11桥梁墩台(新版)

路桥工程系张文斌DepartmentofHighway&BridgeEngineering路桥工程系张文斌DepartmentofHighway&BridgeEngineering《桥梁结构与识图》路桥工程系•桥梁墩台的组成及作用桥梁墩台的构造桥梁墩台的计算要点《桥梁结构与识图》路桥工程系•桥梁墩台的组成及作用墩（台）帽墩（台）身基础桥梁墩台的作用桥墩•支承上部结构，并将上部结构等荷载传给地基。桥台：•支承上部结构，并将上部结构等荷载传给地基。•衔接作用，承受路堤土压力，防止路堤的滑动。基本要求强度、刚度、稳定性、满足地基应力、美观。《桥梁结构与识图》路桥工程系•类型按构造•实体墩•空心墩•柱式墩•框架墩按受力•刚性墩•柔性墩按截面形式•矩形•圆形•圆端形•尖端形《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•实体桥墩由一个实体结构组成，按其截面尺寸及重量的不同又可分为实体重力式桥墩和实体轻型桥墩。实体重力式桥墩实体重力式桥墩是一实体圬工墩，主要靠自身的重量（包括桥跨结构重力）平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。此种桥墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。实体轻型桥墩实体轻型桥墩可用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成。此结构显著减少了圬工体积，但其抗冲冲击力较差，不宜用在流速大并夹有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰、漂流物撞击的河流中，一般用于中小跨径桥梁上。《桥梁结构与识图》路桥工程系•墩帽墩帽是直接支承桥跨结构，应力较集中，因此对大跨径的重力式桥墩墩帽厚度一般不小于0.4m，中小跨梁桥也不应小于0.3m，并设有50～100mm的檐口。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•空心桥墩有两种形式：一种为部分镂空实体桥墩，另一种为薄壁空心桥墩。特点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（滑动模板施工），质量好，节省模板支架。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。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。柱式桥墩由承台、柱式墩身和盖梁组成，对于上部结构为大悬臂箱形截面，墩身可以直接与梁相接。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•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梁连接而成。其主要特点是，可以通过一些构造措施，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，从而达到减小桩墩截面的目的。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•钢筋混凝土薄壁墩一种新型桥墩，截面型式有板壁形、I形、箱形等，构造简单、轻巧、圬工体积少。连续刚构桥双肢薄壁墩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，减少主梁支点负弯矩。桥梁美观，无需设置支座，方便施工。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•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，必要时可做成双层或多层的框架。《桥梁结构与识图》路桥工程系•桥台的类型重力式桥台轻型桥台框架式桥台组合式桥台承拉式桥台《桥梁结构与识图》路桥工程系•重力式桥台也称实体式桥台，它主要靠自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，并采用就地建造施工方法。U型桥台埋置式桥台T形桥台耳墙式桥台重力式桥台《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•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台轻型化。主要用于公路桥。薄壁轻型桥台常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等支撑梁轻型桥台适于小跨度桥《桥梁结构与识图》路桥工程系•框架式桥台是一种在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它埋置土中，所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、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。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•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。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•路桥工程系张文斌DepartmentofHighway&BridgeEngineering《桥梁结构与识图》路桥工程系•桥墩设计荷载及组合桥台设计荷载及组合墩台的验算内容桥墩防撞《桥梁结构与识图》路桥工程系•作用恒载、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；永久作用：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；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；可变作用：偶然作用：船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力；《桥梁结构与识图》路桥工程系•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，需按顺桥向(与行车的方向平行)和横桥向分别进行，故在荷载组合时也需按纵向及横向分别组合。最大竖向力组合用来验算墩身强度和基底最大应力。按桥墩各截面在顺桥向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合用来验算墩身强度，基底应力、偏心及桥墩的稳定性。按桥墩各截面在横桥向可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行组合用来验算横桥向墩身强度、基底应力、偏心及桥墩稳定性。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•在确定荷载最不利组合时，通常按以下几种不利情况，分别进行组合与验算。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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等几种不利情况，分别进行组合与验算。《桥梁结构与识图》路桥工程系•《桥梁结构与识图》路桥工程系•设计过程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，选取验算截面和验算内容；计算各截面的内力，进行配筋和验算。验算要求：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（纵向挠曲稳定、抗倾覆稳定、抗滑移稳定）高桥墩：墩顶弹性水平位移超静定桥梁结构：基底沉降量计算理论容许应力法（铁）和极限状态法（公）验算对象墩台身一般视为偏心受压构件。《桥梁结构与识图》路桥工程系•流冰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磨损。在中等以上流冰河道（冰厚大于0.5m，流水速度1m/s左右）及有大量漂流物的河道，应在迎水方向设置破冰棱体。船只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，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，不使其破坏。路桥工程系张文斌DepartmentofHighway&BridgeEngineering《桥梁结构与识图》路桥工程系•钢筋混凝土受压构件包括轴心受压构件和偏心受压构件。轴心受压构件1.定义：纵向外压力作用线与受压构件轴线相重合的钢筋混凝土受压构件。2.分类：①普通箍筋柱：配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件②螺旋箍筋柱：配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件偏心受压构件纵向外压力作用线偏离构件轴线或同时作用着轴向压力及弯矩的钢筋混凝土受压构件。在钢筋混凝土结构中，真正的轴心受压构件极少，这是由于实际的轴向荷载总有一些偏心或兼有一些弯矩，只要偏心或弯矩相对于轴向合力很小，设计或检算是可略去不计时，即可按轴心受压构件计算。《桥梁结构与识图》路桥工程系•配筋形式纵向钢筋+箍筋箍筋种类普通箍筋密布螺旋式箍筋环形箍筋螺旋箍筋普通箍筋《桥梁结构与识图》路桥工程系•混凝土的强度等级多采用C20～C30或更高强度等级的混凝土，正截面承载力主要由混凝土承担。截面尺寸①截面形状：多为正方形、矩形等。②截面尺寸：不宜小于250mm。通常按50mm一级增加，在800mm以上时，则采用100mm为一级。纵向钢筋布置：对称布置设置目的：•①协助混凝土承受压力，可减小构件截面尺寸；②承受可能存在的不大的弯矩；③防止构件的突然脆性破坏。④减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。《桥梁结构与识图》路桥工程系•纵向钢筋构造要求：①一般多采用HRB335、HRB400等热轧钢筋；②直径应不小于12mm；③至少应有4根并且在截面每一角隅处必须不布置一根。④纵向受力钢筋的净距不应大于50mm且不小于35mm；纵向钢筋与混凝土截面边缘的净距不宜小于25mm。普通钢筋的最小混凝土保护层厚度不应小于钢筋公称直径。⑤配筋率要求：受压钢筋的最大配筋率不宜超过5%；《桥规》（JTGD62—2004）规定轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.5%，当混凝土强度等级C50及以上时不应小于0.6%；同时一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%。《桥梁结构与识图》路桥工程系•箍筋：①设置：沿构件高度等间距设置；②作用：防止纵向钢筋局部压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架，便于施工；③必须做成封闭式箍筋；④直径不应小于纵向钢筋直径的1/4，且不小于8mm；⑤间距不应大于纵向受力钢筋直径的15倍、不小于构件短边尺寸，并不大于400mm。《桥梁结构与识图》路桥工程系•加载初期整个截面的应变是均匀分布的荷载增加整个截面的应变迅速增加加载末期混凝土达到极限应变柱子出现纵向裂缝保护层剥落纵筋向外凸砼被压碎而破坏《桥梁结构与识图》路桥工程系•两种破坏形态短柱（材料破坏）•加载初期材料处于弹性阶段，钢筋与混凝土的应力基本按其弹性模量的比值分配，随着荷载的增大，发生“应力重分布”，最后，当混凝土的应力达到轴心抗压强度时，钢筋的应力亦达到流限，混凝土产生竖向裂缝。长柱（失稳破坏）•构件由于纵向弯曲引起失稳而破坏，且破坏较为突然。破坏时柱子的侧面挠度增大，一侧混凝土被压碎。另一侧发生垂直于轴向力作用方向的水平裂缝。《桥梁结构与识图》路桥工程系•失稳破坏的特点在构件破坏时，混凝土和钢筋的应变都小于材料破坏时的极限应变值。在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长柱的承载力低于短柱。采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度•稳定系数与构件的长细比λ有关:•λ↑则↓《桥梁结构与识图》路桥工程系•试验证明，由于长柱的承载能力小于相同截面、配筋及材料的短柱的承载能力，故设计细长的受压构件时，应考虑纵向弯曲的影响。定义对于钢筋混凝土轴心受压构件，长柱失稳破坏时的临界压力与短柱压坏时的轴心压力的比值。即•反映长柱承载能力的降低程度。•影响因素：主要与构件的长细比有关。长细比（压杆的柔度）没有单位，综合反映了杆长、支承情况、截面尺寸和截面形状对临界力的影响。稳定系数取值短长短柱承载能力同截面、配筋、材料的长柱承载能力同截面、配筋、材料的NN《桥梁结构与识图》路桥工程系•A–––截面面积：•当时，A应改为•当b或d≤300mm时，fcd取0.8倍（当构件质量确有保证时，可不受此限制）As–––纵筋截面面积fsd–––纵筋强度设计值fcd–––混凝土受压强度设计值–––稳定系数NAsfcdfsdAsbh)(9.0cd0AfAfN