第7章__梁橋橋墩

1、本章主要內(nèi)容7.1 橋墩類型及適用條件7.2 橋墩構(gòu)造與尺寸擬定 7.3 橋墩計(jì)算7.4 鐵路橋墩計(jì)算示例第7章 梁橋橋墩 上部結(jié)構(gòu) 下部結(jié)構(gòu): 橋墩、臺(tái)及基礎(chǔ)梁式橋橋墩的作用：橋墩的作用：支承上部、傳遞上部及自身荷載至地基橋墩承受作用力：橋墩承受作用力：上部傳來荷載、墩身風(fēng)力、流水、 冰壓力、船筏撞擊力等 橋墩設(shè)計(jì)要求：橋墩設(shè)計(jì)要求：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性 7.1 橋墩類型及適用條件橋墩型式：取決于橋上線路或道路條件、橋下水流速度、水深、水流方向與橋梁中軸線的夾角、通航及橋下漂流物、基底土壤的承載能力、梁部結(jié)構(gòu)及施工方法等情況。一般分類： 重力式實(shí)體墩、空心墩、柱式墩、輕型墩、拼裝式墩。7.1

2、橋墩類型及適用條件橋墩型式：取決于橋上及橋下總的情況一般分類： 重力式實(shí)體墩、 空心墩、 柱式墩、 輕型墩、 拼裝式墩 一、重力式實(shí)體墩 靠自重平衡外力保證橋墩的穩(wěn)定； 適用于地基良好或橋下有通航、流冰等漂流物大、中、小橋梁。 建材：多用混凝土及石； 尺寸：較大，外形粗壯，其自重和阻水面積也較大； 應(yīng)用：很少用于城市 分類：按截面形式分為：矩形、圓形、圓端形（一）矩形 橋墩截面為矩形。 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省圬工、模板簡單、易施工； 缺點(diǎn)：對(duì)水流阻力特別大，易遭沖刷； 適用：無水、靜水、靠近岸邊水流流速??；山區(qū)跨谷橋、旱橋（二）圓形 優(yōu)點(diǎn)：不受水流流向條件限制； 缺點(diǎn)：不便縱、橫向分別處理，增大了阻 水面

3、積， 不宜石砌。 適用：流向不穩(wěn)，或水流與橋法向夾角 大于15度。（三）圓端形 橋墩截面中間為矩形，兩端各加一個(gè)半圓，能使水流順暢地通過橋孔，減小沖刷和流水壓力。具有矩、圓形的優(yōu)點(diǎn)。 一般應(yīng)用于斜交角小于15度水中墩。 是一種常用的橋墩形式。二、空心墩1、高墩時(shí)，重力墩有如下缺點(diǎn)： 圬工量大、自重大而相應(yīng)地對(duì)地基承載力要求高；地震時(shí)慣性力較大。 此時(shí)設(shè)計(jì)中可采用空心墩。 混凝土空心墩可節(jié)省2030的圬工，鋼筋混凝土空心墩可節(jié)省50的圬工。2、空心墩截面形式圓形空心，雙圓孔空心，圓端形空心，圓端形中間設(shè)縱隔板，矩形空心，矩形中設(shè)隔板。3、適用條件 墩壁較薄，一般有船筏、漂流物、冰壓力的河上不宜采

4、用，可下實(shí)體上空心。 圓形空心截面最好，可不設(shè)隔板，施工最方便，宜優(yōu)先選用 當(dāng)橫向尺寸很寬，橫向水平力大時(shí)，如雙線鐵路、公路、彎道橋等，可考慮圓端形或矩形帶縱隔板。 方形溫度應(yīng)力較大。4、立面直坡：用于墩身不高或某些特殊需要的橋上。斜坡：使用各種條件下的橋墩，受力合理，施工方便。三、柱式橋墩1 應(yīng)用 廣泛用于城市、 公路及中小跨鐵路旱橋 即可減重量，又較美觀，2 型式 單柱式、多柱式、啞鈴式、混合柱式等 組成 蓋梁、墩柱及基礎(chǔ) 截面型式3 圓形和矩形為主單柱式： 有水有水:水流急彎,流向不定或斜交角大于15 無水無水: 城市彎橋中間墩、天橋雙柱式(多柱式)： 斜交角小于15或僅有小漂流物。 城

5、市寬橋啞鈴式： 漂流物大，防止卡在柱中間，可在雙柱間加隔墻（4060cm）。混合式： 墩身較高時(shí)，下部實(shí)體，上部雙柱。四、輕型橋墩1 型式： 薄壁矩形，薄壁圓端形實(shí)體截面，其它如V形、X形、Y形、倒梯形等2 適用： 小跨、低墩、三孔以下（全長不大于20m）的公路橋。3 特點(diǎn)： 不要求重力墩那樣的穩(wěn)定性。 美觀可節(jié)約材料。五、拼裝式墩整個(gè)橋墩是由部分預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場組拼而成。優(yōu)點(diǎn)：提高質(zhì)量、縮短工期、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。適用：同類量大的中小跨橋。7.2 橋墩構(gòu)造與尺寸擬定一、重力式實(shí)體橋墩（一）頂帽尺寸的擬定頂帽作用：橋墩頂?shù)膫髁Σ糠?，它通過支座承托著上部結(jié)構(gòu)，并將墩兩側(cè)橋跨上的荷載傳到墩身上，再由墩身傳

6、給地基。要求強(qiáng)度高，C20以上。尺寸要求：滿足擺放支座、架梁、更換支座，及對(duì)墩身尺寸的影響，材料的選用。1鐵路橋墩頂帽構(gòu)造特點(diǎn) 一般為矩形、圓端形，上設(shè)支承墊石； 為了把支座反力均勻地傳給墩身，其厚度40cm，混凝土等級(jí)C20，一般配筋； 單線鐵路、等跨L16m的鋼筋混凝土梁的實(shí)體墩臺(tái)頂帽有下列情況之一者，可以不設(shè)置鋼筋： 無支座的墩臺(tái)頂帽； 在雨水極少且不受凍害影響的地區(qū)，用整體灌注的混凝土墩臺(tái)，要求頂帽厚度60cm。 支承墊石配鋼筋網(wǎng)； 頂面設(shè)不小于3的排水坡，墊石頂高出排水坡上棱； 設(shè)挑出墩身1020cm的飛檐。直線上頂帽尺寸 縱向縱向: 橫向：橫向：B4m(L5m(8mL6m(L20m

7、) a 支座板縱向尺寸 w 支座板橫向尺寸 b 支座板至墊石邊緣 c 墊石邊至頂帽邊 f 支座板中心距aeef02cbafA22 支座板縱橫向尺寸 考慮；局部承壓計(jì)算支座板至墊石邊緣 b1520cm 考慮：提高局部承壓，施工誤差，預(yù)留錨栓孔墊石邊至頂帽邊c15、25、40cm(L:8,820,20) 考慮：架梁或養(yǎng)護(hù)時(shí)安放移梁頂梁設(shè)備支座板中心距 f=2e+e0 考慮：梁端距支座中心距，梁縫曲線上墩帽： 平面尺寸大 原因：由于直梁曲線布置，梁縫內(nèi)窄外寬，而內(nèi)側(cè)梁縫與直線同。梁端與墩橫向中心線不平行。墊石平面形狀：可做成梯形，為簡化施工可做成矩形。 橫向預(yù)偏心：定義定義: 支座布置偏向曲線內(nèi)側(cè)，

8、使梁中心對(duì)橋墩中心線有一預(yù)偏心d原因原因: 墩承受橫向水平離心力P。預(yù)偏心后，支反力R產(chǎn)生向曲線內(nèi)側(cè)的偏心彎矩，以抵消一部分由離心力所產(chǎn)生的向曲線外側(cè)的彎矩。 縱向偏心：定義定義: 支座在縱向上對(duì)墩中心線不對(duì)稱布置原因原因: 相鄰橋跨不等時(shí)，支座反力不同，為減小垂直力和力的偏心距墩帽構(gòu)造措施墩帽構(gòu)造措施: 為適應(yīng)兩相鄰跨不同的建筑高度，可采取兩種：a支承墊石不等高b頂帽布置在不同高程上頂帽尺寸的其他要求：墩身頂寬的要求安裝上部結(jié)構(gòu)的要求安裝抗震設(shè)施的要求2公路橋墩v擬定原理：同鐵路橋墩，唯具體尺寸大小不同。頂帽厚度：大跨40cm，中小跨30cm；排水坡10%。飛檐為510cm，做成溝槽形排水。

9、v規(guī)定局部最小尺寸（100120cm）目的： 避免支座過分靠近墩身側(cè)面邊緣而導(dǎo)致應(yīng)力集中； 提高局部承壓強(qiáng)度； 考慮施工誤差及留栓孔。（二）托盤尺寸托盤作用：頂帽尺寸橫向多由施工及維修決定，墩身則決定于受力的大小，尺寸小于頂帽，故頂帽下設(shè)托盤過渡。稱為托盤式頂帽。托盤尺寸： 據(jù)實(shí)驗(yàn)及使用經(jīng)驗(yàn)： 縮頸處寬B1墩中心至支座板外緣間距b1； 縮頸處設(shè)構(gòu)造筋。 11 45 60bBoo（三）墩身尺寸擬定兩個(gè)方向一般均做成斜坡，一般為20:130:1，具體由以下計(jì)算決定：截面偏心、截面應(yīng)力、墩整體穩(wěn)定性、墩頂位移 等多方面試算確定。高度不大的可做成直坡。墩高很高的也可分階段做成臺(tái)階狀的。材料一般采用C2

10、0片石混凝土或C10水泥砂漿砌片石或塊石。公路墩身的頂寬：小跨度80cm； 中等跨度120cm二、空心橋墩分類：分類：混凝土空心墩及鋼筋混凝土空心墩，前者需設(shè)置護(hù)面鋼筋。組成：組成：頂帽、實(shí)體過渡段（頂帽下，基礎(chǔ)上），空心墩身。（一）實(shí)體過渡段 實(shí)體段與墩壁連接處應(yīng)力分布比較復(fù)雜。試驗(yàn)表明，頂厚1m時(shí)，在頂帽下D/2處應(yīng)力才均勻分布于壁上。固端干擾力矩使墩壁應(yīng)力增大4076。帽下實(shí)體為3m時(shí)，連接處仍有應(yīng)力集中現(xiàn)象，但應(yīng)力較小。 鐵路橋規(guī)：“宜設(shè)過渡段，連接處增設(shè)補(bǔ)充鋼筋或設(shè)牛腿”。 實(shí)體段合理厚度尚難具體確定,一般采用35m，考慮墩高、梁跨、壁厚、內(nèi)孔比率等。（二）空心墩的壁厚與隔板 * 鐵

11、路橋規(guī)：鋼筋混凝土0.3m，素混凝土0.5m（宜設(shè)護(hù)面鋼筋）。實(shí)際應(yīng)以計(jì)算確定。 * 薄壁鋼筋用量多，施工難度大。實(shí)際中多用厚壁。 * 薄壁中溫度、日照、收縮等引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力較復(fù)雜。 * 隔板為增強(qiáng)整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定，增強(qiáng)橋墩的抗扭、抗震能力。但模型試驗(yàn)和理論計(jì)算中未能確定隔板對(duì)穩(wěn)定和強(qiáng)度明顯作用。 * 關(guān)于隔板設(shè)置與否尚待研究。有隔板增加施工難度。目前一般仍采用隔板。 * 當(dāng)壁厚t（1/101/15）b時(shí)，一般可不設(shè)隔板。（三）通風(fēng)孔與進(jìn)人洞通風(fēng)孔： 調(diào)節(jié)內(nèi)外溫差，減少施工中混凝土水化熱對(duì)墩內(nèi)溫度的影響。 圓形通風(fēng)孔對(duì)墩壁應(yīng)力分布較好，直徑不宜小于20cm，隔35m交錯(cuò)設(shè)置。 離地面宜高于5

12、m；高出設(shè)計(jì)水位；并設(shè)柵欄。排水孔：墩下部過渡段頂部設(shè)置排水孔。排水孔周應(yīng)設(shè)加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。施工時(shí)設(shè)置的臨時(shí)排水孔，竣工后應(yīng)加以封堵。 進(jìn)人洞：便于檢查維修，相應(yīng)的檢查設(shè)備、檢查梯等。三、柱式橋墩組成：組成：柱式橋墩由蓋梁、墩柱及基礎(chǔ)組成。蓋梁的截面形狀為矩形或T形，在城市橋梁中常采用倒T形使得架梁后蓋梁不外漏，墩身線條簡潔，增加美觀。 蓋梁的寬度依上部結(jié)構(gòu)的形式、支座間距和尺寸等而定。 當(dāng)鐵路橋墩的墩高大于7m時(shí)，在兩柱間距基礎(chǔ)頂35m處設(shè)一橫系梁以保證柱的穩(wěn)定。公路，尤其是市內(nèi)立交橋橋墩一般可不設(shè)的橫系梁。 公路橋梁采用的柱式橋墩有樁柱式、雙排樁單排柱式、擴(kuò)大基礎(chǔ)柱式墩。四、輕型橋墩 輕型橋墩

13、的形狀及尺寸多樣，除頂帽的縱、橫向尺寸擬定同重力式墩的擬定方法外，其余尺寸的擬定應(yīng)根據(jù)具體情況由計(jì)算確定。 輕型橋墩中一種特殊的類型柔性墩。橋墩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，重力式墩控制設(shè)計(jì)是截面合力偏心及墩頂位移。偏心及墩頂位移值主要取決于橋墩受縱向水平力(制動(dòng)力或牽引力)及墩身剛度。一孔梁上的縱向水平力由一個(gè)墩承受，其值較大，橋墩截面尺寸必然較大。柔性墩是把幾孔簡支梁及其墩臺(tái)用適當(dāng)?shù)拇胧┻B接起來，縱向形成多跨的門式結(jié)構(gòu)，以共同承受水平力。其中，有的墩設(shè)計(jì)為重力式實(shí)體墩，而其余的墩身截面尺寸較小，則作用在橋上的縱向水平力將按各墩的抗推剛度分配，大部分水平力由較剛的重力式墩臺(tái)承受，比較柔細(xì)的墩將承受較小的水平

14、力。柔性墩的類型： 1剛架式 剛架式柔性墩主要用于鐵路橋，橫橋向?yàn)橐粍偧?。單線橋的剛架柔性墩常由兩根立柱、數(shù)根橫撐和頂帽組成，如圖1120(a)所示。用于曲線橋時(shí)，立柱可改用斜柱以增加墩身橫向剛度。墩身一般采用C20C50鋼筋混凝土建造。2排架式 排架式柔性墩的特點(diǎn)是墩身直接由基樁延伸至頂帽，地面以下不設(shè)承臺(tái)，僅在上端通過頂帽把基樁聯(lián)接如圖1120(b)所示。適用于公路基樁棧橋。3板壁式 該類型墩身為一實(shí)體鋼筋混凝土矩形薄壁，如圖1120(c)。構(gòu)造簡單，橫向剛度大，便于滑動(dòng)模板施工，使用較為廣泛。第五章 梁橋橋墩4上柔下剛式柔性墩 鐵路上當(dāng)墩高大于20m時(shí)，墩身已經(jīng)具有足夠的柔度，達(dá)到了減小

15、水平力的效果，此時(shí)，若柔性墩過高，柔度過大，對(duì)施工、架梁都可能存在一些問題。所以，當(dāng)墩身很高時(shí)，可采用上柔下剛式的橋墩截面形式，剛性部分承受柔性部分傳來的力，截面較大，結(jié)構(gòu)與實(shí)體墩相同。 鐵路柔性墩橋設(shè)計(jì)規(guī)定規(guī)定，圖1120的柔性墩墩高或上柔下剛的橋墩的柔性部分，高度不宜超過24m，柔性墩的總高度不宜超過40m。另外，在水位較低而水流湍急的河流上，或在有漂流的河流上，宜采用上柔下剛式橋墩。 五、拼裝式橋墩 拼裝式橋墩的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不宜低于C25，對(duì)于不宜更換的重要受力構(gòu)件或處于易受撞擊、磨損、腐蝕環(huán)境中的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不易低于C30。 常采用的拼裝式橋墩按裝配構(gòu)件的形狀有塊件拼裝式

16、橋墩及桿件拼裝式橋墩。桿件拼裝式橋墩又可分為板凳式、排架式及雙柱式(如圖1121)。在構(gòu)造上拼裝式橋墩由帽梁、墩柱和基礎(chǔ)組成。7.3 橋墩計(jì)算一、荷載計(jì)算（一）永久荷載 重力：支座傳來恒載，墩自重（含基礎(chǔ)襟邊土）及 上部結(jié)構(gòu)混凝土收縮及徐變的影響。 預(yù)應(yīng)力空心墩所受預(yù)應(yīng)力 基礎(chǔ)變位影響力 水浮力：水中墩位于碎石類、砂類、粘砂類透水地基時(shí)。 檢算墩穩(wěn)定時(shí)：設(shè)計(jì)頻率水位；檢算基底強(qiáng)度及偏心：常水位 若不能確定是否存在浮力，應(yīng)按最不利情況考慮。 土壓力：墩側(cè)土壓力，一般基本兩側(cè)平衡，位于山坡或橋臺(tái)錐體護(hù)坡范圍時(shí)不平衡。（二）基本可變荷載 列車、汽車，對(duì)于鋼筋混凝土柱式墩臺(tái)應(yīng)計(jì)入沖擊力；對(duì)重力式墩臺(tái)則

17、不計(jì)沖擊力。 作用于上部結(jié)構(gòu)的 平板掛車或履帶車； 公路橋人群荷載； 離心力。檢 算 橋 墩檢 算 橋 墩檢 算 橋 墩檢 算 橋 墩單 孔 輕 載單 孔 重 載雙 孔 重 載雙 孔 空 車(三）其它可變荷載 制動(dòng)力或牽引力 風(fēng)力 流水（冰）壓力 溫度力及支座摩擦力 人群（鐵路橋）(四）偶然荷載 地震力 船筏撞擊力二、實(shí)體墩計(jì)算二、實(shí)體墩計(jì)算針對(duì)強(qiáng)度、剛度、抗裂性、穩(wěn)定性等方面進(jìn)行檢算。（一）墩身檢算項(xiàng)目1.截面合力偏心距； 2.截面強(qiáng)度(應(yīng)力)； 3.墩身整體穩(wěn)定性； 4.墩頂彈性水平位移。 （二）擴(kuò)大基礎(chǔ)基底檢算項(xiàng)目1基底偏心：限制不均勻沉降導(dǎo)致墩歪斜；2基底強(qiáng)度(應(yīng)力) ；3傾覆和滑動(dòng)穩(wěn)

18、定性；4基底以下軟弱土層的強(qiáng)度檢算；5基礎(chǔ)的沉降。 （一）墩身檢算項(xiàng)目1 1 截面合力偏心距：截面合力偏心距：eNMecrNKN011MNNe橋規(guī)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：永久荷載基本可變荷載：e=0.5S永久荷載基本可變荷載其他可變荷載： 圓形截面：e=0.5S 其他形狀：e=0.6S永久荷載其他可變荷載（施工荷載）：e=0.7SdebdNbdNdebedNxdeNbx21132211322323221maxmaxyyxWMAN2 截面強(qiáng)度截面強(qiáng)度當(dāng)最小應(yīng)力為負(fù)值時(shí)，應(yīng)進(jìn)當(dāng)最小應(yīng)力為負(fù)值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力重分布。行應(yīng)力重分布。3 墩身整體穩(wěn)定性：墩身整體穩(wěn)定性：acr

19、crRANNKN01 . 11116. 02 . 01 . 00he2004lImEd0A0l0EdIm0eh墩身平均截面積計(jì)算長度（與支承有關(guān)）一般按懸臂柱初始切線模量 底部垂直彎曲方向全截面慣性矩變截面影響系數(shù)橋頂順彎曲方向?qū)Χ丈砥骄孛嫘涡牡某跏计膹澢矫鎯?nèi)該平均截面的長度4 墩頂彈性水平位移墩頂彈性水平位移 21墩撓曲變形引起地基變形引起12按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 可采用數(shù)值積分，沿墩高分段總和。不均勻壓縮產(chǎn)生角變位墩底（或樁基承臺(tái)頂）水平位移1dzEIZMZMhZ01)()(H2鐵路橋規(guī)順橋向： （mm） 橫橋向： (mm）L5L5（二）擴(kuò)大基礎(chǔ)基底檢算項(xiàng)目 1 1基底偏心：基底偏心：限制不