桥梁墩台的计算课件

第二节桥梁墩台的计算一、作用在桥梁墩台上的荷载及组合荷载恒载、土重和侧向土压力、预应力（组合式桥墩）、混凝土收缩及徐变的影响力、水的浮力；永久荷载：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、挂车或履带车荷载及其引起的土侧压力；基本可变荷载：其它可变荷载有风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、支座摩阻力；在超静定结构中尚需考虑温度变化的影响力；其它可变荷载：偶然荷载：船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力；总之，在墩台设计计算过程中，应根据墩台的受力与工作阶段，给出可能同时作用荷载的组合，以确定出最不利的受力状态。（一）荷载的计算桥梁上部结构恒载传至墩台的计算值，由桥梁支座反力计算确定。对于墩台在水下和土中部分自重的计算方法，要根据地基土的性质加以考虑公路桥梁设计规范中，在考虑水的浮力时，对不同的土质和不同的计算内容作了不同的规定。位于透水性地基上的墩台，在验算稳定时，应采用设计高水位的浮力；在验算地基应力时，仅考虑低水位时的浮力，或不考虑水的浮力。基础嵌入不透水性地基的墩台，可不考虑水的浮力。当地基是否透水未定时，按透水与不透水，以最不利荷载组合计算。水对水下墩台或土的固体颗粒的浮力作用，可用墩台圬工的浮容重或土的浮容重来反映。圬工的浮容重等于圬工容重减去水的容重，土的浮容重可以根据土质资料得到不同的物理指标，如天然容重、天然含水量、比重或饱和容重等计算。1、恒载和水的浮力2、侧向土压力主动土压力被动土压力静止土压力桥台土压力计算时，采用哪种土压力，应根据桥台位移及压力传播方式而定。梁式桥台承受的水平压力主要是台后滑动土体（及滑动土体上的荷载）所产生的侧压力，它使桥台发生向河心的移动。因此，梁桥桥台的侧土压力，一般按主动土压力计算。当桥台刚度很大，不可能产生微量移动，滑动土体不可能形成时，可按静止土压力计算。图2-7-11台前溜坡的土压力计算图式6、船只或漂流的幢击力船只或漂流物的撞击力，虽是桥梁墩台的偶然荷载，但是对桥墩结构的危害性很大，对于通航河道或有漂流物的河流中的墩台，设计时应考虑船只或漂流物的撞击力。漂流物的撞击力，在无实际资料时可按下式估算7、地震力在地震区建造的桥梁，地震力是一项十分重要和危害性大的偶然荷载，在墩台设计计算时要进行抗震验算和必要的防护构造措施设计。（二）荷载组合桥梁墩台计算时，预先很难确定那一种荷载组合最不利。通常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，尚需考虑按顺桥向(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计算。在所有荷载中，车辆荷载的变动对荷载组合起着支配作用。验算墩身强度在用在墩身截面的合力偏心矩桥墩的稳定性因此，需根据不同的验算内容选择各种可能的最不利荷载组合。图2-7-13产生最大竖向荷载时的外力组合桥墩图2-7-14桥梁横向布载情况桥台桥台的荷载组合方法和桥墩相似，也须针对验算项目及验算截面的位置按公路桥涵设计规范进行可能的荷载组合。由于活载可以布置在桥跨结构上，也可布置在台后，在确定荷载最不利组合时，下列几种加载情况可作参考1）在桥跨结构上布置车辆荷载，温度下降，制动力（向桥孔方向），并考虑台后土侧压力(考虑最大弯矩组合)；2）在台后破坏棱体上布置车辆荷载，温度下降，并考虑台后土侧压力(考虑最大水平力与最大反向弯矩组合)；3）在桥跨结构上和台后破坏棱体上都布置车辆荷载（当桥台尺寸较大时，还要考虑在桥跨结构上、台后破坏棱体上和桥台上同时都布置活载的情况），温度下降，制动力（向桥孔方向），并考虑台后土侧压力(考虑最大竖向力组合)。二、桥梁墩台的计算与验算重力式墩台强度偏心矩稳定圬工结构轻型桥墩、柱式桥墩：钢筋混凝土结构（一）、重力式墩台1、截面强度验算重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，截面强度的设计验算采用分项安全系数的极限状态法。在不利荷载组合作用下，验算墩台各控制截面荷载效应的设计值（内力）应小于或等于结构抗力效应的设计值，以方程表示为验算截面墩台身的基础顶面墩台身截面突变处墩台帽及墩台帽交界处墩身截面高墩截面偏心距验算

桥墩承受偏心受压荷载时，各验算截面在各种组合的偏心距应小于<<公路砖石及混凝土桥涵设计规范>>表3.0.2-1的容许值。如果超过时，可按下式确定截面尺寸2、墩台的稳定验算纵向挠曲稳定稳定验算受压构件纵向弯曲系数，中心受压墩台的值可查阅<<公路砖石及混凝土桥涵设计规范>>表3.0.3-2，偏心受压时，弯曲平面内的纵向弯曲系数按下式计算：墩台整体稳定验算抗倾覆稳定验算抗滑移稳定验算基础底面与地基土之间的摩擦系数，其值为0.25～0.7，可根据土质情况参照<<公路桥涵地基与基础设计规范>>采用；

在墩台抗倾覆、抗滑移稳定性验算时，应分别按最高设计水位和最低水位的不同浮力进行组合。3、墩台顶水平位移计算水平位移的规定对于高度超过20的重力式墩台及轻型墩台，应验算顶端水平方向的弹性位移，并使其符合规定要求。墩台顶面水平位移的容许极限值为（二）、柱式桥墩的计算1、盖梁的计算计算图式外力计算内力计算配筋验算内力计算

公路桥梁桩柱式墩台的盖梁通常采用双悬臂式，计算时控制截面选取在支点和跨中截面。为了得到活载最不利横向布置，可先作出控制截面的内力影响线，活载通过上部结构的支点间接传递至盖梁顶面，然后通过活载横向布置，就能得到活载最不利横向布置系数，并根据最大活载支反力便能获得最不利活载内力。在盖梁内力计算时，可考虑桩柱支承宽度对削减负弯矩尖峰的影响。桥墩台沿纵向的水平力及当盖梁在沿桥纵向设置两排支座时，上部结构活载的偏心力对盖梁将产生扭矩，应予以考虑。桥台的盖梁计算，一般可不考虑背墙与盖梁的共同受力，此时背墙仅起挡土墙作用。必要时也可考虑背墙与盖梁的共同受力，盖梁按L形截面计算。桥台耳墙视为单悬臂固端梁，水平方向承受土压力及活载水平压力。配筋验算盖梁的配筋验算方法与钢筋混凝土梁配筋类同，根据弯矩包络图配置受弯钢筋，根据剪力包络图配置斜筋和箍筋。在配筋时，还应计算各控制截面扭矩所需要的箍筋及纵向钢筋。2、墩台柱的计算外力计算桥墩桩柱的恒载有上部结构的恒载反力、盖梁的重量，以及桩柱的自重；桩柱承受的活载按设计荷载进行不利加载计算，最后经恒载、活载等组合，可求得最不利的荷载。桥墩的水平力有支座摩阻力和汽车制动力等。桥台桩柱（包括双片墙式台身）除上述各力之外还有台后土压力、活载引起的水平土压力及溜坡的主动土压力等。土压力的计算宽度及溜坡主动土压力的计算方法，见第二节和<<公路桥涵设计通用规范>>的有关规定。内力计算配筋计算在最不利的内力组合之后，按钢筋混凝土偏心受压构件，先配筋再作验算。3、墩台顶部位移在不考虑桩基变位影响时，等截面桥墩，由于墩顶承受弯矩（M）、水平力（T）及沿墩高梯形分布的水平荷载（见图2-7-17）所引起的墩顶位移可按下式计算：

M作用在墩顶的弯矩（Mpa）（包括制动力和恒、活载偏心等引起的弯矩）；T作用在墩顶的水平力（KN）；q1由于风力等沿墩高均匀分布的水平外力（KN）；q2由于风力和其他水平外力沿墩高成三角形分布的水平荷载（墩顶为零，基础顶面为q2）（KN）；I、E桥墩截面材料的截面惯性矩（m4）、抗压弹性模量（Mpa）；

H桥墩高度。1、基本假设（1）在墩顶弯矩不大的前提下，柔性墩顶水平力可采用叠加原理进行计算，计算图式见图2-7-18b)。其中：

第一图式是计算由于水平位移产生的墩顶水平力，产生水平位移的外力包括制动力、梁的温度变化力以及在竖向活载作用下因梁长度变化而产生的水平力等种组合；

第二图式是计算由于墩顶产生了水平位移，在竖向力作用下引起墩内弯矩而产生的水平反力；

第三图式为在墩顶弯矩作用下而产生的水平反力。此外，在必要时还应包括墩身受到风力产生的水平反力。在水平力的计算时，梁身混凝土收缩、徐变等次要因素一般可忽略不计。（2）假定上部结构与桩柱顶不发生相对位移，制动力按各墩抗水平位移的刚度分配。桩柱式柔性墩，墩柱下端固结在基础或承台顶面，其抗水平位移的刚度为（等截面刚度）：单位水平力作用在柔性墩顶面时，该处的水平位移墩柱下端固结处至墩顶的高度，墩柱横截面对形心轴的惯性矩第墩柱抗水平位移的刚度I（3）计算土压力时，如设有实体刚性墩台，则全部由有关的刚性墩台承受，如均为柔性墩，则岸墩承受的土压力由对岸的土抗力平衡，其余柔性墩不计其影响。（4）水平力组合时，桩柱顶的制动力、水平土压力（当边排架向河心偏移时）及竖向偏载产生的水平力的代数和不允许大于支座摩阻力。当前三者与温度变化产生水平力的总和大于支座摩阻力时，按摩阻力计算。２．墩顶水平位移的计算（1）柔性墩（台）顶制动力及其水平位移计算

墩顶制动力作用在第i墩（台）顶的制动力；第i墩（台）的抗水平位移刚度；全桥（或一联）承受的制动力。F由制动力产生的墩顶水平位移：（2）梁的温度变形（3）在竖向活载作用下梁长度的变化当桥跨结构跨径较大时，在竖向活载作用下梁下缘伸长而影响柔性墩的位移也应予考虑，此时由梁的挠度近似得到梁的挠曲半径：计算值时，考虑需按几跨梁计算，应根据所计算桥墩在一联中的位置、支座布置情况及验算时活载布置的位置而定。小跨径桥梁的可忽略不计。然后按梁的挠曲（中心角为）可计算梁的下