梁桥桥墩的类型构造计算与计算实例

本章主要内容§7.1桥墩类型及适用条件§7.2桥墩构造与尺寸拟定§7.3桥墩计算§7.4铁路桥墩计算示例梁桥桥墩的类型、构造、计算与计算实例

上部结构下部结构:桥墩、台及基础梁式桥桥墩的作用：支承上部、传递上部及自身荷载至地基桥墩承受作用力：上部传来荷载、墩身风力、流水、冰压力、船筏撞击力等桥墩设计要求：强度、刚度、稳定性§7.1桥墩类型及适用条件桥墩型式：取决于桥上线路或道路条件、桥下水流速度、水深、水流方向与桥梁中轴线的夹角、通航及桥下漂流物、基底土壤的承载能力、梁部结构及施工方法等情况。一般分类：

重力式实体墩、空心墩、柱式墩、轻型墩、拼装式墩。§7.1桥墩类型及适用条件桥墩型式：取决于桥上及桥下总的情况一般分类：

重力式实体墩、空心墩、柱式墩、轻型墩、拼装式墩

一、重力式实体墩靠自重平衡外力保证桥墩的稳定；适用于地基良好或桥下有通航、流冰等漂流物大、中、小桥梁。建材：多用混凝土及石；尺寸：较大，外形粗壮，其自重和阻水面积也较大；应用：很少用于城市分类：按截面形式分为：矩形、圆形、圆端形（一）矩形桥墩截面为矩形。优点：节省圬工、模板简单、易施工；缺点：对水流阻力特别大，易遭冲刷；适用：无水、静水、靠近岸边水流流速小；山区跨谷桥、旱桥（二）圆形

优点：不受水流流向条件限制；缺点：不便纵、横向分别处理，增大了阻水面积，不宜石砌。适用：流向不稳，或水流与桥法向夹角大于15度。（三）圆端形桥墩截面中间为矩形，两端各加一个半圆，能使水流顺畅地通过桥孔，减小冲刷和流水压力。具有矩、圆形的优点。一般应用于斜交角小于15度水中墩。是一种常用的桥墩形式。二、空心墩1、高墩时，重力墩有如下缺点：圬工量大、自重大而相应地对地基承载力要求高；地震时惯性力较大。此时设计中可采用空心墩。混凝土空心墩可节省20～30％的圬工，钢筋混凝土空心墩可节省50％的圬工。2、空心墩截面形式圆形空心，双圆孔空心，圆端形空心，圆端形中间设纵隔板，矩形空心，矩形中设隔板。3、适用条条件墩壁较薄薄，一般般有船筏筏、漂流流物、冰冰压力的的河上不不宜采用用，可下下实体上上空心。。圆形空心心截面最最好，可可不设隔隔板，施施工最方方便，宜宜优先选选用当横向尺尺寸很宽宽，横向向水平力力大时，，如双线线铁路、、公路、、弯道桥桥等，可可考虑圆圆端形或或矩形带带纵隔板板。方形温度度应力较较大。4、立面直坡：用用于墩身身不高或或某些特特殊需要要的桥上上。斜坡：使使用各种种条件下下的桥墩墩，受力力合理，，施工方方便。三、柱式式桥墩1应用广泛用于于城市、、公公路及中中小跨铁铁路旱桥桥即可减重重量，又又较美观观，2型式单柱式、、多柱式式、哑铃铃式、混混合柱式式等组成盖梁、墩墩柱及基基础截面型式式圆形和矩矩形为主主单柱式：：有水:水流急弯弯,流向不定定或斜交交角大于于15°无水:城市弯桥桥中间墩墩、天桥桥双柱式(多柱式)：斜交角小小于15°或仅有小小漂流物物。城市宽桥桥哑铃式：：漂流物大大，防止止卡在柱柱中间，，可在双双柱间加加隔墙（（40～60cm）。混合式：墩身较高高时，下下部实体体，上部部双柱。。四、轻型型桥墩1型式：薄壁矩形形，薄壁壁圆端形形实体截截面，其其它如V形、X形、Y形、倒梯梯形等2适用：小跨、低低墩、三三孔以下下（全长长不大于于20m）的公路路桥。3特点：不要求重重力墩那那样的稳稳定性。。美观观可节约约材料。。五、拼装装式墩整个桥墩墩是由部部分预制制构件现现场组拼拼而成。。优点：提提高质量量、缩短短工期、、减轻劳劳动强度度。适用：同同类量大大的中小小跨桥。。§7.2桥墩构造造与尺寸寸拟定一、重力力式实体体桥墩（一）顶顶帽尺寸寸的拟定定顶帽作用用：桥墩墩顶的传传力部分分，它通通过支座座承托着着上部结结构，并并将墩两两侧桥跨跨上的荷荷载传到到墩身上上，再由由墩身传传给地基基。要求求强度高高，C20以上。尺寸要求求：满足足摆放支支座、架架梁、更更换支座座，及对对墩身尺尺寸的影影响，材材料的选选用。1．铁路桥桥墩顶帽帽构造特点点一般为矩矩形、圆圆端形，，上设支支承垫石石；为了把支支座反力力均匀地地传给墩墩身，其其厚度≥≥40cm，混凝土土等级≥≥C20，一般配配筋；单线铁路路、等跨跨L≤16m的钢筋混混凝土梁梁的实体体墩台顶顶帽有下下列情况况之一者者，可以以不设置置钢筋：：无支座的的墩台顶顶帽；在雨水极极少且不不受冻害害影响的的地区，，用整体体灌注的的混凝土土墩台，，要求顶顶帽厚度度≥60cm。支承垫石石配钢筋筋网；顶面设不不小于3％的排水水坡，垫垫石顶高高出排水水坡上棱棱；设挑出墩墩身10～20cm的飞檐。。直线上顶顶帽尺寸寸纵向:横向：B>4m(L<8m)B>5m(8m<L<20m)B>6m(L>20m)a支座板纵纵向尺寸寸w支座板横横向尺寸寸b支座板至至垫石边边缘c垫石边至至顶帽边边f支座板中中心距支座板纵纵横向尺尺寸考虑；局部承压压计算支座板至垫石边边缘b＝15～20cm考虑：提高局部部承压，施工误误差，预留锚栓栓孔垫石边至顶帽边边c≥15、25、40cm(L:≤8,8～20,≥20)考虑：架梁或养养护时安放移梁梁顶梁设备支座板中心距f=2e+e0考虑：梁端距支支座中心距，梁梁缝曲线上墩帽：平面尺寸大原因：由于直梁梁曲线布置，梁梁缝内窄外宽，，而内侧梁缝与与直线同。梁端端与墩横向中心心线不平行。垫石平面形状：：可做成梯形，为为简化施工可做做成矩形。横向预偏心：定义:支座布置偏向曲曲线内侧，使梁梁中心对桥墩中中心线有一预偏偏心d原因:墩承受横向水平平离心力P。预偏心后，支支反力R产生向曲线内侧侧的偏心弯矩，，以抵消一部分分由离心力所产产生的向曲线外外侧的弯矩。纵向偏心：定义:支座在纵向上对对墩中心线不对对称布置原因:相邻桥跨不等时时，支座反力不不同，为减小垂垂直力和力的偏偏心距墩帽构造措施:为适应两相邻跨跨不同的建筑高高度，可采取两两种：a．支承垫石不等等高b．顶帽布置在不不同高程上顶帽尺寸的其他他要求：墩身顶宽的要求求安装上部结构的的要求安装抗震设施的的要求2．公路桥墩拟定原理：同铁铁路桥墩，唯具具体尺寸大小不不同。顶帽厚度：大跨跨≥40cm，中小跨≥30cm；排水坡10%。飞檐为5～10cm，做成沟槽形排排水。规定局部最小尺尺寸（100～120cm）目的：＊避免支座过过分靠近墩身侧侧面边缘而导致致应力集中；＊提高局部承压压强度；＊考虑施工误差差及留栓孔。（二）托盘尺寸寸托盘作用：顶帽尺寸横向向多由施工及维维修决定，墩身身则决定于受力力的大小，尺寸寸小于顶帽，故故顶帽下设托盘盘过渡。称为托托盘式顶帽。托盘尺寸：据实验及使用经经验：缩颈处宽B1≥墩中心至支座板板外缘间距b1；缩颈处设构造筋筋。（三）墩身尺寸寸拟定两个方向一般均均做成斜坡，一一般为20:1～30:1，具体由以下计计算决定：截面偏心、截面面应力、墩整体体稳定性、墩顶顶位移等多方面试算确确定。高度不大的可做做成直坡。墩高高很高的也可分分阶段做成台阶阶状的。材料一般采用C20片石混凝土或C10水泥砂浆砌片石石或块石。公路墩身的顶宽宽：小跨度≥80cm；中等跨度≥120cm二、空心桥墩分类：混凝土空心墩及及钢筋混凝土空空心墩，前者需需设置护面钢筋筋。组成：顶帽、实体过渡渡段（顶帽下，，基础上），空空心墩身。（一）实体过渡渡段实体段与墩壁连连接处应力分布布比较复杂。试试验表明，顶厚厚1m时，在顶帽下D/2处应力才均匀分分布于壁上。固固端干扰力矩使使墩壁应力增大大40％～76％。帽下实体为为3m时，连接处仍有有应力集中现象象，但应力较小小。铁路《桥规》：“宜设过渡段段，连接处增设设补充钢筋或设设牛腿”。实体段合理厚度度尚难具体确定定,一般采用3～5m，考虑墩高、梁跨跨、壁厚、内孔孔比率等。（二）空心墩的的壁厚与隔板*铁路《桥规》：钢筋混凝土≥≥0.3m，素混凝土≥0.5m（宜设护面钢筋筋）。实际应以以计算确定。*薄壁钢筋用用量多，施工难难度大。实际中中多用厚壁。*薄壁中温度度、日照、收缩缩等引起的结构构内力较复杂。。*隔板为增强强整体稳定和局局部稳定，增强强桥墩的抗扭、、抗震能力。但但模型试验和理理论计算中未能能确定隔板对稳稳定和强度明显显作用。*关于隔板设设置与否尚待研研究。有隔板增增加施工难度。。目前一般仍采采用隔板。*当壁厚t≥（1/10～1/15）b时，一般可不设设隔板。（三）通风孔与与进人洞通风孔：调节内外温差，，减少施工中混混凝土水化热对对墩内温度的影影响。＊圆形通风孔对对墩壁应力分布布较好，直径不不宜小于20cm，隔3―5m交错设置。＊离地面宜高于于5m；高出设计水位位；并设栅栏。。排水孔：墩下部过渡段顶顶部设置排水孔孔。排水孔周应应设加强钢筋网网。施工时设置置的临时排水孔孔，竣工后应加加以封堵。进人洞：便于检查维修，，相应的检查设设备、检查梯等等。三、柱式桥墩组成：柱式桥墩由盖梁梁、墩柱及基础础组成。盖梁的截面形状状为矩形或T形，在城市桥梁梁中常采用倒T形使得架梁后盖盖梁不外漏，墩墩身线条简洁，，增加美观。盖梁的宽度依上上部结构的形式式、支座间距和和尺寸等而定。。当铁路桥墩的墩墩高大于7m时，在两柱间距距基础顶3～5m处设一横系梁以以保证柱的稳定定。公路，尤其其是市内立交桥桥桥墩一般可不不设的横系梁。。公路桥梁采用的的柱式桥墩有桩桩柱式、双排桩桩单排柱式、扩扩大基础柱式墩墩。四、轻型桥墩轻型桥墩的形状状及尺寸多样，，除顶帽的纵、、横向尺寸拟定定同重力式墩的的拟定方法外，，其余尺寸的拟拟定应根据具体体情况由计算确确定。轻型桥墩中一种种特殊的类型—柔性墩。桥墩设计经验表表明，重力式墩墩控制设计—是截面合力偏心心及墩顶位移。。偏心及墩顶位移移值—主要取决于桥墩墩受纵向水平力力(制动力或牵引力力)及墩身刚度。一一孔梁上的纵向向水平力由一个个墩承受，其值值较大，桥墩截截面尺寸必然较较大。柔性墩是把几孔简支梁梁及其墩台用适适当的措施连接接起来，纵向形形成多跨的门式式结构，以共同同承受水平力。。其中，有的墩墩设计为重力式式实体墩，而其其余的墩身截面面尺寸较小，则则作用在桥上的的纵向水平力将将按各墩的抗推推刚度分配，大大部分水平力由由较刚的重力式式墩台承受，比比较柔细的墩将将承受较小的水水平力。柔性墩的类型：：1．刚架式刚架式柔性墩主主要用于铁路桥桥，横桥向为一一刚架。单线桥桥的刚架柔性墩墩常由两根立柱柱、数根横撑和和顶帽组成，如如图11—20(a)所示。用于曲线线桥时，立柱可可改用斜柱以增增加墩身横向刚刚度。墩身一般般采用C20～C50钢筋混凝土建造造。2．排架式排架式柔性墩的的特点是墩身直直接由基桩延伸伸至顶帽，地面面以下不设承台台，仅在上端通通过顶帽把基桩桩联接如图11—20(b)所示。适用于公公路基桩栈桥。。3．板壁式该类型墩身为一一实体钢筋混凝凝土矩形薄壁，，如图11—20(c)。构造简单，横横向刚度大，便便于滑动模板施施工，使用较为为广泛。第五章梁桥桥桥墩4．上柔下刚式柔柔性墩铁路上当墩高大大于20m时，墩身已经具具有足够的柔度度，达到了减小小水平力的效果果，此时，若柔柔性墩过高，柔柔度过大，对施施工、架梁都可可能存在一些问问题。所以，当当墩身很高时，，可采用上柔下下刚式的桥墩截截面形式，刚性性部分承受柔性性部分传来的力力，截面较大，，结构与实体墩墩相同。《铁路柔性墩桥设设计规定》规定，图11—20的柔性墩墩高或或上柔下刚的桥桥墩的柔性部分分，高度不宜超超过24m，柔性墩的总高高度不宜超过40m。另外，在水位位较低而水流湍湍急的河流上，，或在有漂流的的河流上，宜采采用上柔下刚式式桥墩。五、拼装式桥墩墩拼装式桥墩的混混凝土强度等级级一般不宜低于于C25，对于不宜更换换的重要受力构构件或处于易受受撞击、磨损、、腐蚀环境中的的构件，混凝土土强度等级不易易低于C30。常采用的拼装式式桥墩按装配构构件的形状有块块件拼装式桥墩墩及杆件拼装式式桥墩。杆件拼拼装式桥墩又可可分为板凳式、、排架式及双柱柱式(如图11—21)。在构造上拼装装式桥墩由帽梁梁、墩柱和基础础组成。§7.3桥墩计算一、荷载计算（一）永久荷载载＊重力：支座传来恒载载，墩自重（含含基础襟边土））及上部结构混凝土土收缩及徐变的的影响。＊预应力空心心墩所受预应力力＊基础变位影影响力＊水浮力：水中墩位于碎石石类、砂类、粘粘砂类透水地基基时。检算墩稳定时：：设计频率水位位；检算基底强强度及偏心：常常水位若不能确定是否否存在浮力，应应按最不利情况况考虑。＊土压力：墩侧土压力，一一般基本两侧平平衡，位于山坡坡或桥台锥体护护坡范围时不平平衡。（二）基本可变变荷载列车、汽车，对对于钢筋混凝土土柱式墩台应计计入冲击力；对对重力式墩台则则不计冲击力。。作用于上部结构构的平板挂车或履带带车；公路桥人群荷载载；离心力。(三）其它可变荷荷载制动力或牵引力力风力流水（冰）压力力温度力及支座摩摩擦力人群（铁路桥））(四）偶然荷载地震力船筏撞击力二、实体墩计算算针对强度、刚度度、抗裂性、稳稳定性等方面进进行检算。（一）墩身检算算项目1.截面合力偏心距距；2.截面强度(应力)；3.墩身整体稳定性性；4.墩顶弹性水平位位移。（二）扩大基础础基底检算项目目1．基底偏心：限限制不均匀沉降降导致墩歪斜；；2．基底强度(应力)；3．倾覆和滑动稳稳定性；4．基底以下软弱弱土层的强度检检算；5．基础的沉降。。（一）墩身检算算项目1截面合力偏心距距：《桥规》规定了在不同荷荷载组合作用下下，墩身检算截截面的容许偏心心值：永久荷载＋基本本可变荷载：[e]=0.5S永久荷载＋基本本可变荷载＋其其他可变荷载：：圆形截面：[e]=0.5S其他形状：[e]=0.6S永久荷载＋其他他可变荷载（施施工荷载）：[e]=0.7S2截面强度当最小应力为