第2章桥墩构造与设计.

桥梁墩台基础第二章桥墩构造与设计主讲内容121234铁路桥实体墩的构造与设计桥墩设计内容及设计资料柔性墩设计与计算空心墩设计与计算桥梁墩台基础23本章难点设计荷载计算荷载组合的概念活载工况与计算图式温度应力的概念与计算第二章桥墩构造与设计桥梁墩台基础第一节桥墩设计内容及设计资料3一、桥墩设计内容合理选择桥墩类型和截面形状决定因素：1.水流的流向与流速2.河流中有无流冰、流木、船舶或其他漂流物对桥墩的撞击、磨损3.地基承载力4.是否为地震区以及地震烈度等5.砂石材料、电力及工程用水供应情况合理选择类型和截面形状确定建筑材料及圬工规格确定桥墩各部分详细尺寸桥梁墩台基础第一节桥墩设计内容及设计资料3一、桥墩设计内容确定建筑材料及圬工规格建筑材料：1.就地取材，物尽其用2.考虑周到，分清主次圬工规格：1.满足结构强度要求2.满足抗冻、抗环境水侵蚀、抗流冰或其它漂流物的撞击、磨损等特殊要求合理选择类型和截面形状确定建筑材料及圬工规格确定桥墩各部分详细尺寸桥梁墩台基础第一节桥墩设计内容及设计资料3一、桥墩设计内容确定桥墩各部分详细尺寸确定方法：1.标准设计图纸2.力学检算合理选择类型和截面形状确定建筑材料及圬工规格确定桥墩各部分详细尺寸桥梁墩台基础第一节桥墩设计内容及设计资料二、桥墩设计资料1.地形地质资料这些资料是确定基础类型、施工方法、持力层标高和地基承载力的主要依据。桥址平面图桥位纵断面图桥墩处横断面图桥梁墩台基础第一节桥墩设计内容及设计资料2.水文气象资料正确确定一般冲刷和局部冲刷深度设计水位、常水位、施工水位、低水位的标高设计和施工水位的流量与流速，流冰与流水情况洪水季节和施工季节当地最大风速、气温及冻结线深度桥梁墩台基础第一节桥墩设计内容及设计资料233.当地建材供应情况主要指砂，石及工程用水等供应运输情况。4.线路和桥跨设计资料包括线路等级、股道数目、线路平面及纵断面设计、桥孔布置、桥跨结构的具体情况桥跨及其道路上部建筑的重量等。5.其它资料工期要求、施工设备及技术条件、当地交通及电力供应情况等也是进行设计时应考虑的因素。桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计一、实体桥墩构造及主要尺寸拟定（一）顶帽的类型与构造1.顶帽的类型8m及更小跨度的普通钢筋混凝土梁配用的矩形截面或圆端形截面桥墩，其顶帽一般采用飞檐式，顶帽的形状均随墩身形状而定。10~32m的普通钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁的桥墩，其顶帽常做成托盘式以节省圬工。托盘式顶帽的形状除圆形墩采用圆端形外，其它桥墩常采用矩形顶帽。桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计2.顶帽的作用安放梁的支座，将桥跨传来的集中压力均匀地分散给墩身顶帽还要有一定宽度以满足架梁施工和养护维修的需要作用桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计3.顶帽的构造应采用不低于C30的混凝土，厚度不小于0.4m一般要求设置两层钢筋网，有些情况可不设钢筋施工时不允许托盘缩颈处留施工缝顶面设排水坡、飞檐，设支承垫石平台在支承垫石预留锚栓孔桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计为配合l0、12、16m钢筋混凝土梁用的圆端形桥墩的托盘式顶帽的构造。桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计（二）顶帽尺寸拟定一般有支座的顶帽厚度都采用0.5m；无支座的顶帽厚度可采用0.4m。顶帽厚度桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计梁的跨度梁全长梁梗中心线位置支座底板尺寸梁端缝隙大小移梁顶梁需要2．顶帽平面尺寸支座底板的尺寸及位置是决定顶帽平面尺寸的主要依据平面尺寸桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计顶帽纵横向尺寸•纵向宽度C可写为：•横向宽度B可写为：43210222cccccc43'25'22ccccB注意式中符号的意义桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计3．托盘式顶帽的托盘在顶帽纵、横向尺寸较大时，为使墩身尺寸不致因此过分增大而多用圬工，常在顶帽下设置托盘将纵、横向尺寸适当收缩，一般在横向收缩较多，纵向不收缩或少收缩。设置托盘的目的托盘顶面的形状与桥墩截面形状有关，如矩形截面桥墩的托盘顶面仍是矩形，而圆形、圆端形桥墩者则为圆端形。托盘的形状托盘顶面纵、横向尺寸就等于顶帽纵、横向尺寸减去两边飞檐的宽度。托盘底面与墩身相接，其形状与墩身截面相同。详见《铁路桥涵设计基本规范》托盘的尺寸桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计（三）非对称式顶帽1.曲线桥桥墩顶帽曲线梁布置与直线上的梁相同，为了适应曲线的线路，常成折线布置，使梁缝内窄外宽，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。目的是使桥跨自重和列车竖向活载对桥墩的压力产生向曲线内侧力矩，以平衡列车离心力引起向外侧力矩。现行各式重力式桥墩的标准设计中，曲线桥都采用横向预偏心桥墩。所谓预偏心即是将桥墩纵向中心线向线路外侧移动一定距离，而桥跨中线和支承垫石位置不动.桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计2.不等跨桥桥墩顶帽当桥墩上相邻跨梁的跨度不等时，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预偏心，另外，为适应不同的梁高，在小跨梁一端应加高顶帽作成小支墩。两相邻梁的梁缝规定最小为l00mm(如在曲线上指内侧)，并使小支墩背墙位于梁缝中线。顶帽(包括支墩加高部分)必须设置钢筋。桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计（四）墩身构造混凝土强度等级不低于C15，严寒地区不低于C20石砌圬工的水泥砂浆强度等级不低于M10石料强度等级应不低于MU45在整体灌筑混凝土墩身时，可做成片石混凝土浆砌块石桥墩混凝土强度等级不低于C15，严寒地区不低于C20混凝土强度等级不低于C15，严寒地区不低于C20混凝土强度等级不低于C15，严寒地区不低于C20桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计（五）墩身尺寸拟定nn1.墩身顶面尺寸墩身顶面尺寸是托盘底部的尺寸墩身顶面尺寸是顶帽纵，横向尺寸减去两边飞檐的宽度。桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计nn2.墩身坡度一般用n：1(竖：横)表示，n愈大，坡度愈陡；n愈小，坡度愈缓。当墩身较低时(约在6m以内)，其墩顶及墩底受力相差不大，为施工方便，可设直坡。当墩身较高时，墩身的纵、横两个方向均做成斜坡，坡度不缓于20：1，具体数值由试算决定。桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计3.墩身高和墩身底部尺寸nn墩身高根据墩顶标高和基底埋置深度、基础厚度来确定。墩身底部尺寸可根据墩身顶部尺寸加上墩身高来确定n12桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计二、桥墩力学检算主要内容初拟构造形式、主要尺寸合理不合理力学检算验证修正力学检算的需要施工、运营、养护维修其他特殊要求取决于桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计墩身合力偏心距检算墩身截面应力检算墩身受压稳定性检算墩顶水平位移检算目的：控制截面裂缝的开展不致过大目的：保证墩身具有足够的强度目的：防止纵向弯曲失稳而破坏目的：保证运营时线路平稳墩身检算内容与目的桥梁墩台基础第二节铁路实体墩构造与设计三、荷载计算（内容略）桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算1柔性墩是铁路桥墩结构轻型化中的一项重大革新上个世纪60年代成昆线，第一座铁路柔性墩桥各方面都有较大提高和发展至今我国已建成数十座铁路柔性墩桥柔性墩桥技术成熟，经济效果显著柔性墩设计施工和运营纳入正常的序列柔性墩的发展桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算一、柔性墩的桥式特点和构造1.柔性墩桥式的力学特点制动力是控制墩身截面设计的主要作用力之一，故可改变制动力的传递方式柔性墩桥式采取的措施这就是柔性墩桥式的主要力学特点将简支梁桥的大部分活动支座改为固定支座通过桥跨把相邻几个墩纵向串联在一起固定支座柔性墩桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算在这些柔性墩上，只设置一个活动支座，其余皆为固定支座。两个活动支座之间的梁、墩或活动支座与桥台之间的梁、墩、台构成一个“联”。桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算在一联中，如果不计梁在制动力作用下的纵向变形，则制动力所引起的墩顶位移，对于柔性墩及刚性墩应是相同的，可按下式计算：iiKP各墩台所分配到的制动力为：PKKKPiiiii式中P——一联内总的制动力；——各墩台纵向剪力刚度之和。iK式中——单墩的剪力刚度。iK各墩承受的制动力与其自身的剪力刚度成正比，这是柔性墩桥优点之源。桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算2.柔性墩桥式在结构上的特点桥跨柔性墩刚性墩梁部宜采用线胀系数较小，重量及截面尺寸较大的钢筋混凝土或预应力混凝土梁在保证结构稳定和架梁安全的前提下，应尽量减小柔性墩的纵向剪力刚度.应将刚性墩置于地基较好且墩身较矮的位置，使刚性墩具有较大的剪力刚度，并可减少圬工量。构造形式上的各种因素桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算3.柔性墩的适用范围《铁路柔性墩桥技术规范》不宜在山坡有落石的傍山谷架桥上不宜在有泥石流,流冰,漂流物,通航河流上采用柔性墩的温度联长不宜大于132m柔性墩墩高的限制用于I、II级线路上时，曲线半径不宜小于500m桥梁墩台基础第三节柔性墩设计与计算二、柔性墩的内力和位移计算内容略桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算一、概述1.空心墩的优点空心墩是轻型桥墩之一它具有圬工量少，自重较轻．从而也能减少基础圬工量的优点。当桥墩较高或地基较差时，这些优点更为突出。空心墩一般可较实体墩节省30～40％，个别的可达60%以上的圬工，而且墩身愈高，节约量愈大。桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算2.空心墩的发展初期后来采用砌块（包括块石、片石、预制块、大型混凝土预制块）浆砌素混凝土和钢筋混凝土桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算3.空心墩的类型按材质分截面形式墩身坡度按构造分施工方法砌块、素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土矩形、圆环形、单孔或多孔圆端形斜坡式、直坡式和直坡台阶式有横隔板和无横隔扳就地灌注、预制块砌筑或拼装的桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算二、空心墩的构造进入洞通风孔δ直线上32+32m预应力混凝土梁空心墩的通用设计图，适用于30～50m墩高桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算空心墩的构造特点1.为满足就地灌注的施工要求，空心墩的最小壁厚为：钢筋混凝土的不宜小于30cm；混凝土的不小于50cm。2.随着施工工艺的不断发展和完善，空心墩的立面形式，已由早期的等壁厚直坡式或台阶式，改为不等壁厚的斜坡式，较为适应增身沿墩高逐渐增大的受力情况。因此，也较直坡式或台阶式经济合理。桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算空心墩的构造特点3.为了满足空心墩整体和局部受压稳定，早期修建的空心墩，都设有横隔板，横隔板对滑模施工的连续作业极为不利。4.空心墩顶帽下及基顶上的受力比较复杂，宜设置实体过渡段；实体段与空心墩身以及空心墩身与基础的连接处，均应增设补充钢筋或设置牛腿。桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算空心墩的构造特点5.为了减少墩身内外的温差，以降低墩壁中的温度应力，在离地面5m以上每隔5～l0m的墩壁四周交错设置直径不小于20cm的通风口，并应有安全防护设施。通风孔应高出设计频率水位。桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算6.墩身底部实体段或基础顶面设置排水坡，并在墩底处壁内设排水孔，以排出施工过程中墩身内的积水，竣工后即予以封堵。当设计水位高于排水孔，必须均衡墩壁内外静水压时，竣工后仍保留排水孔。空心墩的构造特点7.为了检查墩壁内部情况，空心墩顶部设置带门的进入孔一个。并可设置固定的或活动的检查设备。桥梁墩台基础第四节空心墩设计与计算三、空心墩的计算特点验算墩身的自振周期顶帽的计算验算墩壁的局部稳定性在墩顶位移计算中要考虑日照温差产生的位移值应力验算，考虑温度应力及固端边界干扰局部应力特别项目验算具体计算内容略