铁路桥墩设计

1、指导教师：夏禾 张楠北京交通大学土木建筑工程学院铁路重力式桥墩设计郭薇薇 杜宪亭主要内容主要内容一一 基本资料基本资料 本次混凝土桥课程设计为一座两跨布置（跨度L=24m）混凝土简支梁桥在中-活载作用下桥墩的设计。墩柱采用矩形截面，基础为明挖扩大基础。图1 梁截面1.8m梁上设双侧人行道（直线梁桥面系重量为38kN/m），梁全长Lo=24.6m，梁缝0.1m，梁高2.1m，轨底至梁底2.6m，轨底至支撑垫石顶高度3.0m，垫石高度为0.20m，垫石平面尺寸为0.5m0.5m，支座全高0.4m，每孔梁重1568kN。一一 基本资料基本资料水文、气象：无水、无冰冻 。土质情况： 粘土，液性指数 0

2、.13；空隙比 0.69，基本承载力 400kpa，土的容重 19.5kN/m3设计荷载： 图2 中-活载图式一一 基本资料基本资料列车制动力或牵引力按作用在桥跨范围内的列车竖向静活载的10计算。列车的横向摇摆力：以集中力的形式作用在轨顶面处，其值为100kN。列车横向摇摆力不与离心、风力组合。 计算风压强度按W1.10kNm2 （此值已考虑各种系数，计算时直接采用）计算。列车受风面积按3m高的长方带计算，其作用点在轨顶以上2m高度处。 二二 主要尺寸拟定主要尺寸拟定墩帽墩身基础图3 桥墩二二 主要尺寸拟定主要尺寸拟定顶帽的厚度不小于40cm，并应采用不低于C30的混凝土，一般要设置钢筋。顶帽

3、尺寸大小除满足摆放支座的要求外，还应考虑施工架梁、更换支座等临时设施的要求。顶帽尺寸的大小还直接影响到墩身截面尺寸的大小及材料的选用。图4 铁路桥墩顶帽尺寸二二 主要尺寸拟定主要尺寸拟定图5 铁路托盘尺寸托盘底与墩身相接，其形状与墩身截面相同。为保证悬出部分的安全，规定墩帽下四周设1020cm宽的飞檐，托盘底面横向宽度B不宜小于支座底板外缘的距离b；托盘侧面与竖直线问的夹角45 ，支承垫石横向边缘外侧50cm处的顶帽底缘点竖直线与该底缘点至托盘底部边缘处的连线的夹角30。二二 主要尺寸拟定主要尺寸拟定图6 墩身尺寸拟定采用托盘式顶帽时，墩身顶面尺寸就是托盘底部的尺寸。当墩身较高时，墩身的纵、横

4、向两个方向均做成斜坡，铁路桥墩身侧坡不应缓于20:1，更多情况下采用40:130:1。二二 主要尺寸拟定主要尺寸拟定图7 明挖基础明挖基础可以采用单层式或多层式，每一层的厚度宜不小于1.0m，通常采用层厚为1m的基础形式。三三 内力计算内力计算荷载分类： 主 力：恒载、列车竖向静活载、冲击力 附加力：制动力或牵引力、风力、列车横向摇摆力荷载组合 组合：主力 组合：主力+附加力三三 内力计算内力计算a 单孔重载b 单孔轻载c 双孔重载d 双孔空车考虑以下4种活载布置方式： a）单孔重载 仅在一孔梁上布满活载，并使五个集中荷载位于所需要检算桥墩的一侧。此种加载图式，能对桥墩产生最大的竖向偏心压力和

5、较大的纵向水平力（牵引力），因此竖向力、弯矩都较大，对直线桥墩的截面压应力、受压稳定、墩顶纵向弹性水平位移以及基底压应力验算，可能是最不利的。 三三 内力计算内力计算图8 单孔重载布置图式 b）单孔轻载 在一孔梁上布满活载，但五个集中荷载位于检算墩上梁的另一端。这种加载图式对桥墩的竖向偏心压力较一孔重载为小，而纵向水平力（制动力）大小与一孔重载相同，弯矩较大，往往是桥墩纵向合力偏心距的控制荷载；直线上桥墩当截面合力偏心距较大时，按应力重分布计算，可能出现最大应力。 图9 单孔轻载布置图式三三 内力计算内力计算 c）双孔重载 在检算桥墩相邻的两孔梁上都布置活载，要求使桥墩上两个支座反力之和达到最

6、大值。由结构力学原理可知，如果相邻两孔梁的跨度分别为和，两孔梁上静活载分别为和，则当时，检算墩的支座反力之和为最大。由此可求得加载图式中的x值（即活载在梁上的加载位置）。双孔重载的支反力和离心力都是最大值，因此计算截面的竖向力与弯矩也最大，它是曲线上桥墩截面横向的合力偏心距、压应力、受压稳定、基底压应力以及墩顶横向弹性水平位移验算的最不利活载组合。 三三 内力计算内力计算图10 双孔重载布置图式 d）双孔空车 在检算桥墩的相邻两孔梁上均布满空车活载，按10kN/m计，对实体式桥墩一般检算不受控制。但当同时计及横向风力等横向力对于桥墩的横向稳定性可能其控制作用。 三三 内力计算内力计算图11 双

7、孔空车布置图式四四 检算检算(1)墩身受压稳定检算；(2)墩身截面强度检算；(3)墩身截面的偏心距检算；(4)墩顶弹性水平位移检算(5)基地检算；应对如下项目进行检算： 四四 检算检算（1）墩身受压稳定检算 混凝土整体浇注实体桥墩在中心受压及偏心受压时，其整体纵向稳定性应按下式检算：式中K安全系数，对整体灌注的混凝土桥墩，主力时 K=2.0，主力加附加力时K=1.6； 作用于墩顶处的轴向压力（MN）； 桥墩顺截面回转半径较小方向的纵向弯曲（屈曲）临界荷载（MN）。crKNNNcrN四四 检算检算（2）墩身截面强度检算 强度检算公式 应力重分布计算 斜偏心应力重分布计算 极限状态强度验算四四 检算检算（3）墩身截面的偏心距检算铁路桥规规范规定了在不同荷载组合作用下，墩身检算截面的容许偏心值。主力作用下： 0.5es主力加附加力作用下其他形状截面： 0.6es四四 检算检算（4）墩顶弹性水平位移检算 墩顶弹性水平位移由两部分组成，一部分是由桥墩挠曲变形引起的位移，另一部分是地基不均匀弹性压缩引起的位移，总位移应为两部分叠加。图12 墩顶水平位移计算图示四四 检算检算（5）基底