称为温度中心）。在求排架的偏移值时，需先求出这个位置。心）。在求排架的偏移值时，需先求出这个位置。温度变化时柔性排架墩的偏移图式温度变化时柔性排架墩的偏移图式56如图所示，图中：如图所示，图中：x0 x0为温度中心为温度中心0000线至线至0 0号排架的距离；号排架的距离；i i桩的序号，桩的序号，i=0i=0，1 1，2n2n，n n为总排架数减为总排架数减1 1；第跨的跨径。第跨的跨径。如果用如果用x1x1、x2xix2xi表示自表示

47、自0000线至线至1 1，2i2i号排架的号排架的距离，则得各墩顶部由温度变化引起的水平位移为距离，则得各墩顶部由温度变化引起的水平位移为 ：ititx iL式中：式中：上部结构的线膨胀系数；上部结构的线膨胀系数；温度升降的度数。温度升降的度数。，均带有正负号，以自均带有正负号，以自0000线指向线指向x x轴正轴轴正轴为正为正titix5701201(.)iiijjxxLLLxL各排架桩顶所受的温度力为各排架桩顶所受的温度力为:i tZ iitHk在温变作用下，各墩顶水平力之和必为零，即：在温变作用下，各墩顶水平力之和必为零，即：00nitiH联立解式便得到联立解式便得到(6-2-10)(6

48、-2-10)，1100()niZ ijijnZ iikLxk58当各跨跨径相同都为当各跨跨径相同都为L L时时:11000()nnZiZiiinnZiZiiiki Li kxLkk4.由于墩顶产生水平位移、竖向力引起墩身弯矩而产生的水平力由于墩顶产生水平位移、竖向力引起墩身弯矩而产生的水平力 竖向力包括上部结构恒载及活载反力，墩身自重忽略不计，近似取柔性竖向力包括上部结构恒载及活载反力，墩身自重忽略不计，近似取柔性墩身变形曲线为二次抛物线如图所式，则：墩身变形曲线为二次抛物线如图所式，则：iilxy22柔柔性性墩墩变变形形曲曲线线59 以一跨梁（水平链杆）与柔性墩组成的一个一次超静定结以一跨梁

49、（水平链杆）与柔性墩组成的一个一次超静定结构，取水平链杆轴力为赘余未知力，于是：构，取水平链杆轴力为赘余未知力，于是：3221010311125)(1)(111iiililNlEIlNEIdxxlEIdxxlyNEIHiiNlNH455.由于墩顶偏心弯矩产生的水平力由于墩顶偏心弯矩产生的水平力iMlMH05.1060第四节第四节 空心薄壁桥墩空心薄壁桥墩一一、空心墩构造形式和要求、空心墩构造形式和要求（一）构造形式和特点（一）构造形式和特点 空心墩截面形式空心墩截面形式61空心桥墩空心桥墩62二、设计与计算要点二、设计与计算要点（一）空心墩的承载力和稳定性计算（一）空心墩的承载力和稳定性计算:

50、偏心受压构件、钢筋的强度和整偏心受压构件、钢筋的强度和整体稳定性体稳定性（二）空心墩顶位移的计算：（二）空心墩顶位移的计算：1.动力作用下的位移值的计算动力作用下的位移值的计算(1)制动力及梁上风力作用下墩顶位移计算制动力及梁上风力作用下墩顶位移计算EIply331 空心桥墩在构造尺寸上应符合下列规定：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）墩身最小壁厚，对于钢筋混凝土不宜小于30厘米，对于混凝土不宜小于厘米，对于混凝土不宜小于50厘米。厘米。（2）墩身内应设横隔梁或纵、横隔板，以加强墩壁的局部稳定性。）墩身内应设横隔梁或纵、横隔板，以加强墩壁的局部稳定