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橋梁工程教學(xué)課件下載 樣章 ppt第二節(jié)橋梁墩臺(tái)的計(jì)算 一 作用在橋梁墩臺(tái)上的荷載及組合 荷載 恒載 土重和側(cè)向土壓力 預(yù)應(yīng)力 組合式橋墩 混凝土收縮及徐變的影響力 水的浮力 永久荷載 汽車荷載 汽車沖擊力 離心力 汽車荷載引起的側(cè)向土壓力 人群荷載 掛車或履帶車荷載及其引起的土側(cè)壓力 基本可變荷載 其它可變荷載有風(fēng)力 汽車制動(dòng)力 流水壓力 冰壓力 支座摩阻力 在超靜定結(jié)構(gòu)中尚需考慮溫度變化的影響力 其它可變荷載 偶然荷載 船只或漂流物撞擊力 施工荷載和地震力 總之 在墩臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中 應(yīng)根據(jù)墩臺(tái)的受力與工作階段 給出可能同時(shí)作用荷載的組合 以確定出最不利的受力狀態(tài) 一 荷載的計(jì)算 橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載傳至墩臺(tái)的計(jì)算值 由橋梁支座反力計(jì)算確定 對(duì)于墩臺(tái)在水下和土中部分自重的計(jì)算方法 要根據(jù)地基土的性質(zhì)加以考慮 公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中 在考慮水的浮力時(shí) 對(duì)不同的土質(zhì)和不同的計(jì)算內(nèi)容作了不同的規(guī)定 位于透水性地基上的墩臺(tái) 在驗(yàn)算穩(wěn)定時(shí) 應(yīng)采用設(shè)計(jì)高水位的浮力 在驗(yàn)算地基應(yīng)力時(shí) 僅考慮低水位時(shí)的浮力 或不考慮水的浮力 基礎(chǔ)嵌入不透水性地基的墩臺(tái) 可不考慮水的浮力 當(dāng)?shù)鼗欠裢杆炊〞r(shí) 按透水與不透水 以最不利荷載組合計(jì)算 水對(duì)水下墩臺(tái)或土的固體顆粒的浮力作用 可用墩臺(tái)圬工的浮容重或土的浮容重來反映 圬工的浮容重等于圬工容重減去水的容重 土的浮容重可以根據(jù)土質(zhì)資料得到不同的物理指標(biāo) 如天然容重 天然含水量 比重或飽和容重等計(jì)算 1 恒載和水的浮力 2 側(cè)向土壓力 主動(dòng)土壓力被動(dòng)土壓力靜止土壓力 橋臺(tái)土壓力計(jì)算時(shí) 采用哪種土壓力 應(yīng)根據(jù)橋臺(tái)位移及壓力傳播方式而定 梁式橋臺(tái)承受的水平壓力主要是臺(tái)后滑動(dòng)土體 及滑動(dòng)土體上的荷載 所產(chǎn)生的側(cè)壓力 它使橋臺(tái)發(fā)生向河心的移動(dòng) 因此 梁橋橋臺(tái)的側(cè)土壓力 一般按主動(dòng)土壓力計(jì)算 當(dāng)橋臺(tái)剛度很大 不可能產(chǎn)生微量移動(dòng) 滑動(dòng)土體不可能形成時(shí) 可按靜止土壓力計(jì)算 圖2 7 11臺(tái)前溜坡的土壓力計(jì)算圖式 3 汽車荷載沖擊力 鋼筋混凝土樁柱式墩臺(tái) 以及其它輕型墩臺(tái) 在計(jì)算汽車荷載時(shí)應(yīng)計(jì)入沖擊力 但對(duì)于重力式實(shí)體墩臺(tái) 沖擊力的作用衰減很快 因此 驗(yàn)算時(shí)可不計(jì)沖擊影響 沖擊力的計(jì)算按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行 4 汽車荷載的制動(dòng)力 汽車荷載的制動(dòng)力是橋梁墩臺(tái)承受的主要縱向水平力之一 當(dāng)汽車荷載在橋上制動(dòng)或減速時(shí) 在車輪與橋面之間產(chǎn)生相互作用力 此時(shí)橋面受到方向與車輛行進(jìn)方向相同的力 即稱制動(dòng)力 制動(dòng)力可按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)規(guī)定計(jì)算 在計(jì)算梁式橋墩臺(tái)時(shí) 制動(dòng)力可移至支座中心 鉸或滾軸中心 或滑動(dòng)支座 橡膠支座 擺動(dòng)支座的底座面上 5 流水壓力及冰壓力 作用在橋墩上的流水壓力 可按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計(jì)算 流水壓力的合力作用點(diǎn) 假定在設(shè)計(jì)水位以下1 3水深處 即假定河底的流速為零 作用力的分布呈倒三角形 嚴(yán)寒地區(qū)位于有冰棱河流或水庫(kù)中的橋梁墩臺(tái) 應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乇獾木唧w情況及墩臺(tái)形狀計(jì)算冰壓力 冰壓力有豎向和水平向作用力 主要是水平向作用力 豎向力是由冰層水位升降而對(duì)橋梁墩臺(tái)產(chǎn)生的作用 水平向作用力包括因風(fēng)和水流作用于大面積冰層而產(chǎn)生的靜壓力 冰堆整體推移產(chǎn)生的靜壓力 河流流冰產(chǎn)生的動(dòng)壓力等 6 船只或漂流的幢擊力 船只或漂流物的撞擊力 雖是橋梁墩臺(tái)的偶然荷載 但是對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的危害性很大 對(duì)于通航河道或有漂流物的河流中的墩臺(tái) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮船只或漂流物的撞擊力 漂流物的撞擊力 在無實(shí)際資料時(shí)可按下式估算 7 地震力 在地震區(qū)建造的橋梁 地震力是一項(xiàng)十分重要和危害性大的偶然荷載 在墩臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要進(jìn)行抗震驗(yàn)算和必要的防護(hù)構(gòu)造措施設(shè)計(jì) 二 荷載組合 橋梁墩臺(tái)計(jì)算時(shí) 預(yù)先很難確定那一種荷載組合最不利 通常需要對(duì)各種可能的荷載進(jìn)行組合計(jì)算 滿足各種不同的要求 在墩臺(tái)的計(jì)算中 尚需考慮按順橋向 與行車的方向平行 和橫橋向分別進(jìn)行 故在荷載組合時(shí)也需按縱向及橫向分別計(jì)算 在所有荷載中 車輛荷載的變動(dòng)對(duì)荷載組合起著支配作用 驗(yàn)算墩身強(qiáng)度在用在墩身截面的合力偏心矩橋墩的穩(wěn)定性 因此 需根據(jù)不同的驗(yàn)算內(nèi)容選擇各種可能的最不利荷載組合 圖2 7 13產(chǎn)生最大豎向荷載時(shí)的外力組合 橋墩 圖2 7 14橋梁橫向布載情況 橋墩在順橋向承受最大豎向荷載的組合 可按公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中所列的組合 組合 的內(nèi)容組合 橋墩在順橋向承受最大水平荷載的組合 可按公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中所列的組合 組合IV的荷載內(nèi)容組合 橋墩承受最大橫橋方向的偏載 最大豎向荷載 可按公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的組合I II III IV荷載內(nèi)容組合 橋墩在施工階段的受力驗(yàn)算 按組合V進(jìn)行驗(yàn)算 需要進(jìn)行地震力驗(yàn)算的橋墩 還要按組合VI進(jìn)行驗(yàn)算 各種不同的荷載組合 均應(yīng)滿足公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中所規(guī)定的強(qiáng)度安全系數(shù) 容許偏心距和穩(wěn)定系數(shù) 橋臺(tái) 橋臺(tái)的荷載組合方法和橋墩相似 也須針對(duì)驗(yàn)算項(xiàng)目及驗(yàn)算截面的位置按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行可能的荷載組合 由于活載可以布置在橋跨結(jié)構(gòu)上 也可布置在臺(tái)后 在確定荷載最不利組合時(shí) 下列幾種加載情況可作參考 1 在橋跨結(jié)構(gòu)上布置車輛荷載 溫度下降 制動(dòng)力 向橋孔方向 并考慮臺(tái)后土側(cè)壓力 考慮最大彎矩組合 2 在臺(tái)后破壞棱體上布置車輛荷載 溫度下降 并考慮臺(tái)后土側(cè)壓力 考慮最大水平力與最大反向彎矩組合 3 在橋跨結(jié)構(gòu)上和臺(tái)后破壞棱體上都布置車輛荷載 當(dāng)橋臺(tái)尺寸較大時(shí) 還要考慮在橋跨結(jié)構(gòu)上 臺(tái)后破壞棱體上和橋臺(tái)上同時(shí)都布置活載的情況 溫度下降 制動(dòng)力 向橋孔方向 并考慮臺(tái)后土側(cè)壓力 考慮最大豎向力組合 二 橋梁墩臺(tái)的計(jì)算與驗(yàn)算 重力式墩臺(tái) 強(qiáng)度 偏心矩 穩(wěn)定 圬工結(jié)構(gòu) 輕型橋墩 柱式橋墩 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 一 重力式墩臺(tái) 1 截面強(qiáng)度驗(yàn)算 重力式墩臺(tái)主要采用圬工材料建造 一般為偏心受壓構(gòu)件 截面強(qiáng)度的設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)法 在不利荷載組合作用下 驗(yàn)算墩臺(tái)各控制截面荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值 內(nèi)力 應(yīng)小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值 以方程表示為 驗(yàn)算截面 墩臺(tái)身的基礎(chǔ)頂面 墩臺(tái)身截面突變處 墩臺(tái)帽及墩臺(tái)帽交界處墩身截面 高墩 驗(yàn)算截面的內(nèi)力計(jì)算 按照各種組合 分別計(jì)算各驗(yàn)算截面的豎向力 水平力和彎矩 得到并按下式計(jì)算各種組合的豎向力設(shè)計(jì)值及相應(yīng)偏心矩 強(qiáng)度驗(yàn)算 截面偏心距驗(yàn)算 橋墩承受偏心受壓荷載時(shí) 各驗(yàn)算截面在各種組合的偏心距應(yīng)小于 表3 0 2 1的容許值 如果超過時(shí) 可按下式確定截面尺寸 2 墩臺(tái)的穩(wěn)定驗(yàn)算 縱向撓曲穩(wěn)定穩(wěn)定驗(yàn)算 受壓構(gòu)件縱向彎曲系數(shù) 中心受壓墩臺(tái)的值可查閱 表3 0 3 2 偏心受壓時(shí) 彎曲平面內(nèi)的縱向彎曲系數(shù)按下式計(jì)算 墩臺(tái)整體穩(wěn)定驗(yàn)算 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算 抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算 基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù) 其值為0 25 0 7 可根據(jù)土質(zhì)情況參照 采用 在墩臺(tái)抗傾覆 抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí) 應(yīng)分別按最高設(shè)計(jì)水位和最低水位的不同浮力進(jìn)行組合 3 墩臺(tái)頂水平位移計(jì)算 水平位移的規(guī)定 對(duì)于高度超過20的重力式墩臺(tái)及輕型墩臺(tái) 應(yīng)驗(yàn)算頂端水平方向的彈性位移 并使其符合規(guī)定要求 墩臺(tái)頂面水平位移的容許極限值為 二 柱式橋墩的計(jì)算 1 蓋梁的計(jì)算 計(jì)算圖式 外力計(jì)算 內(nèi)力計(jì)算 配筋驗(yàn)算 計(jì)算模式 樁柱式墩臺(tái)通常按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì) 在構(gòu)造上 樁柱的鋼筋伸入蓋梁內(nèi) 與蓋梁的鋼筋綁扎成整體 因此蓋梁與樁柱剛結(jié)呈剛架結(jié)構(gòu) 雙柱式墩臺(tái) 當(dāng)蓋梁的剛度與樁柱的線剛度比大于5時(shí) 為簡(jiǎn)化計(jì)算可以忽略節(jié)點(diǎn)不均衡彎矩的分配及傳遞 一般可按簡(jiǎn)支梁或懸臂梁進(jìn)行計(jì)算和配筋 多根樁柱的蓋梁可按連續(xù)梁計(jì)算 當(dāng)蓋梁計(jì)算跨徑與梁高之比 對(duì)簡(jiǎn)支梁小于2 對(duì)連續(xù)梁小于2 5時(shí) 應(yīng)按 附錄六作為深梁計(jì)算 當(dāng)線剛度比小于5時(shí) 或橋墩承受較大橫向力時(shí) 蓋梁應(yīng)作為橫向剛架的一部分予以驗(yàn)算 外力計(jì)算 作用在蓋梁上的外力主要考慮上部結(jié)構(gòu)恒載支反力 蓋梁自重及活載 最不利活載加載 首先可根據(jù)所計(jì)算蓋梁處上部結(jié)構(gòu)支反力影響線確定活載最大支反力 其次是根據(jù)蓋梁內(nèi)力影響線決定活載最不利橫向布置 蓋梁在施工過程中 荷載的不對(duì)稱性很大 各截面將產(chǎn)生較大的內(nèi)力 因此應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的架橋施工方案 作出最不利荷載工況 構(gòu)件吊裝時(shí) 視具體情況 構(gòu)件重力應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)1 2或0 85 內(nèi)力計(jì)算 公路橋梁樁柱式墩臺(tái)的蓋梁通常采用雙懸臂式 計(jì)算時(shí)控制截面選取在支點(diǎn)和跨中截面 為了得到活載最不利橫向布置 可先作出控制截面的內(nèi)力影響線 活載通過上部結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)間接傳遞至蓋梁頂面 然后通過活載橫向布置 就能得到活載最不利橫向布置系數(shù) 并根據(jù)最大活載支反力便能獲得最不利活載內(nèi)力 在蓋梁內(nèi)力計(jì)算時(shí) 可考慮樁柱支承寬度對(duì)削減負(fù)彎矩尖峰的影響 橋墩臺(tái)沿縱向的水平力及當(dāng)蓋梁在沿橋縱向設(shè)置兩排支座時(shí) 上部結(jié)構(gòu)活載的偏心力對(duì)蓋梁將產(chǎn)生扭矩 應(yīng)予以考慮 橋臺(tái)的蓋梁計(jì)算 一般可不考慮背墻與蓋梁的共同受力 此時(shí)背墻僅起擋土墻作用 必要時(shí)也可考慮背墻與蓋梁的共同受力 蓋梁按L形截面計(jì)算 橋臺(tái)耳墻視為單懸臂固端梁 水平方向承受土壓力及活載水平壓力 配筋驗(yàn)算 蓋梁的配筋驗(yàn)算方法與鋼筋混凝土梁配筋類同 根據(jù)彎矩包絡(luò)圖配置受彎鋼筋 根據(jù)剪力包絡(luò)圖配置斜筋和箍筋 在配筋時(shí) 還應(yīng)計(jì)算各控制截面扭矩所需要的箍筋及縱向鋼筋 2 墩臺(tái)柱的計(jì)算 外力計(jì)算 橋墩樁柱的恒載有上部結(jié)構(gòu)的恒載反力 蓋梁的重量 以及樁柱的自重 樁柱承受的活載按設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行不利加載計(jì)算 最后經(jīng)恒載 活載等組合 可求得最不利的荷載 橋墩的水平力有支座摩阻力和汽車制動(dòng)力等 橋臺(tái)樁柱 包括雙片墻式臺(tái)身 除上述各力之外還有臺(tái)后土壓力 活載引起的水平土壓力及溜坡的主動(dòng)土壓力等 土壓力的計(jì)算寬度及溜坡主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法 見第二節(jié)和 的有關(guān)規(guī)定 內(nèi)力計(jì)算 配筋計(jì)算 在最不利的內(nèi)力組合之后 按鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件 先配筋再作驗(yàn)算 3 墩臺(tái)頂部位移 在不考慮樁基變位影響時(shí) 等截面橋墩 由于墩頂承受彎矩 M 水平力 T 及沿墩高梯形分布的水平荷載 見圖2 7 17 所引起的墩頂位移可按下式計(jì)算 M作用在墩頂?shù)膹澗?Mpa 包括制動(dòng)力和恒 活載偏心等引起的彎矩 T作用在墩頂?shù)乃搅?KN q1由于風(fēng)力等沿墩高均勻分布的水平外力 KN q2由于風(fēng)力和其他水平外力沿墩高成三角形分布的水平荷載 墩頂為零 基礎(chǔ)頂面為q2 KN I E橋墩截面材料的截面慣性矩 m4 抗壓彈性模量 Mpa H橋墩高度 三 柔性墩的計(jì)算要點(diǎn) 柔性墩是由鋼筋混凝土柔性排架樁墩 梁和剛性墩臺(tái)組成的一聯(lián)或多跨連續(xù)的鉸接剛架體系 在縱向水平力作用下 一聯(lián)的各柔性墩頂具有相同的水平位移 為了簡(jiǎn)化計(jì)算 可把雙固定支座布置的柔性墩視為下端固結(jié) 上端有水平約束的鉸接支承的超靜定梁 如圖2 7 18a 當(dāng)已知柔性墩的頂端橋跨結(jié)構(gòu)作用的豎向力和墩頂彎矩 墩頂位移可預(yù)先求出 將墩頂水平反力作為多余未知力求解 即可計(jì)算下端固結(jié)點(diǎn)和墩身的彎矩 剪力 根據(jù)各墩最不利的組合內(nèi)力進(jìn)行樁墩的配筋和驗(yàn)算 1 基本假設(shè) 1 在墩頂彎矩不大的前提下 柔性墩頂水平力可采用疊加原理進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算圖式見圖2 7 18b 其中 第一圖式是計(jì)算由于水平位移產(chǎn)生的墩頂水平力 產(chǎn)生水平位移的外力包括制動(dòng)力 梁的溫度變化力以及在豎向活載作用下因梁長(zhǎng)度變化而產(chǎn)生的水平力等種組合 第二圖式是計(jì)算由于墩頂產(chǎn)生了水平位移 在豎向力作用下引起墩內(nèi)彎矩而產(chǎn)生的水平反力 第三圖式為在墩頂彎矩作用下而產(chǎn)生的水平反力 此外 在必要時(shí)還應(yīng)包括墩身受到風(fēng)力產(chǎn)生的水平反力 在水平力的計(jì)算時(shí) 梁身混凝土收縮 徐變等次要因素一般可忽略不計(jì) 2 假定上部結(jié)構(gòu)與樁柱頂不發(fā)生相對(duì)位移 制動(dòng)力按各墩抗水平位移的剛度分配 樁柱式柔性墩 墩柱下端固結(jié)在基礎(chǔ)或承臺(tái)頂面 其抗水平位移的剛度為 等截面剛度 單位水平力作用在柔性墩頂面時(shí) 該處的水平位移 墩柱下端固結(jié)處至墩頂?shù)母叨?墩柱橫截面對(duì)形心軸的慣性矩 第墩柱抗水平位移的剛度 I 3 計(jì)算土壓力時(shí) 如設(shè)有實(shí)體剛性墩臺(tái) 則全部由有關(guān)的剛性墩臺(tái)承受 如均為柔性墩 則岸墩承受的土壓力由對(duì)岸的土抗力平衡 其余柔性墩不計(jì)其影響 4 水平力組合時(shí) 樁柱頂?shù)闹苿?dòng)力 水平土壓力 當(dāng)邊排架向河心偏移時(shí) 及豎向偏載產(chǎn)生的水平力的代數(shù)和不允許大于支座摩阻力 當(dāng)前三者與溫度變化產(chǎn)生水平力的總和大于支座摩阻力時(shí) 按摩阻力計(jì)算 墩頂水平位移的計(jì)算 1 柔性墩 臺(tái) 頂制動(dòng)力及其水平位移計(jì)算 墩頂制動(dòng)力 作用在第i墩 臺(tái) 頂?shù)闹苿?dòng)力 第i墩 臺(tái) 的抗水平位移剛度 全橋 或一聯(lián) 承受的制動(dòng)力 F 由制動(dòng)力產(chǎn)生的墩頂水平位移 2 梁的溫度變形 3 在豎向活載作用下梁長(zhǎng)度的變化 當(dāng)橋跨結(jié)構(gòu)跨徑較大時(shí) 在豎向活載作用下梁下緣伸長(zhǎng)而影響柔性墩的位移也應(yīng)予考慮 此時(shí)由梁的撓度近似得到梁的撓曲半徑 計(jì)算值時(shí) 考慮需按幾跨梁計(jì)算 應(yīng)根據(jù)所計(jì)算橋墩在一聯(lián)中的位置 支座布置情況及驗(yàn)算時(shí)活載布置的位置而定 小跨徑橋梁的可忽略不計(jì) 然后按梁的撓曲 中心角為 可計(jì)算梁的下緣伸長(zhǎng)值 柔性墩頂發(fā)生的水平位移綜合為 墩頂水平力計(jì)算 2 由于墩頂產(chǎn)生了水平位移 豎向力N將在墩內(nèi)引起彎矩而在墩頂產(chǎn)生