不等跨鐵路橋梁重力式矩形橋墩的設計及內(nèi)力計算

1、蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）任務書課題不等跨鐵路橋梁重力式矩形橋墩內(nèi)力計算及設計姓名專業(yè)工程力學班級力學1001設計任務一、設計資料：1橋跨結構1）不等跨20 m + 24 m 道渣橋面鋼筋混凝土梁，設雙側(cè)人行道及欄桿；2）橋全長L1=20.6 m，L2=24.6 m；3）軌底至梁底高度為2.70 m；軌底至墩頂高度為3.10 m；支座中心至墩頂高度為0.32 m；軌底標高為27.30 m；4）每孔梁重為1352 kN 、1549 kN；道渣橋面及雙側(cè)人行道重按每孔梁每延長米36.6 kN/m計算。2橋上線路情況級單線平坡，橋梁位于直線上，設計車速度Vmax=120

2、km/h。3荷載1）活載：墩臺及橋跨結構均為中活載；2）風荷載強度：有車：0.8 kN/m2 ； 無車：1.0 kN/m2。 4水文資料低水位標高為5.60 m；設計水位標高為8.60 m；一般沖刷線標高為3.80 m； 局部沖刷線標高為2.90 m；設計流速為v=2.0 m/s。5建筑材料頂帽采用C25鋼筋混凝土；托盤采用C25普通混凝土；墩身及基礎采C20普通混凝土。二、設計內(nèi)容：1熟悉設計資料，明確任務。2荷載組合1) 計算荷載； 2）荷載組合；3墩身設計1) 橋墩墩身應力檢算算；2) 橋墩穩(wěn)定性檢算驗算；3）墩身偏心檢算設計要求三、基本要求：1按任務書的規(guī)定，在導師的指導下，獨立，按時

3、完成所要求的內(nèi)容。2設計方案合理，可行，圖面質(zhì)量符合規(guī)定，說明書文理通順，書寫整潔。3論點明確，論據(jù)充分，結論正確。4體現(xiàn)先進技術，新的試驗方法和計算方法；有一定技術經(jīng)濟分析。四、主要參考資料：1橋梁工程，范立礎編2.混凝土結構設計計算，王振東、葉英華編3.橋梁工程施工，蘇嚴江編指導教師簽字系主任簽字主管院長 簽章 參考用圖蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）開題報告表課題名稱不等跨鐵路橋梁重力式矩形橋墩內(nèi)力計算及設計課題類型AX導師專業(yè)工程力學學生姓名學 號班級力學1001一、設計的目的和意義1通過畢業(yè)設計熟悉并掌握設計程序、設計方法和設計步驟，另外在獨立完成畢業(yè)設計的過程中，不斷提高對問題的分析和

4、解決能力。2通過畢業(yè)設計熟悉相關設計規(guī)范、手冊、標準圖以及工程實踐中常用的方法，學習運用所學的力學知識來解決實際工程計算與設計問題，掌握一些基本的設計經(jīng)驗，增強工程意識和創(chuàng)新能力。 二、設計內(nèi)容：1根據(jù)構造要求擬定橋墩各部分尺寸。2計算作用在橋墩上的作用。3進行作用布置與作用效應組合。4橋墩墩身應力檢算。5橋墩穩(wěn)定性檢算驗算。6橋墩墩底截面橫、縱向檢算。7墩身偏心檢算。；三、時間安排：第56周：準備資料及熟悉設計任務，進行任務書與開題報告的撰寫；第79周：外文資料翻譯，擬定結構各部尺寸、計算作用及作用組合；第1011周：進行結構內(nèi)力計算尖算；第12周：設計方案的修改和優(yōu)化；第13周：說明書、圖

5、紙及計算書整理工作，完成設計初稿；第1415周：根據(jù)指導教師修改意見對設計初稿進行修改，并按格式規(guī)范定稿；第16周：畢業(yè)論文答辯。四、基本要求1按任務的設定，獨立按時完成設計內(nèi)容。2積極與小組成員進行討論，請教導師。3遵循規(guī)范和要求的基礎上，嘗試創(chuàng)新設計方案和計算方法。 五、主要參考資料：1橋梁工程，范立礎編2混凝土結構設計計算，王振東、葉英華編3橋梁工程施工，蘇嚴江編4橋梁工程百問，邵旭東、胡建華編5橋梁墩臺與基礎工程，王慧東編指導教師意見簽名： 年 月 日課題類型：（1）A工程設計；B技術開發(fā)；C軟件工程；D理論研究； （2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題（1）、（2）均要填，如AY等

6、。蘭州交通大學畢業(yè)設計學生自查表（中期教學檢查用）學生姓名專 業(yè)工程力學班級力學1001指導教師姓名職 稱教授課題名稱 不等跨鐵路橋梁重力式矩形橋墩的設計及計算個人精力實際投入日平均工作時間4周平均工作時間20迄今缺席天數(shù)0出勤率%100%指導教師每周指導次數(shù)4每周指導時間(小時)8備注可隨時答疑畢業(yè)設計（論文）工作進度（完成）內(nèi)容及比重已完成主要內(nèi)容60%待完成內(nèi)容40%1.查找相關圖書和文獻；2.畢業(yè)設計任務書、開題報告；3.畢業(yè)設計緒論及部分計算；4外文參考文獻及譯文。1.畢業(yè)論文剩余計算和檢查；2摘要、目錄、參考文獻、致謝；3畢業(yè)論文初稿認真檢查及修改；存在問題1.畢業(yè)設計具體格式?jīng)]有

7、注意；2.畢業(yè)設計中具體細節(jié)需要修正，計算中存在一些考慮不周的地方；指導教師簽字： 2014 年 5月 5日摘要本畢業(yè)設計對象為兩孔不等跨鋼筋混凝土鐵路橋梁下部結構的橋墩。按設計要求應選用重力式矩形橋墩，并根據(jù)構造要求擬定橋墩各部分詳細尺寸，然后進行結構內(nèi)力計算，最終檢算、修改，確定設計達到各項要求。設計過程中，按給定的橋墩設計高度和橋跨長度，考慮到上部結構形狀、支座位置及施工荷載要求，墩帽采用托盤式，墩身縱橫向均采用變坡，以節(jié)省圬工，減輕結構自重。橋墩各部分詳細尺寸，根據(jù)上部結構和各項規(guī)范要求擬定，然后進行各項檢算，確定出經(jīng)濟合理的尺寸。通過分析橋墩所受荷載類型，分別計算橋跨結構恒載壓力和墩

8、帽及墩身自重；單孔輕載、單孔重載、雙孔重載豎向靜活載；制動力(或牽引力)及縱向風力附加力。為使設計比較合理并切合實際情況，先確定出重力式矩形橋墩直線情況檢算荷載組合，然后對墩身進行分段，采用單孔重載或雙孔重載加縱向附加力組合進行墩身受壓穩(wěn)定性和墩身截面強度檢算，單孔輕載加縱向附加力組合進行墩身偏心檢算。經(jīng)過檢算，各項檢算均符合要求。關鍵詞：重力式矩形橋墩；荷載計算；荷載組合；墩身檢算AbstractThe graduation of two-hole design objects ranging across the lower part of the structure of reinfor

9、ced concrete bridge piers railroad. Gravity should be selected according to the design requirements rectangular piers, piers and develop detailed dimensions of each part according to construction requirements, then structural internal force calculation, calculate the final inspection, modification,

10、to determine the design meets the requirements.In the design process, according to the given length of span height and bridge pier design, taking into account the upper structure shape, location and construction load bearing requirements, p

11、ier cap using tray type, the vertical and horizontal adopts variable slope, in order to save masonry, reduce the weight of structure. Pier with size parts, upper structure and various specifications according to the 

12、;draft, and then checking, determine the economic and reasonable size.By analyzing the pier suffered load types, were calculated across the bridge pier structure constant set pressure and pier cap and weight; hole light load, heavy duty hole, double overloaded static vertical liv

13、e load; braking force (or traction) and additional vertical wind force. To make the design more reasonable and realistic, first determine the gravity of rectangular piers linear case Computation of load combinations, and then segmented pier, using heavy-duty or heavy duty hole plus additional longit

14、udinal force in combination with two holes carried pier pressure stability and pier section strength check calculation, plus additional longitudinal hole light load combinations pier eccentric force seized count.After checking, checking all meet the requirement.Keywords: gravity recta

15、ngular piers; load calculation; load combinations; pier seized count目錄1. 緒論11.1 橋梁的組成11.1.1 橋梁的上部結構11.1.2 橋梁的下部結構11.1.3 橋梁的支座11.2 橋梁墩臺21.3 重力式橋墩21.3.1 重力式橋墩的特點21.3.2 重力式橋墩的形式31.3.3 重力式橋墩的組成41.4 橋墩的設計步驟與內(nèi)容62. 橋墩的尺寸擬定72.1 墩帽尺寸的擬定72.1.1 墩帽的厚度72.1.2 墩帽的平面尺寸72.1.3 托盤82.1.4 墩帽設計92.2 墩身尺寸的擬定102.2.1 墩身設計113

16、. 荷載的種類與組合123.1 荷載種類123.1.1 永久荷載(恒載)123.1.2 可變荷載123.2 荷載組合183.2.1 橋墩計算的幾種常見的荷載組合183.2.2 最不利荷載組合的分析193.2.3 荷載組合的有關規(guī)定203.3 設計資料203.4 荷載計算213.4.1 恒載計算213.4.2 豎向靜活載223.4.3 制動力(牽引力)253.4.4 縱向風力274. 重力式矩形橋墩的檢算294.1 墩身檢算內(nèi)容294.1.1 墩身受壓穩(wěn)定性檢算294.1.2 墩身截面強度檢算314.1.3 墩身截面偏心檢算364.1.4 墩頂位移檢算374.2 墩身截面檢算384.2.1 整體

17、縱向穩(wěn)定性檢算384.2.2強度檢算404.2.3 合力偏心檢算424.2.4 檢算小結42結論43致謝44主要參考文獻45蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）1. 緒論1.1 橋梁的組成橋梁的組成與橋梁的結構體系有關，如圖1.1所示，通常由以下各部分組成。圖 1.1 橋梁的基本圖式1.1.1 橋梁的上部結構上部結構指橋梁位于支座以上的部分，通常包括橋跨結構和橋面構造兩大部分。橋跨結構是直接承受橋面荷載、交通荷載及跨越障礙的肢體架空結構。對橋梁(簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁)而言，主體結構是梁；對拱橋(實體拱、桁拱)而言，主體結構是拱；對索橋(懸索橋、斜拉橋)而言，主體結構是纜索。橋面構造是指橋上的附屬結構

18、或設施，包括公路橋的行車道輔裝，鐵路橋的鋼軌、軌枕、道床，橋梁的伸縮縫、排水防水系統(tǒng)、人行道、安全帶、防護欄、路緣石、欄桿、指示牌、照明系統(tǒng)，以及電氣化鐵路的輸電電纜及電桿等。1.1.2 橋梁的下部結構下部結構是指橋梁支座以下的部分，是將上部結構及其承受的交通荷載傳至地基的結構物，包括橋墩、橋臺以及墩臺的基礎。橋臺設在橋跨結構的兩端，橋墩設在橋跨結構的中間。橋臺除了支承上部結構和傳力之外，還起到將橋梁和路堤銜接并防止路堤下滑和坍塌的作用。為此，通常在橋臺周圍修建椎體護坡、導流堤等防護設施，以保證迎水部分路堤邊坡的穩(wěn)定，通航河流還常設有防止船只撞擊墩臺的防撞結構等。1.1.3 橋梁的支座橋跨結構

19、與墩、臺之間還設置支座。支座的作用是連接橋跨結構和橋梁墩臺，它們不僅要能夠傳遞很大的荷載，而且要能使橋跨結構產(chǎn)生所需要的變位，部分支座還兼有減振(震)功能。橋梁支座為上部結構提供約束，因此也可將支座看作是上部結構的一部分。1.2 橋梁墩臺橋墩、橋臺為橋梁的下部結構，是橋梁的重要組成部分之一。橋梁墩臺的主要作用是承受上部結構傳來的荷載，并將其及自身重力傳給基礎。橋墩支承相鄰的兩孔橋跨，居于橋梁的中間部位。橋臺居于全橋的兩端，它的前端支承橋跨，后端與路堤銜接，起著支擋臺后路基填土并把橋跨與路連接起來的作用。橋梁墩臺除承受上部結構的作用外，橋墩還受到風力、流水壓力及可能發(fā)生的冰壓力、船只和漂浮物的撞

20、擊力，橋臺還需要承受臺背填土及填土上車輛荷載產(chǎn)生的附加側(cè)壓力。因此，橋梁墩臺不僅本身應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性，而且對地基的承載能力、沉降量、地基與基礎之間的摩阻力等也都提出了一定的要求。橋梁墩臺的結構型式多種多樣。隨著橋梁建設事業(yè)的發(fā)展，特別是高等級公路橋梁和城市橋梁的興起，出現(xiàn)了許多造型新穎、輕巧美觀的墩臺結構型式。優(yōu)秀的橋梁設計，往往注重展現(xiàn)下部結構的功能和造型，使上下部就夠造型協(xié)調(diào)一致，互為點綴，達到良好的整體效果。橋梁下部結構的發(fā)展方向是輕型、薄壁、造型多樣等。橋墩的常見型式有重力式墩、空心式墩、柔性墩、樁(柱)墩、薄壁墩等。橋臺的常見型式有重力式橋臺、輕型橋臺、框架式橋臺、組合

21、式橋臺等。橋梁下部結構的選型應遵循安全耐久，滿足交通要求，造價低，養(yǎng)護維修量少，預制施工方便，工期短，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，造型美觀的原則。橋梁的墩臺設計與結構受力有關，與水文、流速及河床性質(zhì)有關，也與地質(zhì)條件有關。橋梁墩臺要置于穩(wěn)定可靠的地基上，并通過設計和計算確定基礎形式和埋置深度。橋梁是一個整體，上、下部結構共同工作、互相影響，在某種情況下，橋梁的下部結構很難與上部結構截然分開，因此，要重視下部結構與上部結構的合理組成。對墩梁固結的剛架橋、預應力混凝土連續(xù)剛構橋等，尤其如此。同時，還要求橋梁下部結構的造型與周圍的地形、地物條件密切相關，使橋梁整體達到與環(huán)境和諧一致的結果。1.3 重力式橋墩1.

22、3.1 重力式橋墩的特點重力式橋墩也稱實體式橋墩，它主要靠自身的重力來平衡外來而保持其穩(wěn)定，因此墩身比較厚實，可以不配鋼筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。重力式橋墩取材方便，施工簡易，養(yǎng)護工作量小，對抵制外界不利因素如撞擊、侵蝕的能力較強，在中、小跨橋梁，尤其是鐵路橋梁中常被采用。它的缺點是工程量大、自重大，對地基承載力的要求較高，基礎工程量也往往較大。1.3.2 重力式橋墩的形式按墩身水平橫截面形式的不同，常見的重力式橋墩可分為矩形墩、圓端形墩及圓形墩等。對于跨河橋，在選用橋墩形式時主要考慮水流特性，盡量減少墩旁河床的局部沖刷和水壓力，并使水流順暢通過橋下，在此前提下，應力求節(jié)省圬工和施工方

23、便。(1)矩形墩矩形橋墩的墩身截面為矩形，如圖1.2所示。與其他幾種重力式橋墩相比，矩形墩的圬工量最省，外形簡單，立模、澆筑等施工也最為方便。但對水流的阻力很大，使水流紊亂，引起橋墩周圍河床的局部沖刷較大。因此，矩形墩一般適用于無水或靜水處、靠近岸邊，以及基礎建于完整堅硬的巖層上、橋孔無壓縮、水流不急的橋梁。對于高出設計水位部分的橋墩，因?qū)λ鳠o影響，也往往采用矩形截面。 圖 1.2 矩形橋墩(2)圓端形墩圓端形墩的墩身截面為矩形長邊的兩端各接一個半圓，如圖1.3所示。它對水流阻力和干擾較小，使水流能順暢通過橋孔，即使水流稍有偏斜，也能順暢通過，減少了對橋墩周圍河床的局部沖刷和水流壓力，因此圓

24、端形墩是水中橋墩使用最廣泛的一種形式。另外，圓端形墩橫橋向長，順橋向短，對承受船撞擊、流水、橫向地震等較為有利，但施工較為麻煩。一般用于常年有水河流，并且水流方向與橋軸法線交角小于15°的橋梁。(3)圓形墩圓形墩的墩身截面為圓形，如圖1.4所示。它阻水較小，在各個方向都能適應有水流的情況，不受水流斜交角的限制，適用于河流急彎、流向不固定或與水流斜交角不大于15o的橋梁。由于圓截面的任何一個方向的尺寸都是相同的，不能像其他截面橋墩那樣，根據(jù)橋墩縱向和橫向的不同內(nèi)力與使用要求在不同方向采用不同的尺寸，這就必然要增大工程量，同時也將增大橋墩的阻水面積。對于曲線橋，圓形橋墩的工程量增加更為突

25、出。因此，對于水流斜交角小于15o的橋梁，不宜采用圓形橋墩。圓形橋墩圬工量較大，若使用混凝土塊砌筑建造，費工費時，一般多用混凝土整體澆筑。圓形橋墩采用滑動模板施工較為方便，施工時即使滑模產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，也不影響墩身外形的變化。 圖 1.3 圓端形橋墩 圖 1.4 圓形橋墩1.3.3 重力式橋墩的組成重力式墩有墩帽、墩身和基礎三部分組成。如圖1.21.4所示。(1)墩帽墩帽也稱之為頂帽，位于橋墩頂部，有飛檐式、托盤式和懸臂式三種。小跨度的鋼筋混凝土梁或較矮的橋墩墩身一般采用直坡的矩形或圓端形橋墩，其墩帽一般采用飛檐式，形狀隨墩身的形狀而定。中、大跨度的普通鋼筋混凝土、預應力混凝土梁或較高的橋墩墩身一般

26、采用變坡。為了節(jié)省橋墩圬工，減輕結構自重，可在墩帽下設置托盤過渡，稱為托盤式墩帽，如圖2.1所示。但橋面較寬時，讓墩帽挑出墩身一定長度，稱為懸臂式墩帽，其懸臂長度和寬度根據(jù)上部結構的形式、支座的位置及施工荷載的要求確定。懸臂的受力鋼筋可按懸臂梁受力圖式經(jīng)過計算確定，一般要求懸臂式墩帽的混凝土強度等級較高。墩帽有兩個作用：一，墩帽上要安放橋梁支座，直接支承橋跨結構，因而要承受很大的支撐反力并將橋跨結構傳來的集中力均勻地分散到墩身，所以必須具有一定的厚度；二，墩帽要為架橋施工和養(yǎng)護維修提供必要的工作面。因此，鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定：墩帽應采用不低于C30的混凝土，厚度不小于0.4 m，一般要求設

27、置兩層鋼筋網(wǎng)，其鋼筋直徑為10 mm，間距為0.2 m。但對單線、等跨、跨度不大于16 m的鋼筋混凝土梁的實體墩墩帽，有下列情況之一時，也可不設置墩帽鋼筋：一，無支座時；二，當?shù)貧庀髼l件不會使墩帽受到凍害影響，且墩帽與墩身為整體灌注，墩帽不帶托盤，厚度等于或大于0.6 m時。 墩帽頂面要設置不小于3%的排水坡(無支座的可以不設)及安置支座的支承墊石平臺，墊石內(nèi)應鋪設一至二層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為10 mm，間距為100 mm。墊石頂面要高出排水坡的上棱。設置平板支座的墩帽，宜將墊石加高100 mm，以便維修支座；設置弧形支座的墩帽(配合跨度為1016 m的鋼筋混凝土梁或預應力混凝土梁)，宜將墊石加

28、高200 mm，以滿足頂梁是能在墩帽和梁底之間安放千斤頂。為在墊石內(nèi)安放固定支座底板的支座錨固螺栓，通常在施工時先按設計要求預留錨栓孔位置，架梁時再埋入支座錨固螺栓并將其固定。對于托盤式墩帽，在施工時托盤頸縮處往往成為施工裂縫，故應在托盤與墩身的連接處沿周邊布置直徑誒10 mm、間距為200 mm的豎向加強短鋼筋。托盤及設置短鋼筋的墩身部分一般要采用不低于C30的混凝土。必須指出，托盤式頂帽墩身的圬工量雖然增加不多，但當橋墩較矮時，不太美觀。在地震區(qū)，一般不采用托盤式頂帽，因頸縮處形成一薄弱斷面，對抗震性能不利。(2)墩身墩身用來承受墩帽傳來的荷載，并把荷載傳遞到基礎中去。由于墩身個截面的內(nèi)力

29、是自墩身頂部起向下逐漸增大的，為了使各截面的受力均勻，一般都是頂部尺寸較小，底部尺寸較大。因此，墩身的縱、橫兩個方向一般均做成斜坡。高度不大的橋墩，可以做成直坡。高度很大的橋墩，也可以分段做成臺階狀。實體墩身可根據(jù)材料供應情況采用混凝土或石砌圬工。為保證橋墩結構的耐久性，混凝土強度等級應不低于C30；石砌圬工的水泥砂漿強度等級不低于M10；石料強度等級應不低于MU50。為了節(jié)約水泥，在整體灌注混凝土墩身時，可摻用不超過總體積20%的片石(片石是用爆破方法開采的形狀不規(guī)則的石塊，石塊中部最小厚度一般不應小于0.15 m)做成所謂的片石混凝土；墩身也可以用漿砌片石或漿砌塊石(塊石多自成層巖中開采，

30、也可自片石中挑選加工，塊石外形大致方正，厚度不小于0.2 m，長度不小于厚度)。漿砌片石橋墩高度不宜大于20 m，當高度超過15 m時，應在墩身中部用整齊塊石砌一墊層或灌注一層混凝土，其厚度為0.61.0 m。漿砌塊石橋墩高度一般不宜大于2430 m。為使石砌橋墩尺寸整齊，堅固美觀，其外露面應以尺寸較大、外面較平整的石塊鑲面并勾縫。墩高(支承墊石至其頂) 6 m時可用片石鑲面；墩高6 m應全部用塊石鑲面。1.4 橋墩的設計步驟與內(nèi)容梁橋橋墩的設計過程是：首先選定橋墩形式及擬定各部分尺寸，然后確定各項外力并進行最不利荷載組合，計算各截面的內(nèi)力，進行配筋(需要配筋時)設計，選取驗算截面并進行驗算。

31、梁橋橋墩各部分詳細尺寸的擬定，根據(jù)具體情況可采用標準設計圖紙，也可通過力學計算確定。梁橋橋墩計算的目的在于確定經(jīng)濟合理的尺寸，并保證其在施工和使用階段的安全。一般梁橋橋墩應滿足兩個方面的要求：一是橋墩本身應具有足夠的強度和穩(wěn)定性，并且不出現(xiàn)過大的開裂和其他變形；二是橋墩作為一個整體，不致發(fā)生超出容許的變位。此外，對于較高的墩臺，需限制墩頂水平位移不超限。為了確保橋墩滿足上述要求，應對橋墩進行下列項目的檢算：(1)墩身受壓穩(wěn)定性檢算；(2)墩頂截面強度檢算；(3)墩身截面偏心檢算；(4)墩頂彈性水平位移檢算；(5)地基承載力、穩(wěn)定性和基底沉降檢算。圬工結構的設計理論主要有容許應力法和極限狀態(tài)法，

32、目前鐵路規(guī)范采用容許應力法。容許應力法的荷載組合值采用使用荷載直接相加，其檢算式表現(xiàn)為應力形式；極限狀態(tài)法的荷載組合值則采用考慮分析安全系數(shù)的組合計算式，其檢算式表現(xiàn)為荷載效應的形式。除此之外，還應結合施工情況進行必要的檢算。如拱橋在施工過程中可能產(chǎn)生的單向水平推力，可使砌體強度和基底土的承載能力提高，使傾覆和滑動穩(wěn)定性系數(shù)降低。2. 橋墩的尺寸擬定2.1 墩帽尺寸的擬定2.1.1 墩帽的厚度一般有支座的墩帽厚度都采0.5 m(因頂梁或維修需要的支承墊石加高部分不包括在內(nèi))；無支座的墩帽厚度可采用0.4 m。2.1.2 墩帽的平面尺寸支座底板的尺寸及位置是決定墩帽平面尺寸的主要依據(jù)。為此，應首

33、先搞清楚梁的跨度、梁全長、梁梗中心線位置、支座底板尺寸及梁端縫隙的大小。此外，決定頂帽的平面尺寸時，還要考慮架梁和養(yǎng)護時移梁、頂梁的需要。墩帽縱向?qū)挾热鐖D2.1所示，可寫為222式中 考慮梁及墩臺的施工誤差設置的梁縫，對鋼筋混凝土或預應力混凝土簡支梁，當跨度16 m時，=60 mm；20 m時，c0=100 mm； 支座中心至梁端的長度； 支座底板的縱向?qū)挾?，根?jù)梁的資料確定； 支座底板邊緣至支承墊石邊緣的距離，一般為0.150.2 m，它是為了調(diào)整施工誤差和防止支承墊石表面劈裂或支座錨栓松動所需的距離； 支承墊石邊緣至墩帽邊緣的距離，用以滿足頂梁施工的需要，當跨度8 m，=0.15 m；8

34、m20 m時，=0.25 m；20 m時，=0.4 m。 矩形墩帽的橫向尺寸如圖2.1所示，可寫為22式中 梁梗中心橫向間距，采用標準設計的橋跨時，值可自梁的技術參考表中查出； 支座底板的橫向?qū)挾龋?支承墊石邊緣至墩帽邊緣的橫向距離，為了養(yǎng)護及架梁作業(yè)的需要，矩形墩帽的不應小于0.5 m；圓端形墩帽支承墊石角至墩帽最近邊緣的最小距離與縱向相同。對于分片式鋼筋混凝土梁及預應力混凝土梁分片架立時，考慮到第一片梁橫向移梁的需要及保證施工、養(yǎng)護人員的安全作業(yè)，墩帽橫向?qū)挾纫话銘捎孟铝袛?shù)值：跨度8 m時不小于4 m；跨度8 m20 m時不小于5 m；跨度20 m時不小于6 m。2.1.3 托盤在墩帽縱

35、、橫向尺寸較大時，為使墩身尺寸不致因此過分增大而多用圬工，常在墩帽下設置托盤將縱、橫向尺寸適當收縮，一般在橫向收縮較多，縱向不收縮或少收縮。托盤頂面的形狀與橋墩截面形狀有關，如矩形截面橋墩的托盤頂面仍是矩形，而圓形、圓端形橋墩則為圓端形。托盤頂面縱、橫向尺寸就等于墩帽縱、橫向尺寸減去兩邊飛檐的寬度。托盤底面與墩身相接，其形狀與墩身截面相同。為保證懸出部分的安全，鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定：托盤底面橫向?qū)挾炔灰诵∮谥ё碌装逋饩壍拈g距；托盤側(cè)面與豎直線間的角不得大于45°；支承墊石向邊緣外側(cè)0.5處墩帽底緣點的豎向線與該底緣點同托盤底部邊緣處的連續(xù)夾角不得大于30°，如圖2.1

36、所示。圖 2.1 托盤式墩帽尺寸擬定2.1.4 墩帽設計(1)橫向尺寸按照上部結構的布置，以及墩帽橫向?qū)挾纫话銘脼楫斂缍?0 m時不小于6 m，則22=6 m其中為了調(diào)整施工誤差和防止支承墊石表面劈裂或支座錨栓松動所需的距離，支承底板邊緣至支承墊石邊緣的距離采用20 cm；為了養(yǎng)護及架梁作業(yè)的需要，支承墊石邊緣至墩帽邊緣的橫向距離采用130 cm。(2)縱向尺寸222=2.7 m其中對于跨度20 m時，因梁和墩臺的施工誤差，梁縫采用10 cm；由跨度和梁的全長可知，支座中心至梁端的長度為30 cm；為滿足頂梁施工的需要，當跨度20 m時，支承墊石邊緣至墩帽邊緣的距離采用40 cm。根據(jù)梁的高

37、跨比，一般選用分片式T型梁，按照道碴橋面道碴槽不宜小于3.9 m，橫橋向軌枕長2.6m，橋上設置雙側(cè)人行道及欄桿的要求，梁梗中心橫向間距采用2.2 m；支座底板的縱向和橫向?qū)挾雀鶕?jù)梁的尺寸分別設置為60 cm和80 cm。有支座墩帽厚度采用0.5m。圖 2.2 托盤式墩帽尺寸（單位：mm）(3)托盤尺寸縱向和橫向兩邊的飛檐各采用20 cm，則托盤頂面的縱向和橫向尺寸分別為5.6 m和2.3 m；托盤縱向尺寸不收縮，橫向尺寸進行收縮，按照鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定設計，托盤底面橫向尺寸采用3.6 m。托盤高度采用1.5m。托盤式墩帽尺寸如圖2.2所示。2.2 墩身尺寸的擬定采用托盤式墩帽時，墩身頂

38、面尺寸就是托盤底部的尺寸，采用飛檐式墩帽時，墩身頂面尺寸就是墩帽縱、橫向尺寸減去兩邊飛檐的寬度，如圖2.3所示。墩身坡度一般用：1(豎：橫)表示，愈大，坡度愈陡；愈小，坡度愈緩。當墩身較低時(約在6 m以內(nèi))，其墩頂及墩底受力相差不大，為了施工方便，可設直坡。墩身較高時，墩身的縱、橫兩個方向均做成斜坡，坡度不緩于20:1，具體數(shù)值應根據(jù)墩身的受力要求由試算決定。墩身高根據(jù)墩頂標高(由軌底標高減去梁在墩臺頂處的建筑高度和墩帽高度求得)和基底埋置深度、基礎厚度來確定。墩身底部尺寸可根據(jù)：(墩身頂部尺寸2××墩身高)來確定。圖 2.3 墩身尺寸擬定2.2.1 墩身設計 墩身的頂面

39、尺寸即為托盤的底面尺寸，則墩身的縱向尺寸為2.3 m，橫向尺寸為5.6 m；墩身的縱向側(cè)面按55:1向下放坡，則墩身底面縱向?qū)挾葹?.03 m；墩身的橫向側(cè)面按60:1向下放坡，則墩身底面橫向?qū)挾葹?.27 m。 根據(jù)以上設計，橋墩各細部尺寸如圖2.4所示。圖 2.4 橋墩尺寸（單位：mm）3. 荷載的種類與組合3.1 荷載種類3.1.1 永久荷載(恒載)(1)結構自重：經(jīng)由支座傳來的恒載力(包括梁、線路設備、道碴或輔裝層及人行道自重)，橋墩自重(包括頂帽重、墩身重、基礎襟邊上的土重)，上部結構的混凝土收縮及徐變得影響。橋跨自重。橋跨自重包括梁和支座、橋面及人行道的重量。梁及支座重可從選用橋跨

40、標準圖中查得。橋面及人行道重量按鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定為：直線上雙側(cè)人行道鋪設木步行板時采用8 kN/m；鋪設鋼筋混凝土或鋼步行板時采用10 kN/m。橋墩上所受橋跨自重壓力等于相鄰兩橋跨通過支座傳來的自重壓力之和，等跨時傳來的橋跨自重壓力作用在橋墩中心線上。橋墩自重。計算橋墩自重時，常將橋墩分成許多簡單的塊體分別計算，最后求和。各種材料重度統(tǒng)一按如下數(shù)值采用：鋼筋混凝土(配筋率在3%以內(nèi))25 kN/m3，混凝土、片石混凝土、漿砌塊石23 kN/m3，漿砌片石22 kN/m3。(2)水浮力：水中橋墩位于碎石類土、砂類土、粘砂土等透水地基時，基底作用水浮力。當檢算橋墩穩(wěn)定時，應考慮設計頻率水

41、位的水浮力；而計算基底強度或基底偏心時，應考慮水位的水浮力，此時應考慮襟邊上的土柱浮重(若為地下水時，水位以下為浮重，水位以上采用天然容重)。位于粘性土層上和巖石(破碎、裂隙嚴重者除外)上的基礎，當基礎用混凝土與地基接觸良好不透水時，可不考慮水浮力，當應考慮襟邊上土柱浮力及水柱重。當不確定是否存在水浮力時，應按最不利情況考慮。(3)基礎變位影響力：對于非巖石地基上的超靜定結構，應當考慮由于地基沉降引起的支座長期變位的影響。3.1.2 可變荷載(1)活載：作用在上部結構的列車或汽車荷載，對于鋼筋混凝土柱式等輕型橋墩應計入沖擊力，對于重力式墩臺則不計入沖擊力。我國客貨共線鐵路標準活載采用“中活載”

42、。列車活載通過橋跨以支座反力的方式傳給橋墩，由于橋跨傻瓜列車活載位置不斷變化，傳給橋墩的壓力和影響也不同。設計橋墩時，活載的布置應使橋墩處于最不利的受力狀態(tài)。根據(jù)設計經(jīng)驗，檢算中常用的活載加載圖式有單孔重載、單孔輕載、雙孔重載及雙孔空車等，如圖3.1所示。單孔重載(或稱一孔重載)僅在一孔梁上布滿活載，并使五個集中荷載位于所需要檢算橋墩的一側(cè)。這種加載圖式能對橋墩產(chǎn)生最大的豎向偏心壓力和較大的縱向水平力(牽引力)，因此豎向力、彎矩都較大，對直線橋墩的截面壓應力、受壓穩(wěn)定、墩頂縱向彈性水平位移以及基底壓應力驗算可能是最不利的。單孔輕載(或稱一孔輕載)也是在一孔梁上布滿活載，但五個集中荷載位于檢算墩

43、上梁的另一端。這種加載圖式對橋墩的豎向偏心壓力較一孔重載為小，而縱向水平力(制動力)大小與一孔重載相同，彎矩較大，往往是橋墩縱向合力偏心距的控制荷載。直線上橋墩當截面合力偏心距較大時，按應力重分布計算，可能出現(xiàn)最大應力。雙孔重載在檢算橋墩相鄰的兩孔梁上都布置活載，要求使橋墩上兩個支座反力之和達到最大值。由結構力學原理可知，如果相鄰兩孔梁的跨度分別為和，兩孔梁上靜活載分別為和，則當時，檢算墩的支座反力之和為最大。由此可求得加載圖式中的值(即活載在梁上的加載位置)。雙孔重載的支反力和離心力都是最大值，因此計算截面的豎向力與彎矩也最大，它是曲線上橋墩截面橫向的合力偏心距、壓應力、受壓穩(wěn)定、基底壓應力

44、以及墩頂橫向彈性水平位移驗算的最不利活載組合。 雙孔空車在驗算橋墩的相鄰兩孔梁上均布滿空車活載，按10 kN/m計。這種加載圖式對實體式橋墩一般檢算不控制，但當同時考慮橫向風力等橫向力作用下的橋墩橫向穩(wěn)定性時可能起控制作用。圖 3.1 檢算橋墩的加載圖式(2)由活載引起的離心力、制動力(或牽引力)、風力、流水壓力、冰壓力、溫度力、支座摩擦力及人群荷載等。制動力或牽引力。橋跨上活載的制動力或牽引力，由車輪傳給鋼軌，再由鋼軌傳給梁，再通過梁的支座傳給墩臺。當支座類型不同時，傳遞的縱向水平力就不同。簡支梁通過各類支座傳給橋墩的制動力(或牽引力)按鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定為：(1)通過固定支座為全孔的

45、100%；(2)通過滑動支座為全孔的50%；(3)通過滾動支座為全孔的25%；一個橋墩上通常設置相鄰兩孔梁的支座，其一為固定支座，另一位活動支座。兩孔梁通過支座傳給橋墩的制動力，可按上列百分數(shù)計算后相加求得。但為了避免出現(xiàn)過大的不合理的計算值，規(guī)定兩孔梁傳來制動力之和()，不得大于其中一孔梁(如為不等跨，應取大跨梁)滿布最大活載時由固定支座傳來的制動力()。因此，在雙孔重載情況下橋墩的制動力為=0.1×100%0.1×50%(或25%)如，應采用。梁上制動力作用在軌頂以上2 m，計算橋墩時，為簡化計算，鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定：可將橋跨上的制動力移至支座鉸中興處，并不計因移

46、動力的作用點而產(chǎn)生的對支座的豎向力或力矩。因此，計算制動力對橋墩檢算截面的制動力矩時，就等于橋墩上的制動力乘以該檢算截面至支座中心的距離。至于制動力或牽引力的方向則應使其產(chǎn)生的力矩與活載壓力偏心力矩的方向相同，使之在檢算截面產(chǎn)生較大的彎矩。應該指出，由于橋上線路上部建筑的連續(xù)性和活動支座縱向并不很“活動”，所以不能認為橋上某一孔梁上的制動力僅傳遞至兩相鄰的橋墩上，而應從全橋(包括線路上部的建筑、梁、支座、橋墩臺和橋頭路基)整體分析其制動力的傳遞和分配。對某一橋墩而言，也是在該墩鄰近多孔梁上布置有活載時才有可能出現(xiàn)最大制動力。因此，對橋墩設計影響較大的制動力的傳遞與分別配規(guī)律，還需要進行進一步的

47、研究。風力風力是作用在受風物體上的水平力，它的大小可按其所受的風荷載強度 (Pa)乘受風面積(m2)求得。用表示風力，則其值為： (N)風力為水平力，其方向可以垂直于線路(橫風)，也可以平行于線路(縱風)，作用點為受風面積的形心。作用與橋梁上的風荷載強度與風速大小、受風建筑物的高度和形狀及當?shù)氐匦蔚孛灿嘘P。鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定：當橋上無車時，作用于橋上的風荷載強度W按下式計算：式中 基本風壓值(Pa)，可按計算，其中(以m/s計)為一般平坦空曠地區(qū)離地面20 m高度處頻率為100年一遇的10 min平均最大風速，一般情況下，可從鐵路橋涵設計基本規(guī)范中所列的“全國基本風壓分布圖”上查得； 風

48、載體型系數(shù)，見表3.1，其他構件為1.3； 風壓高度變化系數(shù)，按表3.2采用，風壓隨離地面或常水位的高度而不同，除特殊高墩個別計算外，為簡化計算，全橋均按軌頂高度處的風壓值采用； 地形、地理條件系數(shù)，按表3.3采用。表 3.1 橋墩風載體型系數(shù)截面形狀長寬比值體型系數(shù) 圓形截面/0.8與風向平行的正方形截面/1.4短邊迎風的矩形截面1.20.9長邊迎風的矩形截面1.41.3短邊迎風風圓端形截面0.3長邊迎風的圓端形截面0.81.1表 3.2 風壓高度變化系數(shù)離地面或常水位高度(m) 20304050607080901001.001.131.221.301.371.421.471.521.56表

49、 3.3 地形、地理條件系數(shù)地形、地理情況一般平坦空曠地區(qū)1.0城市、林區(qū)盆地和有障礙物擋風時0.850.90山嶺峽谷、埡口、風口區(qū)、湖面和水庫1.151.30特殊風口區(qū)按實際調(diào)查或觀測資料計算計算風力時，應注意下列規(guī)定：(1)橋上有車時風荷載強度，規(guī)定按式算得的的80%計(約相當于頻率為1/30的風壓強度)，并不大于1250 Pa。在按標準設計中，風荷載強度在有車時采用800 Pa，并不大于1250 Pa；無車時采用1400 Pa。(2)列車的受風面積按3 m高的長方帶計算，其作用點在軌頂以上2 m處。列車不計縱向風力。(3)實體墩及橋面橫向受風面積，按其橋跨橫向受風輪廓面積計算，即梁底至軌

50、頂?shù)母叨扰c左右兩孔橋跨中線所圍成的面積，桁架梁的橫向受風面積，按桁架理論輪廓面積（桁架弦桿重心線間的面積）的0.4倍計算。對于下承桁架在計算有車橫向風力時，列車受風面積應扣除列車高度范圍內(nèi)被梁部遮擋的部分。各類上承式梁及橋面的縱向風力，因受相鄰梁及橋臺的阻擋可不計算。列車的縱向受風面積很小，亦可不計。下承桁架的縱向風力按其所受橫向風力的40%計算。(4)實體橋墩分別按縱向及橫向輪廓面積計算縱向風力及橫向風力。流水壓力位于水中的橋墩，其上游迎水面因受到流水沖擊影響而產(chǎn)生流水壓力，流水壓力(kN)與水流速度和橋墩平面形狀有關，可按下式計算：式中 橋墩阻水面積(m2),通常自計算水位算至一般沖刷線處

51、(圖3.2)；水的重度，一般采用10 kN/m3；標準自由落體加速度(m/s2)；計算時采用的水流流速(m/s)，檢算穩(wěn)定性時用設計頻率水位的流速；檢算基底應力或基底偏心時用常水位的流速；試驗測得的橋墩形狀系數(shù)，其值可根據(jù)橋墩截面形狀按表3.4采用。表 3.4 橋墩形狀系數(shù)值橋墩截面形狀方形矩形(長邊與水流平行圓形尖端形圓端形值1.471.330.730.670.60流水壓力的分布可假定為倒三角形(因水流速度是近似地隨水深呈三角形分布)，其作用點在計算是采用水位線以下1/3水深處。(4)偶然荷載：地震力、船舶或漂浮物撞擊力及施工臨時荷載。圖 3.2 橋墩阻水面積3.2 荷載組合橋墩荷載組合可分

52、為主要荷載組合與附加荷載組合兩種。主要荷載組合由經(jīng)常出現(xiàn)的荷載組成，即由恒載、活載(包括沖擊力和離心力)、人群荷載及活載引起的土側(cè)壓力等組成；附加組合則由主要組合中的一種或幾種與可能同時作用的一種或幾種其他荷載和外來組成，或是由恒載與活載組成，或根據(jù)施工時的受力條件進行施工荷載組合。為使設計比較合理并切合實際情況，在驗算墩臺和基礎時，在荷載的附加組合中有些荷載不需要同時考慮。3.2.1 橋墩計算的幾種常見的荷載組合根據(jù)各種荷載發(fā)生的幾率不同，對于橋墩計算，可能同時出現(xiàn)的荷載有以下幾種組合情況：(1)主力組合，即同時出現(xiàn)的主力之間的組合。(2)主力加附加力的組合。由于附加力時不經(jīng)常出現(xiàn)的荷載，所

53、有附加力同時出現(xiàn)并達到最大值的機會極少或幾乎不可能，故鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定，主力加附加力組合只考慮主力加一個方向（縱向或橫向）的附加力組合。例如考慮縱向制動力和縱向風力與主力的組合時，就不考慮橫向風力和橫向流水壓力；反之，考慮橫向風力和橫向流水壓力與主力組合時就不考慮縱向 制動力和縱向風力。(3)主力加特殊荷載的組合（即主力與某一特殊荷載的組合）。特殊荷載是某一特定條件下出現(xiàn)的荷載，它與各種附加力同時出現(xiàn)的機會也極少和幾乎不可能。故荷載組合中，只考慮主力加某一特殊荷載的組合而不再考慮附加力。3.2.2 最不利荷載組合的分析鐵路橋梁的各種荷載中，對荷載組合起控制作用的是活載?；钶d的大小和位置

54、（即加載圖式）不僅影響到豎向力，且伴生有制動力（或牽引力）、橫向搖擺力，在曲線上還有離心力。因此活載的加載圖式對分析各檢算項目的最不利荷載組合起控制性作用。例如檢算墩身的合力偏心距，應選用豎向力較小，而力矩相對較大的加載圖式；檢算墩身應力，應選用豎向力和力矩都較大的加載圖式。根據(jù)大量設計經(jīng)驗得知，不同活載加載圖式，對墩身的不同檢算項目起控制作用：(1)單孔輕載的豎向力為最小，縱向力矩又較大，往往是橋墩縱向合力偏心距的控制荷載；又直線上橋墩當截面合力偏心距較大時，按應力重分布計算，還可能出現(xiàn)最大壓應力。(2)單孔重載或雙孔重載的或都較大，對直線橋墩的截面壓應力、受壓穩(wěn)定、墩頂縱向彈性水平位移的檢算，常識最不利的。(3)雙孔重載的支點反力和離心力都是最大值，因此計算截面的、橫向力矩也最大，它常成為曲線上橋墩截面合力偏心距、壓應力、受壓穩(wěn)定及墩頂位移檢算的最不利活載圖式。再從主力和主加附兩種荷載組合分析，可明顯看出主加附在結構中產(chǎn)生的內(nèi)力和應力，要比主力組合大。但是，由于主加附出現(xiàn)的幾率比主力組合要小，因而對材料的容許應力和結構的安全系數(shù)取不同的數(shù)值（主加附時容許應力提高30%），故不能僅憑哪一種荷載組合的荷載（或應力）大小作為判別的根據(jù)。但設計經(jīng)驗表明，在考慮特殊荷載的情況下，主力組合一般不控制設計，而是由主力加附加力控制。表