鐵路重力式橋墩

1、鐵路橋墩及樁基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)一、基本資料及檢算要求1 .橋跨結(jié)構(gòu)：等跨L=32m道殖橋面預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁全長(zhǎng) 32.6m，梁縫0.lm ,軌底至梁底高度為 2.6m，軌底至支承墊石高度為3.0m。搖軸支座，支座全高0.4m,支座中心至支承墊石頂面為0.325m。每孔梁重 2124kN （包括支座重）。梁上采用道殖橋面鋼筋混凝土軌枕及雙側(cè)有 1.05m寬人行道，其重量為 V=48 kN/m 。2. 橋上線路情況:I級(jí)線路，單線，曲線半徑R= 1500m，設(shè)計(jì)行車速度 V=120km/h。3. 荷載：列車活載為中一活載，風(fēng)壓強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求采用。4. 無流水，無冰凍。5. 土質(zhì)情況：第1層雜填土，

2、基本承載力 o0 =130kPa, 土的容重Y=16kN/m3。第2層沙黏土，液化指數(shù)I l =0.667 ,空隙比e=0.88，基本承載力o°=190kPa,極限摩 擦力f=80 kPa,地基系數(shù)的比例系數(shù) m=10000 kN/m 4 ,土的容重Y=18kN/m3'。第3層卵石，中密，基本承載力o0 =500kPa,極限摩擦力f=120 kPa, 土的容重V =20kN/m 3，地基系數(shù)的比例系數(shù) m=30000 kN/m4。6 .橋墩尺寸及所用建筑材料：橋墩尺寸見圖，頂帽采用C20鋼筋混凝土，托盤采用C20混凝土，墩身 C15，及基礎(chǔ)采用C20混凝土。7 .檢算要求:按

3、鐵路橋規(guī)要求，檢算墩身及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。5性。鋼筋混凝土2卜時(shí)一岸 _C20混凝土r,BB *圖中單位：cminCL5混虞土二：計(jì)算步驟與內(nèi)容：（一）荷載計(jì)算何載恒載包括橋跨結(jié)構(gòu)自重和橋墩（頂帽、墩身及基礎(chǔ)）自重。1. 橋跨結(jié)構(gòu)自重由支座傳來的橋跨結(jié)構(gòu)恒載壓力，包括梁及支座、線路設(shè)備及人行道的重量。梁及 支座重可從選用的橋跨標(biāo)準(zhǔn)圖中查取。橋墩上所受的橋跨恒載壓力等于相鄰兩橋跨通過 支座傳來的反力之和，等跨時(shí)傳來的橋跨恒載壓力作用在橋墩中心線上。2 .橋墩自重計(jì)算橋墩自重時(shí)，常將橋墩頂帽、托盤、墩身分別計(jì)算，最后求和。各種與工容重統(tǒng)一按下列數(shù)值采用；鋼筋混凝土 25kN/m3,混凝土、片石混凝士、漿砌

4、塊石23kN/m3,漿砌片石 22kN/m3?；钶d我國(guó)現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載稱為“中一活載”。由于橋跨上列車活載位置不斷變化，傳給橋墩的壓力和影響也不同。設(shè)計(jì)橋墩時(shí)，活載的布置應(yīng)使橋墩處于最不利的受力狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，檢算中常用的活載加載圖式有一孔重載，一孔輕載，雙孔重載。1 . 一孔重載（或稱單孔重載）僅在一孔梁上布滿活載，并使五個(gè)集中荷載位于所需要檢算橋墩的一此種加載圖式、能對(duì)橋墩產(chǎn)生最大的豎向偏心壓力和較大的縱向水平力（牽引力）。2. 一孔輕載（或稱單孔輕載）也是在一孔梁上布滿活載，但五個(gè)集中荷載位于檢算墩上梁的另一端。這種加載圖式對(duì)橋墩的豎向偏心壓力較一孔重載小，而縱向水平力（制動(dòng)力）大小

5、與一孔重載相同。3 .雙孔重載在檢算橋墩相鄰的兩孔梁上都布置活載，要求使橋墩上兩個(gè)支座反力之和達(dá)到最大值。結(jié)構(gòu)力學(xué)原理可知，如果相鄰兩孔梁的跨度分別為 Li和L2,兩孔梁上靜活載分別為 Gi和G2,則當(dāng) 生=色時(shí)，中墩的支座反力為最大。由此可求得加載圖式中的x值（即活載在梁上Li L2的加載位置）。離心力橋墩所受離心力的大小等于與活載圖式相應(yīng)的支座反力乘以離心力率，作用點(diǎn)在軌頂以上2m處。制動(dòng)力或牽引力1 .通過固定支座時(shí)，為全孔制動(dòng)力的100%;2.通過滾動(dòng)支座時(shí)，為全孔制動(dòng)力的25%;在一個(gè)橋墩上，通常相鄰兩孔梁的支座分別為固定支座和活動(dòng)支座。兩孔梁通過支座 傳給橋墩的制動(dòng)力不得大于其中一

6、孔梁（如為不等跨，應(yīng)取大跨梁）滿布最大活載時(shí)由固 定支座傳給橋墩的制動(dòng)力。梁上制動(dòng)力的作用點(diǎn)在軌頂以上2m處，而計(jì)算橋墩時(shí)，可將制動(dòng)力移至支座皎中心處，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可不計(jì)因移動(dòng)力的作用點(diǎn)而產(chǎn)生對(duì)支座的附加豎向反力。因此，計(jì)算制 動(dòng)力對(duì)所檢算截面產(chǎn)生的力矩時(shí)，就等于橋墩上的制動(dòng)力乘以該檢算截面至支座皎中心的 距離。風(fēng)力風(fēng)力是作用在受風(fēng)建筑物上的水平力；它的大小可按其所受風(fēng)荷載強(qiáng)度W（P a）乘受風(fēng)面積A （m 2）求得。計(jì)算風(fēng)力時(shí)，應(yīng)注意下列規(guī)定；橋上有車時(shí)，風(fēng)荷載強(qiáng)度按其80%計(jì)算，并不大于1250P a ;列車的受風(fēng)面積按3 m高的長(zhǎng)方帶計(jì)算，其作用點(diǎn)在軌頂以上2m處，并不計(jì)縱向風(fēng)力；實(shí)體梁

7、及橋面受風(fēng)面積按其橋跨橫向受風(fēng)輪廓面積計(jì)算，即梁底 至軌頂?shù)母叨扰c左右兩孔梁跨中線所圍成的面積；橋墩風(fēng)力應(yīng)分別計(jì)算縱向風(fēng)力和橫向風(fēng) 力。（二）、荷載組合橋墩中檢算中主力組合一般不控制設(shè)計(jì)，而是由主力加附加力組合控制。本設(shè)計(jì)選擇以下4種荷載組合。1. 一孔輕載+縱向附加力的組合2. 一孔重載+縱向附加力的組合3 .雙孔重載+縱向附加力的組合4、雙孔重載+橫向附加力的組合（三）、墩身檢算重力式橋墩是用拷工建造的柱式偏心受壓結(jié)構(gòu)，為使其在各種荷載作用下能滿足強(qiáng)度、 剛度、抗裂性與穩(wěn)定性的要求，應(yīng)對(duì)橋墩做如下幾方面的力學(xué)檢算。1、墩身受壓穩(wěn)定檢算1）.一孔重載+縱向附加力的組合2）.雙孔重載+縱向附加

8、力的組合3）、雙孔重載+橫向附加力的組合2、墩身截面強(qiáng)度檢算1）.一孔重載+縱向附加力的組合2 ）、雙孔重載+橫向附加力的組合應(yīng)力重分布計(jì)算由于混凝土及砌石拷工的抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)截面出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，要進(jìn)行應(yīng)力重分布的計(jì)算。3、墩身截面的偏心矩檢算采用荷載組合：1） . 一孔輕載+縱向附加力的2 ）、雙孔重載+橫向附加力的組合墩身截面偏心的檢算，就是檢算各截面上的合力作用點(diǎn)（即截面上豎向力的作用點(diǎn)）到截面形心的偏心矩。不得大于相應(yīng)的容許偏心值，只需檢算縱向偏心即可，不必考慮合成偏心。即式中符號(hào)意義同前。橋規(guī)中規(guī)定了在不同荷載組合作用下，墩身檢算截面的容許偏心值:主力加附加力作用下矩形截面4、墩頂彈

9、性水平位（略）附錄：鐵路橋墩計(jì)算示例一、基本資料及檢算要求1 .橋跨結(jié)構(gòu)：等跨 L=24m道殖橋面預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁全長(zhǎng) 24.6m，梁縫0.lm ,軌底至梁底高度為2.6m，軌底至支承墊石高度為3.0m。搖軸支座，支座全高0.4m,支座中心至支承墊石頂面為 0.325m。每孔梁重1583.5kN （包括支座重）。梁上采用道殖橋面鋼筋混凝土 軌枕及雙側(cè)有1.05m寬人行道，其重量為 V=47.4 kN/m 。曲線外側(cè)圖曲線上矩形橋墩2. 橋上線路情況:I級(jí)線路，單線，曲線半徑R= 600m，設(shè)計(jì)行車速度 V=120km/h。3. 荷載：列車活載為中一活載，風(fēng)壓強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求采用。4. 無流

10、水，無冰凍。5. 土質(zhì)情況：第 1層沙黏土，液化指數(shù)I l =0.667，空隙比e=0.88,基本承載力% =190kPa, 土的容重：'=18kN/m3。第2層黏土，液化指數(shù)Il =0.111,空隙比e=0.69,基本承載力。0 =371kPa, 土的容重 ？ = 19.5kN/m3。6 .橋墩尺寸及所用建筑材料：橋墩尺寸見圖，頂帽采用C20鋼筋混凝土，托盤采用C20混凝土，墩身及基礎(chǔ)采用 C15片石混凝土。7.檢算要求：按鐵路橋規(guī)要求，檢算墩身及基底截面。二、荷載計(jì)算（一）恒載1. 由橋跨結(jié)構(gòu)傳來的恒載壓力對(duì)于等跨度梁的橋墩，由橋跨結(jié)構(gòu)傳給橋墩的恒載壓力N1為1孔梁重及左右孔梁跨中

11、之間的梁上線路設(shè)備及人行道重，即N1 =1583.5 47.4 24.6 0.1 = 2754.28 kN為了減小橋墩所承受由離心力產(chǎn)生的彎矩，將支座布置于偏心曲線內(nèi)側(cè)，橫向預(yù)偏心為0.5m,由此產(chǎn)生的彎矩為M y1 = 2754.28X 0.5 = 1377.14kN.m （負(fù)號(hào)表示與離心力產(chǎn)生彎矩方向相反）2.頂帽、托盤及墩身重頂帽重N21 =2.7 6.0 0.5 25= 202.5 kN托盤重N22 =0.5 5.6 3.6 1.5 2.3 23 = 365 kN墩身重應(yīng)根據(jù)檢算截面的需要分段計(jì)算，本例對(duì)墩身僅檢算墩底截面，所以近似采用下列公式計(jì)算墩高 h = 22.5m的體積及重量。

12、墩頂截面積A,=2.3 3.6 =8.28m2墩底截面積A2 = 3.12 4.35 = 13.572 m2墩身體積V = A A2 . A1A2 h 3=8.28 13.5728.28 13.572 22.5/3= 243.40 m3墩身重N23 =243.40 23 = 5598.2 kN墩底以上橋墩自重N2 =202.5 365 5598.2 =6165.7 kN（二）活載對(duì)于各檢算項(xiàng)目的最不利活載圖式為單孔輕載和雙孔重載，分別計(jì)算如下:1.單孔輕載：活載布置如圖 11 39所示。（1）靜活載反力圖禎一陽草孔輕栽5 220 3-0.35 92 17.2 24.35-17= 1159.91

13、 kN(2) 靜活載反力對(duì)橋墩中心的縱向偏心彎矩為MyR1 =0.35R1 =0.35 1159.91= 405.97 kN.m(3) 制動(dòng)力R =5 220 92 17.2 0.1 =268.24kN制動(dòng)力作用點(diǎn)在支座中心處，支座中心至墩底距離c =0.325 0.5 1.5 22.5 = 24.825 mP1對(duì)墩身底部截面彎矩為M P1 = P1 c = 268.24 24.824 = 6659.06 kN.m2 .雙孔重載：活載布置如圖11 40所示。突一/|- 工.一 15 霓二xV1土】5 + #耳點(diǎn)一 M15.23) 1S >220 kNjjll(11.62)ua.3fij財(cái)

14、動(dòng)力92kN/m(5,97廣80kN/m 1 1 11 1 IT _ 1 1 1 1TTTnTrrrrTLt-24m1tRjJLj = 24 m0.35mN 35m檢算Kt中心較圖1140雙TL重載對(duì)于等跨度梁橋墩，G = G2,可得5 220 16.85-x 92 =92 13.15 x 8011.2-xx =5.23m(1) 靜活載反力R2 = 5 220 5.23 3 92 11.62 24.35 -11.62/2 】/24= 1203.04kNR3 = 80 5.97 5.97/2 92 18.38 5.97 18.38/2 1/ 24= 1127.52kNR2 R3 =2330.56

15、kN(2) 靜活載反力對(duì)橋墩中心的縱向偏心彎矩為MyR =0.35 R2 -R3 )=0.35 1203.04-1127.52=26.43 kN.m(3) 靜活載反力對(duì)橋墩中心的橫向偏心彎矩為Mxr =-2330.56 0.5= -1165.28 kN.m(4) 離心力離心力率c =V2 127r =1202 127 600 = 0.189 - 0.15采用0.15。雙孔重載離心力Pl = 0.15 2330.56 = 349.58 kN離心力作用在軌頂以上 2m處，作用點(diǎn)至墩底距離為2m+鋼軌高+軌底至支承墊石頂高度+墩高，即Cl =2 0.15 3 24.5 = 29.65m離心力對(duì)墩底截

16、面產(chǎn)生的彎矩為MPl =349.58 29.65 = 10365.05kN.m(5) 制動(dòng)力通過固定支座傳遞的制動(dòng)力為0.1 5 220 92 11.62 100% =216.90kN通過滾動(dòng)支座傳遞的制動(dòng)力為0.1 80 5.97 92 18.38 25%=54.21kN以上兩項(xiàng)合計(jì)216.9 +54.21 =271.11 kN ,此值大于單孔輕載時(shí)的最大制動(dòng)力 268.24kN，故雙孔重載制動(dòng)力采用268.24kN。當(dāng)制動(dòng)力與離心力同時(shí)計(jì)算時(shí)，則制動(dòng)力按上述數(shù)值的70%計(jì)算，即' _ _ _ _ _ . _ Pt =0.7 268.24 =187.77kNp 對(duì)墩底產(chǎn)生彎矩 M t

17、=187.77K 24.82 = 4660.45 kN.m(三) 風(fēng)力1. 縱向風(fēng)力 本例風(fēng)荷載強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求采用，有車時(shí)風(fēng)荷載強(qiáng)度為W =K1K2800Pa =1.4 1.1 800 = 1.232kPa式中Ki風(fēng)載體型系數(shù)，根據(jù)橋墩長(zhǎng)邊迎風(fēng)的矩形截面及1 <1.5,由鐵路橋規(guī)查得為1.4。K2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)軌頂距地面高度由鐵路橋規(guī)查得為 1.1。(1)頂帽風(fēng)力 Pxi =6 0.5 1.232 =3.70kN對(duì)墩底產(chǎn)生的彎矩為 M Px1 = 3.7 24 0.5 2 = 89.73 kN.m(2)托盤風(fēng)力Px2 =0.5 5.6 3.6 1.5 1.232 = 8.5

18、kN對(duì)墩底產(chǎn)生的彎矩為M Px2 =8.5 |22.5+15 36*2一 5.6 )= 198.09 kN.m!3 i 3.6+ 5.6 二(3)墩身風(fēng)力Px3 = 0.5 4.35 3.622.5 1.232 = 110.19kN對(duì)墩底產(chǎn)生的彎矩為22.54.35 + 2乂3.6、MPx2=110.19k1=1200.66 kN.m3 < 3.6+4.35 )合計(jì)橋墩風(fēng)力P =3.7 8.5 110.19 = 122.39kNMxw =89.73 198.09 1200.66 =1488.48kN.m2. 橫向風(fēng)力有車時(shí)橋墩風(fēng)荷載強(qiáng)度為W = K1K2800Pa =1.2 1.1 80

19、0 = 1.056kPa有車時(shí)列車及梁上橫向風(fēng)荷載強(qiáng)度為W = K1K2800Pa =1.3 1.1 800 = 1.144Pa(1)橋墩風(fēng)力 頂帽風(fēng)力Py1 =2.7 0.5 1.056 =1.43kN對(duì)墩底截面彎矩為M y1 =1.43 24 0.5 2 )=34.68 kN.m 風(fēng)力Py2 =2.3 1.5 1.056 = 3.64kN對(duì)墩底截面彎矩為M y2 = 3.64 22.5 1.5 2 = 84.63kN.m 墩身風(fēng)力Py3 =0.5 2.3 3.12 22.5 1.056 =64.39kN對(duì)墩底截面彎矩為22 5 '312 +2 03 *My3 =64.39 x| =

20、 687.86 kN.m3 < 2.3+3.12 )合計(jì)橋墩風(fēng)力Pw = 1.43 3.64 64.39 = 39.46 kNM yM =34.68 84.63 687.86 = 807.17kN.m(2) 列車風(fēng)力：雙孔重載時(shí)，因 x不大，按兩孔滿布列車計(jì)算風(fēng)力，略偏大。Pyw2 =3 24.7 1.144 =84.77kN作用點(diǎn)在軌頂以上 2m高度處，至墩底距離為 2+0.15 +3+ 24.5 = 29.65mMg =81.77 29.65 =251343kN.m(3) 梁上風(fēng)力軌底至梁底高度為 2.6m,鋼軌高度為0.15m,Pyw3 = 2.6 0.15 24.7 1.144

21、= 77.71kNM yw3 = 77.71 2.75 2 0.4 24.5 = 2041.83kN.m三、荷載匯總荷載匯總計(jì)算到墩頂。例如 活載：?jiǎn)慰字剌d，（計(jì)算到墩頂）荷載N0 (KN)Px(KN)MY (KN Ml)R (KN)MX (KN M主力組合主力+縱附主力+橫附四、墩身檢算要求用表格形式進(jìn)行檢算先把荷載計(jì)算到墩頸處，用表格同上。例如 活載：?jiǎn)慰字剌d，（計(jì)算到墩頸）荷載Nd(kn)Px(KN)MY (KN IM)R (KN)MX (knl m主力組合主力+縱附主力+橫附然后進(jìn)行檢算，墩頸是第一個(gè)截面，每 3米一個(gè)截面進(jìn)行應(yīng)力、合力偏心檢算 五、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1. 基礎(chǔ)埋置深度墩址處無冰

22、凍無流水。上層土層為1.5m厚的軟塑沙黏土。基本承載力=190kPa;下層土層為粘土，基本承載力=371kPa;基底應(yīng)置于第 2層內(nèi),選用基礎(chǔ)數(shù)為兩層，埋深2m。2. 基礎(chǔ)尺寸：擬定基礎(chǔ)尺寸如圖13 38 o3. 荷載計(jì)算（1）基礎(chǔ)自重基礎(chǔ)自重N3 =1 5.12 6.35 7.12 8.35 23 = 2115.17kN(2)覆土自重覆土自重N4 =1 7.12 8.35 5.12 6.35 17 =457.98kN4.基底檢算(1) 基底合力偏心鐵路橋規(guī)規(guī)定，建于非巖石地基上的墩、臺(tái)，當(dāng)受主要荷載作用時(shí)，要求 e菱P , 即Smin苴0。最不利荷載組合為雙孔重載 +離心力+制動(dòng)力(70%

23、) +縱向風(fēng)力。N =11250.54 2115.17 457.98 = 13823.69kNMx =1.099 7897.33 349.58 2 = 9378.32kN.mMy =1.086 6175.36 310.16 2 = 7326.76kN.m檢算過程及計(jì)算過程從略。(2) 穩(wěn)定性計(jì)算最不利荷載組合為雙孔重載 +離心力+橫向風(fēng)力。N =11250.54 2115.17 457.98 =13823.69kNPy =581.52kNMx =1.0977 13222.41 581.52 2 = 15677.28 kN.m傾覆穩(wěn)定性檢算：13823.69 8.35/2K0 =3.67 >1.5 (可)15677.28滑動(dòng)穩(wěn)定性檢算：w 13823.69 0.3K = 7.131.3 (可)581.52式中安全系數(shù) K0、K按鐵路橋規(guī)查得為1.5、1.3。表1墩身整體穩(wěn)定檢算過程內(nèi)力匯總(順橋向)活載情況一孔重載雙孔重載力及力矩N(kN)M(kN.m)N(kN)M(kN.m)橋