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、适用条件

墩壁较薄，一般有船筏、漂流物、冰压力的河上不宜采用，可下实体上空心。圆形空心截面最好，可不设隔板，施工最方便，宜优先选用当横向尺寸很宽，横向水平力大时，如双线铁路、公路、弯道桥等，可考虑圆端形或矩形带纵隔板。方形温度应力较大。4、立面直坡：用于墩身不高或某些特殊需要的桥上。斜坡：使用各种条件下的桥墩，受力合理，施工方便。三、柱式桥墩1应用

广泛用于城市、公路及中小跨铁路旱桥即可减重量，又较美观，2型式单柱式、多柱式、哑铃式、混合柱式等组成盖梁、墩柱及基础截面型式圆形和矩形为主单柱式：

有水:水流急弯,流向不定或斜交角大于15°

无水:城市弯桥中间墩、天桥双柱式(多柱式)：斜交角小于15°或仅有小漂流物。城市宽桥哑铃式：

漂流物大，防止卡在柱中间，可在双柱间加隔墙（40～60cm）。混合式：墩身较高时，下部实体，上部双柱。四、轻型桥墩1型式：薄壁矩形，薄壁圆端形实体截面，其它如V形、X形、Y形、倒梯形等2适用：小跨、低墩、三孔以下（全长不大于20m）的公路桥。3特点：不要求重力墩那样的稳定性。美观可节约材料。五、拼装式墩整个桥墩是由部分预制构件现场组拼而成。优点：提高质量、缩短工期、减轻劳动强度。适用：同类量大的中小跨桥。§7.2桥墩构造与尺寸拟定一、重力式实体桥墩（一）顶帽尺寸的拟定顶帽作用：桥墩顶的传力部分，它通过支座承托着上部结构，并将墩两侧桥跨上的荷载传到墩身上，再由墩身传给地基。要求强度高，C20以上。尺寸要求：满足摆放支座、架梁、更换支座，及对墩身尺寸的影响，材料的选用。1．铁路桥墩顶帽构造特点一般为矩形、圆端形，上设支承垫石；为了把支座反力均匀地传给墩身，其厚度≥40cm，混凝土等级≥C20，一般配筋；单线铁路、等跨L≤16m的钢筋混凝土梁的实体墩台顶帽有下列情况之一者，可以不设置钢筋：无支座的墩台顶帽；在雨水极少且不受冻害影响的地区，用整体灌注的混凝土墩台，要求顶帽厚度≥60cm。支承垫石配钢筋网；顶面设不小于3％的排水坡，垫石顶高出排水坡上棱；设挑出墩身10～20cm的飞檐。直线上顶帽尺寸

纵向:

横向：B>4m(L<8m)B>5m(8m<L<20m)B>6m(L>20m)a支座板纵向尺寸

w支座板横向尺寸

b支座板至垫石边缘

c垫石边至顶帽边

f支座板中心距支座板纵横向尺寸考虑；局部承压计算支座板至垫石边缘b＝15～20cm

考虑：提高局部承压，施工误差，预留锚栓孔垫石边至顶帽边c≥15、25、40cm(L:≤8,8～20,≥20)

考虑：架梁或养护时安放移梁顶梁设备支座板中心距f=2e+e0

考虑：梁端距支座中心距，梁缝曲线三上墩三帽：平面三尺寸三大原因三：由三于直三梁曲三线布三置，三梁缝三内窄三外宽三，而三内侧三梁缝三与直三线同三。梁三端与三墩横三向中三心线三不平三行。垫石三平面三形状三：可做三成梯三形，三为简三化施三工可三做成三矩形三。横向三预偏三心：定义:支座三布置三偏向三曲线三内侧三，使三梁中三心对三桥墩三中心三线有三一预三偏心d原因:墩承三受横三向水三平离三心力P。预三偏心三后，三支反三力R产生三向曲三线内三侧的三偏心三弯矩三，以三抵消三一部三分由三离心三力所三产生三的向三曲线三外侧三的弯三矩。纵向三偏心三：定义:支座三在纵三向上三对墩三中心三线不三对称三布置原因:相邻三桥跨三不等三时，三支座三反力三不同三，为三减小三垂直三力和三力的三偏心三距墩帽三构造三措施:为适三应两三相邻三跨不三同的三建筑三高度三，可三采取三两种三：a．支三承垫三石不三等高b．顶三帽布三置在三不同三高程三上顶帽三尺寸三的其三他要三求：墩身三顶宽三的要三求安装三上部三结构三的要三求安装三抗震三设施三的要三求2．公三路桥三墩拟定三原理三：同三铁路三桥墩三，唯三具体三尺寸三大小三不同三。顶帽三厚度三：大三跨≥40三cm，中三小跨三≥30三cm；排三水坡10三%。飞三檐为5～10三cm，做三成沟三槽形三排水三。规定三局部三最小三尺寸三（10三0～12三0c三m）目三的：＊三避免三支座三过分三靠近三墩身三侧面三边缘三而导三致应三力集三中；＊提三高局三部承三压强三度；＊考三虑施三工误三差及三留栓三孔。（二三）托三盘尺三寸托盘三作用：顶三帽尺三寸横三向多三由施三工及三维修三决定三，墩三身则三决定三于受三力的三大小三，尺三寸小三于顶三帽，三故顶三帽下三设托三盘过三渡。三称为三托盘三式顶三帽。托盘三尺寸三：据实三验及三使用三经验三：缩颈三处宽B1≥墩中三心至三支座三板外三缘间三距b1；缩颈三处设三构造三筋。（三三）墩三身尺三寸拟三定两个三方向三一般三均做三成斜三坡，三一般三为20三:1～30三:1，具三体由三以下三计算三决定三：截面三偏心三、截三面应三力、三墩整三体稳三定性三、墩三顶位三移等多三方面三试算三确定三。高度三不大三的可三做成三直坡三。墩三高很三高的三也可三分阶三段做三成台三阶状三的。材料三一般三采用C2三0片石三混凝三土或C1三0水泥三砂浆三砌片三石或三块石三。公路三墩身三的顶三宽：三小跨三度≥80三cm；中等三跨度三≥12三0c三m二、三空心三桥墩分类三：混凝三土空三心墩三及钢三筋混三凝土三空心三墩，三前者三需设三置护三面钢三筋。组成三：顶帽三、实三体过三渡段三（顶三帽下三，基三础上三），三空心三墩身三。（一三）实三体过三渡段实体三段与三墩壁三连接三处应三力分三布比三较复三杂。三试验三表明三，顶三厚1m时，三在顶三帽下D/三2处应三力才三均匀三分布三于壁三上。三固端三干扰三力矩三使墩三壁应三力增三大40％～76％。三帽下三实体三为3m时，三连接三处仍三有应三力集三中现三象，三但应三力较三小。铁路《桥规》：“三宜设三过渡三段，三连接三处增三设补三充钢三筋或三设牛三腿”三。实体三段合三理厚三度尚三难具三体确三定,一般三采用3～5m，考虑三墩高三、梁三跨、三壁厚三、内三孔比三率等三。（二三）空三心墩三的壁三厚与三隔板*三铁路《桥规》：钢三筋混三凝土三≥0.三3m，素三混凝三土≥0.三5m（宜三设护三面钢三筋）三。实三际应三以计三算确三定。*三薄壁三钢筋三用量三多，三施工三难度三大。三实际三中多三用厚三壁。*三薄壁三中温三度、三日照三、收三缩等三引起三的结三构内三力较三复杂三。*三隔板三为增三强整三体稳三定和三局部三稳定三，增三强桥三墩的三抗扭三、抗三震能三力。三但模三型试三验和三理论三计算三中未三能确三定隔三板对三稳定三和强三度明三显作三用。*三关于三隔板三设置三与否三尚待三研究三。有三隔板三增加三施工三难度三。目三前一三般仍三采用三隔板三。*三当壁三厚t≥（1/三10～1/三15）b时，三一般三可不三设隔三板。（三三）通三风孔三与进三人洞通风三孔：调节三内外三温差三，减三少施三工中三混凝三土水三化热三对墩三内温三度的三影响三。＊圆三形通三风孔三对墩三壁应三力分三布较三好，三直径三不宜三小于20三cm，隔3―5m交错三设置三。＊离三地面三宜高三于5m；高三出设三计水三位；三并设三栅栏三。排水三孔：墩下三部过三渡段三顶部三设置三排水三孔。三排水三孔周三应设三加强三钢筋三网。三施工三时设三置的三临时三排水三孔，三竣工三后应三加以三封堵三。进人三洞：便于三检查三维修三，相三应的三检查三设备三、检三查梯三等。三、三柱式三桥墩组成三：柱式三桥墩三由盖三梁、三墩柱三及基三础组三成。盖梁三的截三面形三状为三矩形三或T形，三在城三市桥三梁中三常采用倒T形使三得架三梁后三盖梁三不外三漏，三墩身三线条三简洁三，增三加美三观。盖梁三的宽三度依三上部三结构三的形三式、三支座三间距三和尺三寸等三而定三。当铁三路桥三墩的三墩高三大于7m时，三在两三柱间三距基三础顶3～5m处设三一横三系梁三以保三证柱三的稳三定。三公路三，尤三其是三市内三立交三桥桥三墩一三般可三不设三的横三系梁三。公路三桥梁三采用三的柱三式桥三墩有三桩柱三式、三双排三桩单三排柱三式、三扩大三基础三柱式三墩。四、三轻型三桥墩轻型三桥墩三的形三状及三尺寸三多样三，除三顶帽三的纵三、横三向尺三寸拟三定同三重力三式墩三的拟三定方三法外三，其三余尺三寸的三拟定三应根三据具三体情三况由三计算三确定三。轻型三桥墩三中一三种特三殊的三类型—柔性三墩。桥墩三设计三经验三表明三，重三力式三墩控三制设三计—是截三面合三力偏三心及三墩顶三位移三。偏心三及墩三顶位三移值—主要三取决三于桥三墩受三纵向三水平三力(制动三力或三牵引三力)及墩三身刚三度。三一孔三梁上三的纵三向水三平力三由一三个墩三承受三，其三值较三大，三桥墩三截面三尺寸三必然三较大三。柔性三墩是把三几孔三简支三梁及三其墩三台用三适当三的措三施连三接起三来，三纵向三形成三多跨三的门三式结三构，三以共三同承三受水三平力三。其三中，三有的三墩设三计为三重力三式实三体墩三，而三其余三的墩三身截三面尺三寸较三小，三则作三用在三桥上三的纵三向水三平力三将按三各墩三的抗三推刚三度分三配，三大部三分水三平力三由较三刚的三重力三式墩三台承三受，三比较三柔细三的墩三将承三受较三小的三水平三力。柔性三墩的三类型三：1．刚三架式刚架三式柔三性墩三主要三用于三铁路三桥，三横桥三向为三一刚三架。三单线三桥的三刚架三柔性三墩常三由两三根立三柱、三数根三横撑三和顶三帽组三成，三如图11三—2三0(三a)所示三。用三于曲三线桥三时，三立柱三可改三用斜三柱以三增加三墩身三横向三刚度三。墩三身一三般采三用C2三0～C5三0钢筋三混凝三土建三造。2．排三架式排架三式柔三性墩三的特三点是三墩身三直接三由基三桩延三伸至三顶帽三，地三面以三下不三设承三台，三仅在三上端三通过三顶帽三把基三桩联三接如三图11三—2三0(三b)所示三。适三用于三公路三基桩三栈桥三。3．板三壁式该类三型墩三身为三一实三体钢三筋混三凝土三矩形三薄壁三，如三图11三—2三0(三c)。构三造简三单，三横向三刚度三大，三便于三滑动三模板三施工三，使三用较三为广三泛。第五三章三梁三桥桥三墩4．上三柔下三刚式三柔性三墩铁路三上当三墩高三大于20三m时，三墩身三已经三具有三足够三的柔三度，三达到三了减三小水三平力三的效三果，三此时三，若三柔性三墩过三高，三柔度三过大三，对三施工三、架三梁都三可能三存在三一些三问题三。所三以，三当墩三身很三高时三，可三采用三上柔三下刚三式的三桥墩三截面三形式三，刚三性部三分承三受柔三性部三分传三来的三力，三截面三较大三，结三构与三实体三墩相三同。《铁路三柔性三墩桥三设计三规定》规定三，图11三—2三0的柔三性墩三墩高三或上三柔下三刚的三桥墩三的柔三性部三分，三高度三不宜三超过24三m，柔三性墩三的总三高度三不宜三超过40三m。另三外，三在水三位较三低而三水流三湍急三的河三流上三，或三在有三漂流三的河三流上三，宜三采用三上柔三下刚三式桥三墩。五、三拼装三式桥三墩拼装三式桥三墩的三混凝三土强三度等三级一三般不三宜低三于C2三5，对三于不三宜更三换的三重要三受力三构件三或处三于易三受撞三击、三磨损三、腐三蚀环三境中三的构三件，三混凝三土强三度等三级不三易低三于C3三0。常采三用的三拼装三式桥三墩按三装配三构件三的形三状有三块件三拼装三式桥三墩及三杆件三拼装三式桥三墩。三杆件三拼装三式桥三墩又三可分三为板三凳式三、排三架式三及双三柱式(如图11三—2三1)。在三构造三上拼三装式三桥墩三由帽三梁、三墩柱三和基三础组三成。§7三.3桥墩三计算一、三荷载三计算（一三）永三久荷三载＊三重力：支三座传三来恒三载，三墩自三重（三含基三础襟三边土三）及上部三结构三混凝三土收三缩及三徐变三的影三响。＊三预应三力空三心墩三所受三预应三力＊三基础三变位三影响三力＊水三浮力三：水中三墩位三于碎三石类三、砂三类、三粘砂三类透三水地三基时三。检算三墩稳三定时三：设三计频三率水三位；三检算三基底三强度三及偏三心：三常水三位若不三能确三定是三否存三在浮三力，三应按三最不三利情三况考三虑。＊土三压力三：墩侧三土压三力，三一般三基本三两侧三平衡三，位三于山三坡或三桥台三锥体三护坡三范围三时不三平衡三。（二三）基三本可三变荷三载列车三、汽三车，三对于三钢筋三混凝三土柱三式墩三台应三计入三冲击三力；三对重三力式三墩台三则不三计冲三击力三。作用三于上三部结三构的平板三挂车三或履三带车三；公路三桥人三群荷三载；离心三力。(三）三其它三可变三荷载制动三力或三牵引三力风力流水三（冰三）压三力温度三力及三支座三摩擦三力人群三（铁三路桥三）(四）三偶然三荷载地震三力船筏三撞击三力二、三实体三墩计三算针对三强度三、刚三度、三抗裂三性、三稳定三性等三方面三进行三检算三。（一三）墩三身检三算项三目1.截面三合力三偏心三距；2.截面三强度(应力)；3.墩身三整体三稳定三性；4.墩顶三弹性三水平三位移三。（二三）扩三大基三础基三底检三算项三目1．基三底偏三心：三限制三不均三匀沉三降导三致墩三歪斜三；2．基三底强三度(应力)；3．倾三覆和三滑动三稳定三性；4．基三底以三下软三弱土三层的三强度三检算三；5．基三础的三沉降三。（一三）墩三身检三算项三目1截面三合力三偏心三距：《桥规》规定三了在三不同三荷载三组合三作用三下，三墩身三检算三截面三的容三许偏三心值三：永久三荷载三＋基三本可三变荷三载：[e三]=三0.三5S永久三荷载三＋基三本可三变荷三载＋三其他三可变三荷载三：圆形三截面三：[e三]=三0.三5S其他三形状三：[e三]=三0.三6S永久三荷载三＋其三他可三变荷三载（三施工三荷载三）：[e三]=三0.三7S2截面三强度当最三小应三力为三负值三时，三应进三行应三力重三分布三。3墩身三整体三稳定三性：墩身三平均三截面三积计算三长度三（与三支承三有关三）一三般按三悬臂三柱初始三切线三模量底部三垂直三弯曲三方向三全截三面惯三性矩变截三面影三响系三数桥顶三顺弯三曲方三向对三墩身三平均三截面