《桥梁墩台-计算》课件

桥梁墩台—计算欢迎来到桥梁墩台计算课程。本课程将深入探讨桥梁墩台的设计和计算方法，为您提供全面的理论知识和实践技能。课程目标与内容掌握基本理论学习桥梁墩台的基本概念、作用和构造。理解计算方法深入了解各类荷载计算和结构分析技术。掌握设计技巧学习抗震设计、基础设计等实用技能。实践应用通过实例和习题巩固所学知识。桥梁墩台的作用和构造作用墩台是桥梁的关键支撑结构，承担上部结构荷载，并将其传递至地基。它们还需抵抗水流、风力等外部作用。构造主要由台身、基础和附属构件组成。台身可分为实体式和空心式，基础包括浅基础和深基础两种类型。桥梁墩台荷载的种类永久荷载包括结构自重、附加恒载等。车辆荷载包括汽车荷载、人群荷载等。风荷载考虑不同高度和地形的风压。温度荷载包括均匀温度变化和温度梯度。永久荷载的计算1结构自重根据材料密度和体积计算。考虑混凝土、钢筋、预应力钢材等。2附加恒载包括桥面系、护栏、管线等重量。需详细统计各部分重量。3土压力考虑填土高度、土质特性，计算主动土压力和被动土压力。车辆荷载的计算车道布置根据桥面宽度确定车道数量和宽度，考虑最不利荷载布置。车辆荷载模型采用公路-I级荷载或城市-A级荷载，包括集中力和均布力。动力系数考虑车辆行驶引起的动力效应，根据跨径确定动力系数。横向分布利用横向分布系数法或空间分析法确定各墩台所承受的荷载。风荷载的计算基本风压确定根据桥址所在地区的气象资料确定基本风压。高度变化系数考虑风压随高度的变化，通常采用指数律。地形地貌系数根据桥址周围地形条件确定地形地貌系数。风荷载计算计算作用在墩台上的风压力，考虑迎风面积和风压系数。温度荷载的计算1气温数据收集获取桥址多年气温统计资料。2均匀温度变化计算结构整体升降温引起的变形。3温度梯度考虑结构内外温差引起的应力。4温度效应分析计算温度变化对墩台的影响。地震荷载的计算1地震烈度确定根据桥址抗震设防烈度确定。2地震影响系数考虑场地类别和特征周期。3结构重要性系数根据桥梁等级确定。4地震作用计算采用反应谱法或时程分析法。组合荷载的计算1极限状态组合考虑结构承载能力极限状态，采用最不利荷载组合。2正常使用状态组合考虑结构正常使用条件下的荷载组合。3施工阶段组合考虑施工过程中的临时荷载组合。4偶然事件组合考虑地震、撞击等偶然事件的荷载组合。桥梁墩台的空间受力分析空间结构模型建立墩台的三维有限元模型，考虑墩身、基础和上部结构的相互作用。模型应反映结构的几何特征和材料属性。荷载施加将各种荷载按实际情况施加到模型上，包括垂直荷载、水平荷载和弯矩等。考虑荷载的空间分布和组合。分析方法采用线性或非线性分析方法，计算墩台的内力分布、变形和应力状态。必要时进行动力分析。挠度计算1弹性挠度根据材料弹性模量和荷载情况，计算墩台的弹性变形。2徐变和收缩考虑混凝土长期变形特性，计算徐变和收缩引起的附加挠度。3基础变形分析基础沉降对墩台挠度的影响，特别是不均匀沉降。4总挠度综合考虑各种因素，计算墩台的总挠度，并与规范限值比较。应力计算轴向应力计算墩台承受垂直荷载产生的压应力。弯曲应力分析水平力和偏心荷载引起的弯曲应力。剪应力计算水平荷载和扭转作用产生的剪应力。组合应力考虑多种应力的叠加效应，进行强度验算。变形计算弹性变形计算荷载作用下的即时弹性变形，考虑材料的弹性模量和泊松比。塑性变形分析荷载超过弹性限度后的塑性变形，评估结构的塑性变形能力。温度变形计算温度变化引起的墩台膨胀和收缩，考虑温度梯度效应。长期变形分析混凝土徐变和收缩引起的长期变形，预测结构的长期性能。稳定性计算整体稳定性分析墩台的倾覆和滑动稳定性，计算安全系数。局部稳定性检查墩身薄壁结构的局部屈曲，特别是空心墩。动力稳定性分析地震和风荷载下的动力稳定性，评估振动特性。长期稳定性考虑材料劣化和基础沉降对墩台长期稳定性的影响。抗震设计要求1抗震性能目标确定不同地震水平下的性能要求，如小震不损、中震可修、大震不倒。2构造措施采用抗震构造细节，如增加配筋率、设置抗震缝等。3材料要求选用高强度、高延性的材料，提高结构的抗震能力。4计算方法采用合适的抗震计算方法，如反应谱法或时程分析法。抗震设计方法基于力的设计法采用等效静力法或反应谱法，计算地震作用下的内力，进行承载力设计。这种方法简单实用，适用于常规桥梁。基于位移的设计法以结构变形为控制目标，评估墩台的位移需求和能力。这种方法更能反映结构的实际抗震性能。性能化设计法根据不同地震水平设定性能目标，综合考虑结构的承载力、变形能力和损伤程度。适用于重要桥梁。抗震设计实例抗震加固展示某既有桥梁墩台的抗震加固方案，包括增设钢套箍、碳纤维包裹等措施。隔震设计展示采用隔震支座的桥梁墩台设计，说明隔震原理和效果。耗能设计展示在墩台中采用耗能装置的设计案例，如金属阻尼器或粘滞阻尼器。基础设计1地质勘察收集详细的地质资料。2基础型式选择根据地质条件和荷载确定。3承载力计算验算基础的竖向和水平承载力。4沉降分析计算基础的沉降量。5抗浮验算检查基础的抗浮稳定性。基底面积计算荷载汇集计算传递到基础的各种荷载，包括恒载和可变荷载。地基承载力确定根据地质资料确定地基的允许承载力。偏心度计算考虑荷载偏心对基底应力分布的影响。面积计算根据荷载和地基承载力，计算所需的基底面积。地基承载力验算极限承载力法计算地基的极限承载力，并引入安全系数进行验算。允许应力法计算基底应力，与地基允许承载力比较。沉降验算计算基础沉降量，确保不超过允许值。动力承载力考虑地震作用下的动力承载力，进行抗震验算。基础受力计算1荷载传递分析分析上部结构荷载如何传递到基础，考虑墩台的刚度和变形。2基底应力计算计算基底的正应力分布，考虑偏心荷载的影响。3剪力和弯矩计算计算基础内部的剪力和弯矩分布，确定配筋需求。4抗冲切验算检查基础的抗冲切能力，特别是对于大型独立基础。基础沉降计算1即时沉降计算荷载作用下的弹性沉降量。2固结沉降分析饱和粘性土的长期固结沉降。3二次固结考虑软土地基的持续变形。4差异沉降评估不均匀沉降对结构的影响。抗浮稳定性验算浮力计算计算地下水对基础的浮力作用。重力计算计算基础自重和上部结构重量。摩擦力考虑基础侧面与土体的摩擦力。稳定系数计算抗浮稳定系数，确保安全。基桩设计桩型选择根据地质条件和荷载特征，选择合适的桩型，如摩擦桩、端承桩或复合桩。考虑施工条件和经济性。桩长确定根据地层分布和承载层深度确定桩长。考虑桩的有效长度和嵌固深度，确保足够的承载能力。桩径设计根据荷载大小和地质条件确定桩径。大直径桩适用于承载力要求高的情况，小直径桩适合密集排布。桩基承载力计算1静力计算法根据土层参数计算单桩极限承载力。2动力公式法利用打桩过程中的动力参数估算承载力。3静载试验通过现场试验直接测定桩的承载力。4群桩效应分析考虑桩间相互影响，计算群桩承载力。桩头受力分析轴向力计算传递到桩头的竖向荷载，包括上部结构重量和活载。水平力分析风荷载、地震力等引起的水平力。弯矩考虑偏心荷载和水平力引起的弯矩。剪力计算桩头与承台连接处的剪力。桩基沉降计算1单桩沉降计算单个桩基在荷载作用下的沉降量。2群桩沉降考虑桩间相互作用，计算群桩的整体沉降。3负摩阻力分析周围土体下沉引起的负摩阻力对沉降的影响。4长期沉降预测桩基在长期荷载作用下的沉降发展。抗浮稳定性验算1浮力计算考虑地下水位变化。2桩身重量计算桩基和上部结构重量。3桩侧摩阻力考虑桩与土体间的摩擦