桥梁墩台新演示文稿

桥梁墩台新演示文稿当前第1页\共有68页\编于星期二\8点（优选）第篇桥梁墩台新当前第2页\共有68页\编于星期二\8点第一章墩台构造与设计当前第3页\共有68页\编于星期二\8点第一节概述功能桥墩多跨桥梁的中间支承结构桥台桥端支承结构，衔接线路，挡土护岸组成墩台帽墩台身基础承受荷载地震力风力流水压力等竖向力水平力弯矩上部结构当前第4页\共有68页\编于星期二\8点第二节桥墩的类型与构造1、桥墩的类型按受力刚性墩柔性墩按构造实体墩空心墩柱式墩框架墩按截面圆端形尖端形矩形圆形当前第5页\共有68页\编于星期二\8点当前第6页\共有68页\编于星期二\8点当前第7页\共有68页\编于星期二\8点当前第8页\共有68页\编于星期二\8点2、桥墩的构造（1）实体桥墩

实体桥墩可分实体重力式桥墩和实体轻型桥墩。①重力式桥墩材料：实体圬工材料优点：靠自身重量平衡外力，保证其强度和稳定自身刚度大，具有较强的防撞能力缺点：阻水面积大适用范围：适合建于承载力较高、覆盖层较薄基岩

埋深较浅的地基上

当前第9页\共有68页\编于星期二\8点②轻型桥墩（或薄壁桥墩）材料：可用混凝土、浆砌块石或钢砼材料优点：显著减少了圬工体积缺点：抗冲击力、防撞能力较差适用范围：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

墩帽直接支承桥跨结构，应力较集中，因此对大跨径重力式桥墩墩帽混凝土一般≥C20，厚度一般≥0.4m，中小跨梁桥也应≥0.3m，并设有50～100mm的檐口。

墩身是桥墩主体，其顶宽：小跨径桥重力式墩墩身宜≥80cm，轻型墩墩身宜≥60cm；中跨径桥≥100cm。当前第10页\共有68页\编于星期二\8点当前第11页\共有68页\编于星期二\8点黄石长江大桥薄壁墩构造当前第12页\共有68页\编于星期二\8点黄石长江大桥（五孔连续刚构桥）当前第13页\共有68页\编于星期二\8点当前第14页\共有68页\编于星期二\8点（2）空心桥墩

在一些高大的桥墩中，为了减少圬工体积，节约材料，或为了减少自重，降低地基的承压应力，可将墩身内部作为空腔体、即空心桥墩。它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。

构造要求：①墩身最小壁厚对砼≥50cm，对钢砼≥30cm②墩身纵横隔板

应设置横（或纵横）隔板，加强

墩身局部稳定和抗撞能力③检查设施

设置进入洞或检查设备④通风孔泄水孔

墩身周围设置直径为20～30cm的

通风孔或泄水孔，以调节壁内外

温差和平衡水压力当前第15页\共有68页\编于星期二\8点装配式预应力砼桥墩构造当前第16页\共有68页\编于星期二\8点（3）柱式（桩柱式）桥墩结构：分离的两根或多根立柱（或桩柱）组成：承台、柱式墩身和盖梁（如图）分类：单柱式、双柱式、哑铃式、混合双柱式优点：外型美观，圬工体积少，施工方便缺点：因柱间空间局限，易阻滞漂浮物适用范围：桥宽较大的城市桥梁和立交桥；

多在浅基础或高桩承台上采用构造要点：立柱一般采用C30～C40混凝土，横截面尺寸0.6～1.5m，高度较大时设横系梁；

盖梁跨高比小于5时，剪力较大，其混凝土强度等级应≥C25当前第17页\共有68页\编于星期二\8点当前第18页\共有68页\编于星期二\8点双柱式方形墩当前第19页\共有68页\编于星期二\8点双柱式圆形墩当前第20页\共有68页\编于星期二\8点（4）柔性排架桩墩结构组成：单排或双排钢砼桩与钢砼盖梁组成分类：单排桩、双排桩、薄壁式特点：将上部结构传来的水平力传递到全桥各柔性墩台或相邻刚性墩台上，减少单个柔性墩所受水平力，从而减小桩墩截面缺点：墩顶可能产生过大的位移适用范围：一般用于50～80m桥长布置要点：桥长超过50～80m时，需设置滑动支座或设置刚度较大的温度墩；孔数较多时宜将桥跨分成若干联（两活动支座间或刚性台与第一活动支座间称为一联）当前第21页\共有68页\编于星期二\8点当前第22页\共有68页\编于星期二\8点（5）框架墩结构：采用钢砼或预应力砼等压挠和挠曲构件组成

平面框架代替墩身分类：纵、横向V形、X形、Y形、倒梯形等特点：轻巧美观；同时提高桥梁的跨越能力，缩短

主梁的跨径，降低梁高

当前第23页\共有68页\编于星期二\8点X型桥墩当前第24页\共有68页\编于星期二\8点某开合桥V型桥墩当前第25页\共有68页\编于星期二\8点我国首例铁路V形桥墩转体架梁当前第26页\共有68页\编于星期二\8点3、桥墩防撞

流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞击和大面积流冰堆积现象以及流冰对桥墩的磨损。对此，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（如图）。

航运繁忙的河道，船只往往因突发原因引起航行失控，或因能见度低造成船墩相撞。桥墩在设计中不但要有一定抵抗船舶冲击的能力，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。当前第27页\共有68页\编于星期二\8点墩身平面形状与破冰棱体当前第28页\共有68页\编于星期二\8点第三节桥台的类型与构造1、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薄壁轻型桥台支承梁型桥台桥台八字式和一字式桥台埋置式桥台U形桥台当前第29页\共有68页\编于星期二\8点2、桥台的构造（1）重力式桥台重力式桥台主要靠自重来平衡台后土压力。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，并采用就地浇筑的方法施工。U形桥台结构特点：由前墙和两侧墙构成U形优点：构造简单；基底承压面大，应力较小缺点：圬工体积大；台内填土易积水，冻胀后使桥

台结构产生裂缝适用范围：8～10m填土高度的中等跨径桥梁当前第30页\共有68页\编于星期二\8点当前第31页\共有68页\编于星期二\8点当前第32页\共有68页\编于星期二\8点当前第33页\共有68页\编于星期二\8点（2）轻型桥台

钢砼轻型桥台，其构造特点是利用钢砼结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。①薄壁轻型桥台②支承梁型桥台（略）当前第34页\共有68页\编于星期二\8点（3）框架式桥台当前第35页\共有68页\编于星期二\8点（4）组合式桥台当前第36页\共有68页\编于星期二\8点（5）承拉式桥台当前第37页\共有68页\编于星期二\8点第二章桥梁墩台的计算第一节墩台作用及其效应组合1、墩台计算中的作用（1）永久作用恒载支承反力包括上部结构砼收缩、徐变影响墩台自重

包括基础襟边上的土重及其侧压力预应力

如对装配式压应力空心墩所施加的预应力基础变位影响变位对超静定结构引起的附加内力水的浮力对于透水性地基，稳定验算时计算水的不利浮力，应力验算时考虑水的有利浮力当前第38页\共有68页\编于星期二\8点（2）可变作用（桥台不计风力、流水压力、冰压力）汽车荷载包括汽车冲击力（对重力式墩台可不计冲击力）、离心力、制动力、土侧压力人群荷载风力、流水压力、冰压力

桥台不计此项温度应力温度变化对超静定结构引起的附加内力支座摩阻力（3）偶然作用（桥台只考虑地震力）地震力

桥台只考虑此项船只或漂浮物撞击力施工荷载涌潮等间歇性荷载

某些特殊河道出现涌潮现象当前第39页\共有68页\编于星期二\8点2、荷载计算包括恒载和水的浮力、侧向土压力、汽车荷载冲击力、汽车荷载制动力、流水压力、冰压力、般只或漂浮物的撞击力、地震力。（1）恒载和水的浮力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，要根据地基土性质来考虑。

公路桥梁设计规范中，在考虑水的浮力时，对不同土质和不同的计算内容作了不同的规定：①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，当前第40页\共有68页\编于星期二\8点仅考虑低水位时的浮力，或不考虑水的浮力。②基础嵌入不透水性地基的墩台，可不考虑水的浮力。③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。关于自由水与结合水对浮力的影响砂性土：孔隙水多为自由水，可按有浮力考虑粘性土：孔隙水中既有自由水又有结合水含水量接近或超过液限，应考虑浮力含水量小于塑限时，不考虑浮力含水量介于液限与塑限之间，按不利情况考虑当前第41页\共有68页\编于星期二\8点（2）土的重力及侧向土压力一般桥台和挡土墙考虑主动土压力。桥台和挡土墙前面地面或冲刷线以下的土压力，由于台后和墙后考虑了主动土压力，台前和墙前可考虑静土压力。

ej——高度h处静土压力强度；ξ——压实土的静土压力系数；γ——土的重力密度；φ——土的内摩擦角；

h——填土顶面至任一点的高度；H——填土顶面至基底高度；Ej——高度范围内单位宽度的静土

压力标准值。①静土压力标准值当前第42页\共有68页\编于星期二\8点E——主动土压力标准值；γ——土的重力密度；

B——台的计算宽度或挡土墙

的计算长度；H——计算土层高度；β——填土表面与水平面的夹角。主动土压力的着力点自计算土层地面算起，C=H/3。②主动土压力标准值土层特性无变化且无汽车荷载时，作用在桥台、挡土墙前后的主动土压力标准值可按右式计算当前第43页\共有68页\编于星期二\8点土压力着力点自计算土层地面算起：当β=0°时，破坏棱体破裂面与竖直线间的夹角θ的正切值可按下式计算式中h——汽车荷载的等代均布土层厚度。

当土层特性无变化但有汽车荷载作用时，作用在桥台、挡土墙后的主动土压力标准值在β=0°时可按下式计算：

当前第44页\共有68页\编于星期二\8点主动土压力图当前第45页\共有68页\编于星期二\8点③桩柱式桥台土压力的计算宽

桩柱式桥台或岸墩，每根桩柱所受到土压力的计算宽度大于实际桩柱的宽度，增大多少现还缺少足够的理论分析和实践数据。公路桥涵设计规范规定：当桩柱间净距小于等于桩柱直径或宽度时(如图所示)，不考虑桩柱间空隙的折减，作用在每根桩柱上的土压力计算宽度按下式计算：

当桩柱间净距

li大于桩柱直径

D

或宽度时：若

D≤1m若

D＞1m当前第46页\共有68页\编于星期二\8点柱的土侧压力计算宽度当桩柱间净距大于桩柱直径或宽度时，应根据桩柱的直径或宽度考虑桩柱间空隙的折减，如果桩柱直径小于等于1m，作用在每一桩柱压力的计算宽度为：如果桩柱直径大于1m，则作用在每一桩柱压力的计算宽度为：当前第47页\共有68页\编于星期二\8点（3）汽车荷载冲击力

钢筋混凝土桩柱式墩台，以及其它轻型墩台，在计算汽车荷载时应计入冲击力。因属于局部加载故冲击系数取1.3。（4）汽车荷载制动力

汽车荷载的制动力是桥梁墩台承受的主要纵向水平力之一，可按公路桥涵设计规范中有关规定计算。

在计算梁式桥墩台时，制动力可移至支座中心（铰或滚轴的中心）或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上。当前第48页\共有68页\编于星期二\8点（5）流水压力

桥墩上的流水压力，按路桥设计规范的规定计算。流水压力的合力作用点，假定在设计水位以下1/3水深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈倒三角形。

位于涌潮河段的桥墩台，应考虑因涌潮潮差产生的水压力和涌潮对桥墩的拍击力。（6）冰压力

严寒地区位于有冰棱河流或水库中的桥梁墩台，应根据冰棱及墩台形状计算冰压力。

严寒地区位于有冰棱河流或水库中的桥梁墩台，应根据当地冰棱的具体情况及墩台形状计算冰压力。冰压力有竖向和水平向作用力，主要是水平向作用力。竖向力是由冰层水位升降而对桥梁墩台产生的作用；水平向作用力包括：因风和水流作用于大面积冰层而产生的静压力、冰堆整体推移产生的静压力、河流流冰产生的动压力等。

当前第49页\共有68页\编于星期二\8点（7）船只或漂流物的撞击力

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：W——漂流物的重量；可根据实际调查

确定；

V——水的流速；

T——撞击时间，在无实际资料时可用

1s；

g——重力加速度9.81。当前第50页\共有68页\编于星期二\8点

规范规定，船只的撞击力可根据河道等级和船只的撞击力方向按下表的数值计算。实际上，如航道中有大吨位船只航行时，应根据具体情况另作分析确定。

船只撞击力的作用点，假定在计算通航水位线上，墩台身的宽度或长度的中点处；当设有与墩、台分开的防撞防护构造时，可不计船只撞击力；对于四、五、六级航道内的钢筋混凝土桩墩，顺桥向撞击力按下表所列数值的50％计算。内河航道标准船舶吨位DWT（t）横桥向撞击作用（kN）顺桥向撞击作用（kN）一

3000

1400

1100二

2000

1100

900三

1000

800

650四

500

550

450五

300

400

350六

100

250

200七

20

150

125当前第51页\共有68页\编于星期二\8点（8）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。

桥梁下部结构在地震时可能会出现的震害有：受到地震力后，墩台和基础截面强度延性和稳定性不够，以致发生结构开裂、折断、位移而引起落梁；地基土液化使墩台下沉、位移、倾斜，桥梁损坏；引道、岸坡滑移下沉致使墩台损坏，危及上部结构等。

因此，应在结构设计和地基处理方面进行抗震验算，桥梁的抗震设计计算和设防可参照《公路工程抗震设计规范》有关规定进行。当前第52页\共有68页\编于星期二\8点3、荷载组合

桥梁墩台计算时，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。在进行墩台荷载效应组合时，尚需考虑按顺桥向和横桥向的最不利布载。

在所有荷载中，车辆荷载的变动对荷载组合起着支配作用。桥墩计算中，一般需验算墩身截面的强度、作用在墩身截面上合力的偏心距及桥墩的稳定性等。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。

下面分别说明梁桥和拱桥墩台可能出现的组合。当前第53页\共有68页\编于星期二\8点（1）顺桥向承受最大竖向荷载

将汽车荷载纵向布置在相邻的两孔桥跨上，并且将重轴布置在计算桥墩处，此时竖向荷载最大，但偏心较小如图（a）；（2）顺桥向承受最大偏心荷载

当汽车荷载只在一孔桥跨上布置时，同时有其它水平荷载，这时竖向荷载较小，而水平荷载引起的弯矩大，可能使墩身截面产生很大的合力偏心距，或者此时桥墩的稳定性也是最不利的如图（b）。当前第54页\共有68页\编于星期二\8点（3）最大横桥向的偏载、横桥向最大竖向荷载

在横向计算时，桥跨上的汽车荷载可能是一列靠边行驶，这时产生最大横向偏心距；也可能是多列满载，使竖向力较大而横向偏心较小，如图（c）所示。当前第55页\共有68页\编于星期二\8点（4）桥台的荷载组合①考虑最大弯矩组合在桥跨结构上布置车辆荷载，温度下降，顺向制动力，并考虑台后土侧压力；②考虑最大水平力与最大反向弯矩组合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；③考虑最大竖向力组合在桥跨结构上和台后破坏棱体上满布车辆荷载，温度下降，顺向制动力，并考虑台后土侧压力。当前第56页\共有68页\编于星期二\8点第二节墩台的计算与验算1、重力式桥墩计算与验算重力式桥墩主要采用圬工材料，按承载能力极限状态设计时，采用下列表达式：γ0——结构重要性系数：特大桥、重要大桥取1.1，大桥、中桥、重要小桥取1.0，小桥、涵洞取0.9；

S——作用效应组合设计值；

R——构件承载力设计值函数；

fd——材料强度设计值；

ad——几何参数设计值（可采用设计文件规定值）。当前第57页\共有68页\编于星期二\8点（1）截面承载能力极限状态验算

墩台截面强度验算包括下述内容:选取验算截面、验算截面的内力计算、强度验算，截面偏心距验算。①选取验算截面

桥梁墩台强度验算截面，通常选取墩台身的基础顶面与墩台身截面突变处。采用悬臂式墩台帽的墩身，除对墩台帽进行验算外，应对墩台帽交界处墩身截面进行验算。当桥墩、台较高时，最危险截面不一定在墩台身底部，需沿墩台身每隔2～3m选取一个验算截面。②内力计算

纵向力、水平力、弯矩。③强度验算

按桥规验算。④偏心距验算

验算截面偏心距不能超过表中限值。当前第58页\共有68页\编于星期二\8点作用组合偏心距限值基本组合e≤0.6s偶然组合e≤0.7s受压构件偏心距限值

当偏心距超过上表限值时，构件应按下列公式计算：

Nd——轴向力设计值；

A——构件截面面积；

W——受拉边缘弹性抵抗拒；ftmd——弯曲抗拉强度设计值；

φ——砌体偏心受压构件承载力影响系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数。当前第59页\共有68页\编于星期二\8点⑤直接抗剪验算

当拱桥的相邻两孔推力不等时，应按下式验算拱座截面的抗剪强度：Vd——剪力设计值；

A——受剪截面面积；fvd——砌体或混凝土抗剪强度设计值；

μf——摩擦系数，取0.7；

Nk——与受剪截面垂直的压力标准值。【注】上述所有参数均应按《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）中有关规定取值。当前第60页\共有68页\编于星期二\8点（2）桥墩的稳定性验算Nj——各种组合中最不利的设计荷载效应（竖向力）；

φ——受压构件纵向弯曲系数，按公式计算或查表；

α——与砂浆强度有关的系数：对5、2.5、1号砂浆分别采

用0.002、0.0025、0.004，对混凝土采用0.002；

A——验算截面的面积；Rja——材料的抗压极限强度；

γm——安全系数。①纵向挠曲稳定验算当前第61页\共有68页\编于星期二\8点附：受压构件纵向弯曲系数

β——矩形截面取β=l0/hw；l0、hw——墩台计算长度、截面在弯曲平面的高度；

e0——竖向力偏心距；

rw——在弯曲平面内截面（换算截面）回转半径。当前第62页\共有68页\编于星期二\8点②抗倾覆稳定性验算

如右图，当墩台处于临界稳定平衡状态时，绕倾覆转轴A−A取矩，可得即上述方程左边第一项为稳定力矩，第二项为倾覆力矩。当前第63页\共有68页\编于星期二\8点因此，抗倾覆稳定性系数K0按下式计算：M稳——稳定力矩；M倾——倾覆力矩；

Pi——作用标准值组合（地震除外）引起的竖向力；

ei——竖向力Pi对验算截面重心的力臂（平距）；

Hi——作用标准值组合（地震除外）引起的水平力；

hi——水平力Hi对验算截面重心的力臂（垂距）；

s——截面形心O至验算倾覆转轴A−A的水平距离；

K01——抗倾覆稳定系数最小容许值（见表）。当前第64页\共有68页\编于星期二\8点③抗滑移稳定性验算

抗滑移稳定性系数Kc按下式计算：∑Pi——竖向力总和（包括水的浮力）