桥墩受力计算

第十六章桥墩计算(略)内容提要：〖了解〗第一节桥墩计算的荷载及其组合；〖了解〗第二节重力式（梁桥）桥墩的计算内容、步骤、方法；（〖了解〗第三节桩柱式桥墩计算简介。第一节荷载及其组合内容提要：桥墩计算时应考虑的荷载：6－1－1、永久荷载6－1－2、可变荷载6－1－3、偶然荷载荷载组合6－1－4、梁桥重力式桥墩的荷载组合6－1－5、拱桥重力式桥墩的荷载组合6－1－1、永久荷载1、恒载产生的支承反力～作用于墩帽、拱座；～含上部砼的收缩、徐变影响力；2、桥墩自重～含襟边以上的土重力3、预应力～指施加了预应力的桥墩4、基础变位影响力～对于超静定结构而言；～长期荷载下的地基压缩（非岩基）；5、浮力～透水性地基上必须计入；～不透水地基且为嵌入式基础，可不计；～不能肯定时，分别计算并比较，取不利者；～最不利组合原则：稳定验算—高水位浮力；基地应力验算—低水位浮力。6－1－2、可变荷载基本可变荷载1、汽车～钢砼柱式墩台计冲击作用，重力式不计；2、验算荷载～挂车、履带车；3、人群其它可变荷载4、风力纵、横向，上、下部；5、制动力汽车。——验算荷载不允许制动。6、流水压力7、流冰压力寒冷地区8、上部梁端伸缩（温变）对墩台产生的水平力9、支座摩阻6－1－3、偶然荷载1、地震力抗震设防标准从规范。2、撞击力◎与防护措施有关船只撞击～与航道等级有关，流冰撞击～严寒区，其它漂流物撞击（特殊要求）6－1－4、梁桥重力式桥墩的荷载组合（1）1、按桥墩各截面可能产生的最大竖向力布载：〖组合Ⅰ或Ⅲ〗1）验算目的：墩身强度基地最大应力；2）布载基本原则：～永久荷载～双侧满布活载最大竖向力—双侧满布活载6－1－4、梁桥重力式桥墩的荷载组合（2）2、按桥墩各截面在纵桥向可能产生的最大偏心、最大弯矩竖布载：〖组合Ⅱ〗1）验算目的：墩身强度、基地应力、偏心验算、墩身稳定性；2）布载基本原则：～永久荷载～活载靠边单侧（大跨一侧）满布；～其它纵向力按规范组合风力、制动力、摩阻力等最大纵向偏载—单侧满布活载6－1－4、梁桥重力式桥墩的荷载组合（3）3、按桥墩各截面在横桥向可能产生的最大偏心、最大弯矩竖布载：〖组合Ⅱ、Ⅳ〗1）验算目的—横桥向的相关指标：～墩身强度、～基地应力、～偏心验算、～墩身稳定性；2）布载基本原则：～永久荷载～活载靠行车道边布置；也有可能在无活载时横向最不稳定！～其它横向力按规范组合：横向风力、流水（流冰）压力、撞击力等。6－1－5、拱桥重力式桥墩的荷载组合（1）1、顺桥向荷载组合1）普通墩～验算目的、布载原理与梁桥相同；～与梁桥的主要区别：@由于推力的存在，使偏载机会大增；@多为超静定结构，引起附加反力（温变等）的因素必须考虑；@凡引起上部结构内力变化的因素，都须考虑其在下部产生的不平衡推力；6－1－5、拱桥重力式桥墩的荷载组合（2）2）单向推力墩仅计及较大一孔的永久荷载；不计活载作用。2、横桥向的荷载组合～对于公路桥梁，由于拱桥存在较大的水平推力，故横桥向一般不控制设计。～必要时，其横向荷载组合与梁桥同。～～～～～～～～～～～～～～关于荷载组合的注意事项：1）服从桥规规定；2）其它可变荷载中，有些荷载在考虑其同时出现的频率后，规范做出了不同时组合的规定，必须加以注意。如“制动力”与“流水、流冰压力”“支座摩阻力”不同时组合等。第二节重力式桥墩的计算概要～拱桥、梁桥桥墩的共同点：@外力均可合成为：竖向合力、水平合力、在X、Y方向的弯矩。@二者仅荷载组合有所不同，但墩的计算方法、内容基本一样。内容提要：2－2－1墩身强度验算2－2－2墩顶水平位移计算2－2－3基底土的承载力、偏心距验算2－2－4整体稳定性验算6－2－1墩身强度验算强度验算通式),()(10kRdssdaRQSmj荷载效应函数结构抗力函数荷载在结构上的效应材料或砌体极限强度结构重要性系数结构几何尺寸材料或砌体安全系数荷载组合系数荷载安全系数相关系数按规范取值1、验算截面的确定矮墩：底面、突变处；高墩：除底面、突变处外，竖向每2～3m取一个。2、内力计算○按荷载组合，求得每个截面的：竖向合力—∑N水平合力—∑H弯矩—∑M6－2－1墩身强度验算（1）6－2－1墩身强度验算（2）3、抗压强度验算轴压或偏压构件，正截面强度按下式计算：mjajARN/纵向力偏心系数按规范计材料安全系数结构纵向力构件截面积材料抗压极限强度验算不能通过时，修改墩身截面尺寸，重新验算6－2－1墩身强度验算（3）4、截面偏心距验算:eo=∑M/∑N≤[eo]5、抗剪强度验算：～拱座截面在相邻两孔推力不等时，需验算抗剪强度。～通缝受剪，按桥规计算；～无支架吊装肋拱、裸拱时卸架等，也需验算。6－2－2墩顶水平位移计算◎要求：～高墩（20m）需验算；◎计算图式：～把桥墩视作：固定在基础顶面的悬臂梁。～不考虑上部结构对墩的变形约束。◎位移计算～纵向力引起的位移：○考虑荷载：制动力、风力，偏心的支反力；○→⊿1～不均匀沉降引起的位移：不均匀沉降→倾角→水平位移⊿c◎判据：)(5.0][)(1mmLmmc相邻两跨最小跨径，小于25m按25m计6－2－3基底土的承载力、偏心距验算（1）1、基底承载力验算1）一般情况：竖向力的合力点在截面核心之内：○按顺桥向、横桥向分别验算偏心方向的基底应力。○判据：最大应力≯容许应力2）竖向力的合力点在截面核心之外：因不考虑基底土受拉力，应计及基底应力重分布。〖详后↓〗2、基底偏心距验算：验算目的：～防止因偏心过大〖最小应力、最大应力相差过大〗，导致不均匀沉降过大；判据：～偏心距不超过“容许值”—截面核心半径的一定比例。～“容许值”与基底条件有关。基底土质不同，其抵抗变形的能力也不同，故对不均匀压力的敏感程度也不同。～详见规范（或教材）规定。6－2－3基底土的承载力、偏心距验算（2）◎应力重分布问题：1）重分布前后，基底应力的合力不变：2）重分布前后，基底应力的合力矩不变：则(x方向)：N·(b/2－cx/3)=N·ex→cx=3(b/2－ex)同理：cy=3(a/2－ey)3)顺桥向、横桥向的最大应力分别为：2N/acx、2N/acy;二者均应小于容许应力。6－2－4整体稳定性验算◎稳定性包括倾覆稳定、滑动稳定。1、倾覆稳定验算：以倾覆力矩不超过稳定力矩、并考虑一定的安全储备为限。抗倾覆稳定系数如下：oPhTePiiiiiqoexxhTePPxMMKiiiii)()()()(倾稳1)即：Ko=截面中心至边缘的距离/所有外力偏心距；2)Ko的值必须大于1，具体限制随荷载组合情况有所不同（1.2/1.3/1.5）6－2－4整体稳定性验算2、滑动稳定验算：以水平推力不超过摩阻力、并考虑一定的安全储备为限。抗滑动稳定系数如下：iicTPfK1)摩擦系数与基底土的性质有关2)Kc值大必须于1，随荷载组合情况有所不同（1.2/1.3）摩阻力第三节桩柱式桥墩计算简介—盖梁计算（1）◎桩柱式桥墩计算包括：2－3－1盖梁计算2－3－2桩柱计算2－3－1盖梁计算1．计算图式(1)盖梁的刚度足够大（与桩柱的刚度比5）时,忽略柱的弹性约束：a．双柱式—按简支梁或悬臂梁计算；b．多柱式—按连续梁计算。(2)当盖梁的刚度与桩柱的刚度比小于5，或桥墩承受较大横向力时，作为横向框架的一部分进行验算。(3)当盖梁计算跨径与梁高之比较小（简支梁小于2、连续梁小于2.5）时，（从桥规）按深梁计算。2．荷载主要有：上部结构恒载及活载(汽车计冲击)引起的支座反力、盖梁自重。6—3桩柱式桥墩计算简介—盖梁计算（2）3．计算方法◎公路桥梁多采用双柱式，且盖梁与桩柱的刚度比往往大于5，故通常按简支梁或双悬臂梁计算。◎内力计算时～控制截面一般在支点、跨中；～荷载纵、横向分布的影响：参照装配式简支梁主梁梁肋；◎荷载纵向分布：活载通过支座传递：@盖梁计算截面处（上部）支反力影响线→@最不利布载→@相应最大支反力。◎荷载横向分布：@盖梁控制截面的内力横向影响线→@最不利布载→@控制截面内力。@@计算跨中正弯矩—活载对称布置;@@计算支点负弯矩—活载非对称布置。桩柱式桥墩计算简介—盖梁计算（3）4．注意事项(1)盖梁内力计算:可考虑桩柱支承宽度对弯矩的削峰作用。(2)必要时考虑盖梁受到扭矩作用：～桥墩沿纵向的水平力将对对盖梁产生扭矩；～纵桥向有两排支座时，上部结构活载偏心力将对盖梁产生扭矩。桩柱式桥墩计算简介—桩柱计算（1）2－3－1桩柱的计算◎桩柱式墩一般分刚性和柔性两种。◎刚性桩柱计算方法同重力式桥墩◎柔性桩柱的受力与桥梁整体结构类型有关。◎橡胶支座在水平力作用下可有微小的水平位移，故：计算图式一般按：在节点处设水平弹簧支承对待：纵桥向桩柱式桥墩计算简介—桩柱计算（2）1．外力计算墩上的恒载：上部恒载支反力、盖梁及桩柱自重；桩柱承受的活载：◎按设计荷载进行最不利动态加载◎经恒载、活载等组合，求得最不利的组合值。◎桥墩的水平力：温变支座摩阻力、制动力等。桩柱式桥墩计算简介—桩柱计算（3）2．内力计算◎借助于计算机技术，目前多广泛采用有限元法；○按桩、土、柱、梁等上、下部结构联合计算；○这是一种最合理、最准确、最为简便的方法。◎对于柔性墩简支梁桥：○一次迭代法、三推力方程法仍在使用。○而集成刚度法、柔度传递法：主要用于柔性墩连续梁桥计算桩柱式桥墩计算简介—桩柱计算（4）3．墩顶位移计算◎柔性墩，必须验算墩顶位移（⊿）。◎在不考虑桩基变位影响时，一般图式：～上部传递下来的承受弯矩、水平力作用于墩顶；～风力可按沿墩高均布；～水压力可按沿墩高呈梯形分布；～等截面可按力学方法计算；～变截面一般采用近似计算；◎如桩基本身发生变位（⊿0、φ0），则必须计入：⊿总=⊿0+⊿+φ0·H