橋梁墩臺(tái)和支座

1、橋梁墩臺(tái)和支座第一節(jié)橋梁墩臺(tái)類型與構(gòu)造一、概述組成:墩臺(tái)帽、墩臺(tái)身、基礎(chǔ)承受荷載:上部結(jié)構(gòu):豎向力、水平力、彎矩,地震力、風(fēng)力、流水壓力等二、橋墩的類型與構(gòu)造受力:剛性墩、柔性墩構(gòu)造:實(shí)體墩、空心墩、柱式墩、框架墩等按截面形式分:矩形、圓形、園端形、尖端形1、實(shí)體墩實(shí)體橋墩由一個(gè)實(shí)體結(jié)構(gòu)組成,按其截面尺寸及重量的不同又可分為實(shí)體重力式橋墩和實(shí)體輕型橋墩。實(shí)體重力式橋墩是一實(shí)體圬工墩,主要靠自身的重量(包括橋跨結(jié)構(gòu)重力平衡外力,從而保證橋墩的強(qiáng)度和穩(wěn)定。此種橋墩自身剛度大,具有較強(qiáng)的防撞能力,但同時(shí)存在阻水面積大的缺陷,比較適合于修建在地基承載力較高、覆蓋層較薄、基巖埋深較淺的地基上。實(shí)體輕型橋

2、墩可用混凝土、漿砌塊石或鋼筋混凝土材料做成,此結(jié)構(gòu)顯著減少了圬工體積,但其抗沖沖擊力較差,不宜用在流速大并夾有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰、漂流物撞擊的河流中,一般用于中小跨徑橋梁上墩帽是直接支承橋跨結(jié)構(gòu),應(yīng)力較集中,因此對(duì)大跨徑的重力式橋墩墩帽厚度一般不小于0.4m,中小跨梁橋也不應(yīng)小于0.3m,并設(shè)有50100mm的檐口。2、空心橋墩空心橋墩有兩種形式:一種為部分鏤空實(shí)體橋墩,另一種為薄壁空心橋墩。3、樁(柱式橋墩和柔性墩柱式橋墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩型式。它具有線條簡(jiǎn)捷、明快、美觀,既節(jié)省材料數(shù)量又施工方便的特點(diǎn),特別適用于橋梁寬度較大的城市橋梁和立交橋。柱式橋墩一般可分為獨(dú)柱

3、、雙柱和多柱等形式,它可以根據(jù)橋?qū)挼男枰约暗匚锏孛矖l件任意組合。柱式橋墩由承臺(tái)、柱式墩身和蓋梁組成,對(duì)于上部結(jié)構(gòu)為大懸臂箱形截面,墩身可以直接與梁相接。柔性排架樁墩是由單排或雙排的鋼筋混凝土樁與鋼筋混凝土蓋梁連接而成。其主要特點(diǎn)是,可以通過(guò)一些構(gòu)造措施,將上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的水平力(制動(dòng)力、溫度影響力等傳遞到全橋的各個(gè)柔性墩臺(tái),或相鄰的剛性墩臺(tái)上,以減少單個(gè)柔性墩所受到的水平力,從而達(dá)到減小樁墩截面的目的4、框架式橋墩框架式橋墩采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土等壓撓和撓曲構(gòu)件組成平面框架代替墩身,支承上部結(jié)構(gòu),必要時(shí)可做成雙層或多層的框架三、橋墩防撞流冰對(duì)橋墩的危害主要表現(xiàn)在大面積流冰對(duì)橋墩的撞擊力和

4、大面積流冰堆積現(xiàn)象以及流冰對(duì)橋墩的磨損。對(duì)此,在中等以上流冰河道(冰厚大于0.5 m,流水速度1 m/s左右及有大量漂流物的河道,應(yīng)在迎水方向設(shè)置破冰棱體航運(yùn)繁忙的河道,船只往往因突發(fā)原因引起航行失控,或是因能見(jiàn)度低造成船舶與橋墩相撞。橋墩在設(shè)計(jì)中不但要有一定抵抗船舶沖擊荷載的能力,還要考慮采用緩沖裝置和保護(hù)系統(tǒng),預(yù)防或改變船只沖擊荷載的方向或減少對(duì)橋墩的沖擊荷載,不使其破壞四、橋臺(tái)的類型與構(gòu)造類型:重力式橋臺(tái)、輕型橋臺(tái)、框式橋臺(tái)、組合式橋臺(tái)、承拉式橋臺(tái)(一重力式橋臺(tái)1、重力式橋臺(tái)類型埋式橋臺(tái)、U型橋臺(tái)、八字式和一字式橋臺(tái)重力式橋臺(tái)也稱實(shí)體式橋臺(tái),它主要靠自重來(lái)平衡臺(tái)后的土壓力。橋臺(tái)臺(tái)身多數(shù)由

5、石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造,并采用就地建造施工方法(二輕型橋臺(tái)薄壁輕型橋臺(tái)、支承梁型橋臺(tái)鋼筋混凝土輕型橋臺(tái),其構(gòu)造特點(diǎn)是利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎能力來(lái)減少圬工體積而使橋臺(tái)輕型化。(三框架式橋臺(tái)框架式橋臺(tái)是一種在橫橋向呈框架式結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)輕型橋臺(tái),它埋置土中,所受的土壓力較小,適用于地基承載力較低、臺(tái)身較高、跨徑較大的梁橋。其構(gòu)造型式有雙柱式、多柱式、墻式、半重力式和雙排架式、板凳式等(四組合式橋臺(tái)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永久荷載: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;基本可變荷載:汽車荷載、汽車沖擊力、離心力

6、、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;其它可變荷載: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;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(guò)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1、恒載和水的浮力橋梁上部結(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

7、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?；A(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(lái)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。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)

8、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。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

9、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

10、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(wú)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

11、合力偏心矩橋墩的穩(wěn)定性橋墩因此,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。1橋墩在順橋向承受最大豎向荷載的組合?？砂垂窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī)范中所列的組合I、組合III的內(nèi)容組合。2橋墩在順橋向承受最大水平荷載的組合?？砂垂窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī)范中所列的組合II、組合IV的荷載內(nèi)容組合。3橋墩承受最大橫橋方向的偏載、最大豎向荷載?？砂垂窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī)范中的組合I、II、III、IV荷載內(nèi)容組合。4橋墩在施工階段的受力驗(yàn)算。按組合V 進(jìn)行驗(yàn)算。5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

12、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)

13、:強(qiáng)度、偏心矩、穩(wěn)定輕型橋墩、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<<公路磚石

14、及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>>表3.0.2-1的容許值。如果超過(guò)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<<公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>>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0.250.7,可根據(jù)土質(zhì)情況參照<<公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范>>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

15、的規(guī)定對(duì)于高度超過(guò)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<<公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝

16、土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>>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(guò)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

17、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(guò)上部結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)間接傳遞至蓋梁頂面,然后通過(guò)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

18、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(jiàn)第二節(jié)和<<公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范>>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,

19、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(jiàn)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

20、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2-7-18 a。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(jiàn)圖2-7-18 b。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;

21、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(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

22、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。2.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。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:然后按梁的

23、撓曲(中心角為可計(jì)算梁的下緣伸長(zhǎng)值計(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)。柔性墩頂發(fā)生的水平位移綜合為3.墩頂水平力計(jì)算(1水平位移產(chǎn)生的水平力(見(jiàn)圖2-7-19a對(duì)于等截面樁墩(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)生水平反力(見(jiàn)圖2-7-19b。豎向力包括上部結(jié)構(gòu)恒載及活載反力,墩身自重忽略不計(jì),近似取柔性墩身變形曲線為二次拋物線,則:第號(hào)樁柱墩高度,應(yīng)為地面或沖刷線以上的樁柱長(zhǎng)度與樁在地基土內(nèi)的撓曲長(zhǎng)度之和,即。的確定應(yīng)考慮土的側(cè)向抗力作用,此處可近似地根據(jù)地基土質(zhì)取為排架樁的入土

24、深度。以一跨梁(水平鏈桿與柔性墩組成的一個(gè)一次超靜定結(jié)構(gòu),取水平鏈桿軸力為多余未知力,于是:(3由于墩頂彎矩而產(chǎn)生的水平反力(2-7-19c作用在一個(gè)墩頂各項(xiàng)水平力計(jì)算后,可進(jìn)行最不利荷載組合,平均分配給墩中各樁柱頂,樁柱按頂端作用的水平力,豎向力和彎矩驗(yàn)算各截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性。排架樁應(yīng)考慮樁側(cè)土的彈性抗力,按樁基礎(chǔ)的彈性地基梁法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和截面強(qiáng)度、穩(wěn)定、承載能力等驗(yàn)算。橋梁的支座第一節(jié)概述支座的作用傳遞上部結(jié)構(gòu)的各種荷載適應(yīng)溫度、收縮徐變等因素產(chǎn)生的位移按受力特性分為固定支座:豎向力、水平力活動(dòng)支座:豎向力支座布置簡(jiǎn)支梁橋一般一端采用固定支座,一端采用活動(dòng)支座.連續(xù)梁一般每一聯(lián)中的一個(gè)橋墩

25、設(shè)固定支座. 支座的設(shè)置應(yīng)有利于墩臺(tái)傳遞水平力. 彎橋上,可根據(jù)結(jié)構(gòu)朝固定一點(diǎn)沿徑向位移的概念或結(jié)構(gòu)沿曲線半徑的切線方向定向位移的概念確定第二節(jié)支座的類型和構(gòu)造支座通常用鋼,橡膠等材料來(lái)制造,主要類型有:簡(jiǎn)易支座弧形鋼板支座橡膠支座應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的跨徑、支點(diǎn)反力的大小、梁體的變形程度等因素來(lái)選取支座類型。中小跨度公路橋一般采用板式橡膠支座大跨度連續(xù)梁橋一般采用盆式橡膠支座鐵路橋采用鋼支座一、簡(jiǎn)易支座采用幾層油毛氈或石棉制成,壓實(shí)后的厚度不小于1cm,可用于跨徑小于10m的板梁橋。二、鋼支座1、弧形鋼支座適用范圍:跨徑1020m構(gòu)造特點(diǎn):由上下墊板所組成,下墊板頂面切剝成圓柱體。固定支座需在上墊

26、板上做齒槽(或銷孔,在下墊板上焊以齒板(或銷釘,安裝后使齒板嵌入齒槽(或銷釘伸入銷孔,以保證上下墊板之間不發(fā)生相對(duì)水平位移安裝要點(diǎn)三、橡膠支座1、板式橡膠支座板式橡膠支座有矩形和圓形。支座的橡膠材料以氯丁橡膠為主,也可采用天然橡膠。氯丁橡膠一般用于最低氣溫不超過(guò)-250C的地區(qū),天然橡膠用于-300C-400C的地區(qū)。根據(jù)試驗(yàn)分析,橡膠壓縮彈性模量E、容許壓應(yīng)力s和容許剪切角tgr的數(shù)值,均與支座的形狀系數(shù)S有關(guān)。形狀系數(shù)為橡膠支座的承壓面積與自由表面積之比,矩形支座為:式中:a ¾ 順橋方向橡膠支座的長(zhǎng)度;b ¾ 橫橋方向橡膠支座的寬度;t ¾ 中間橡膠層的厚度

27、。為滿足橡膠的容許壓應(yīng)力和使支座能適應(yīng)梁端轉(zhuǎn)動(dòng)的要求,支座的長(zhǎng)度a與寬度b 之比取決于主梁下的有效寬度及所需的剪切角g。一般應(yīng)充分利用有效寬度b,而盡可能減小a的尺寸,以降低轉(zhuǎn)動(dòng)阻抗力矩(它與a5成正比。根據(jù)支座穩(wěn)定的要求,支座的總厚度不得大于平面最小尺寸的30%。形狀系數(shù)構(gòu)造特點(diǎn):常用的板式橡膠支座采用薄鋼板或鋼絲網(wǎng)作為加勁層以提高支座的豎向承載能力。變形機(jī)理:(1不均勻彈性壓縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng);(2剪切變形實(shí)現(xiàn)水平位移;(3無(wú)固定和活動(dòng)支座之分。性能指標(biāo):(1容許應(yīng)力;(2彈性模量和剪切模量(3容許剪切的正切值。適用范圍:支座反力為70-3600kN的公路、城市橋梁。局限性:2、聚四氟乙烯滑板式橡

28、膠支座3、其它類型板式橡膠支座(考慮板式橡膠支座的使用受到梁底縱坡的影響橋梁球冠圓板式橡膠支座特點(diǎn):在平面上各項(xiàng)同性,以球冠調(diào)節(jié)受力狀況,適用于各種布置復(fù)雜、縱坡較大的立交和高架橋。坡型板式橡膠支座鉛芯橡膠支座抗震支座:具有抵抗地震力的作用,減、隔震支座的作用是盡可能將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件與可能引起破壞的地震地面運(yùn)動(dòng)分離開(kāi)來(lái),以大大減小傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能量。4、橋梁盆式橡膠支座盆式橡膠支座是鋼構(gòu)件與橡膠組合而成的新型橋梁支座。具有承載能力大、水平位移量大、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活等特點(diǎn),適用于支座承載力為1000KN以上的大跨徑橋梁。盆式橡膠支座分固定支座與活動(dòng)支座。活動(dòng)盆式橡膠支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承

29、壓橡膠塊、橡膠密封圈、中間支座板、鋼緊箍圈、下支座板以及上下支座連接板組成。組合上、中支座板構(gòu)造或利用上下支座連接板即可形成固定支座。盆式橡膠支座構(gòu)構(gòu)造要點(diǎn)1.鋼盆2.承壓橡膠板3.鋼襯板4.聚四氟乙烯板5.上支座板6.不銹鋼滑板7.鋼緊箍圈8.密封膠圈2.固定與滑動(dòng)盆式橡膠支座多向活動(dòng)支座(DX縱向活動(dòng)支座(ZX固定支座(GD5、其它支座 QGZ球型鋼支座優(yōu)點(diǎn):1、通過(guò)球面?zhèn)髁?不出現(xiàn)力的縮頸現(xiàn)象,作用在混凝土上的反力比較均勻。2、適用于大轉(zhuǎn)角要求,設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角可達(dá)0.05rad3、支座各項(xiàng)轉(zhuǎn)動(dòng)性能一致,適用于寬橋和曲線橋4、支座不用橡膠承壓。 QGZ 球型鋼支座(四成品盆式橡膠支座的選配1.成

30、品盆式橡膠支座的系列成品盆式橡膠支座的主要系列有:GPZ、TPZ-1等。其中,GPZ表示由我國(guó)交通部中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座;TPZ-1則表示我國(guó)鐵道部科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座。另外,還有其它科研院所設(shè)計(jì)的類同系列的盆式橡膠支座。這些系列支座,適用于各類橋梁及具類似受力與變形特性的工程結(jié)構(gòu),并非有明確的公路、鐵路或其它工程結(jié)構(gòu)之分。各種系列的盆式橡膠支座噸位一般從1000起至50000,最多分為近40個(gè)級(jí);并以DX、SX、GD分別表示單向、雙向活動(dòng)支座及固定支座,而GDZ則為抗震型固定支座的代號(hào)。2.成品盆式橡膠支座的地區(qū)適用性成品盆式橡膠支座的適用地區(qū)應(yīng)考慮溫度和地震

31、兩個(gè)因素。以確定適配常溫型或耐寒型支座和采用何種震型支座或抗震措施。3.各種類型成品盆式橡膠支座的合理選配盆式橡膠支座能否適用于所設(shè)計(jì)的橋梁,當(dāng)然首先考慮的是其容許轉(zhuǎn)角及水平能承受的推力能否滿足要求。一般來(lái)說(shuō),GPZ、TPZ-1等系列的支座對(duì)這兩個(gè)要求均能滿足。若轉(zhuǎn)角和水平推力超出容許范圍,則需要改變支座的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)角特大,可采用球型支座。關(guān)于在橋梁設(shè)計(jì)中支座如何合理選用問(wèn)題,即究竟選用何種類型的支座,則需根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)圖式的要求決定。當(dāng)然,在一般情況下,固定端選用固定支座,活動(dòng)端選用活動(dòng)支座。但若橫橋向伸縮值不容忽視的時(shí)候,結(jié)構(gòu)圖式的固定端就不能單一采用GD類型的支座。這是由于現(xiàn)代橋梁的橋面越來(lái)

32、越寬,超過(guò)20已屢見(jiàn)不鮮,這時(shí)由溫度等因素引起的橫橋向伸、縮量便不可忽略了,有的可達(dá)到中等跨徑橋梁縱向的伸縮量。為保證梁不發(fā)生縱向位移,又能滿足多梁式寬橋的橫橋向位移,這時(shí)可將單方向活動(dòng)支座轉(zhuǎn)過(guò)90°橫置梁下,使其順橋向起固定支座的作用下,而橫橋向則起活動(dòng)支座的作用。4.成品盆式橡膠支座承載能力的合理選擇支座承載力大小的選擇,應(yīng)根據(jù)橋梁恒載、活載的支點(diǎn)反力之和及墩臺(tái)上設(shè)置的支座數(shù)目來(lái)計(jì)算。合適的支座一般為:最大反力不超過(guò)支座容許承載力的5%,最小反力不低于容許承載力的80%。規(guī)定最小反力的目的是保證支座具有良好的滑移性能,因?yàn)榫鬯姆蚁┌宓哪ゲ料禂?shù)與壓力成反比,如果低于規(guī)定的數(shù)值,則

33、磨擦系數(shù)將會(huì)增大。支座選配時(shí),一般不必過(guò)多擔(dān)心支座的安全儲(chǔ)備,比如計(jì)算得到一個(gè)支座的最大反力為4100,最小反力為3700,那就選用承載力為4000的支座,這是因?yàn)?000支座的允許支反力變化范圍是32004200 ,不要從更安全的角度考慮加大支座的承載力而選用5000的支座。因?yàn)?000支座最低合適的承載力是4000,而最小支反力3700已小于此值,故不適宜選用。雖然我們規(guī)定最大反力,不超過(guò)容許承載力的5%,但支座實(shí)際的安全系數(shù)一般在5以上。第三節(jié)、支座計(jì)算一、支座受力特點(diǎn)作用在支座上的豎向力有結(jié)構(gòu)自重的反力。在計(jì)算汽車荷載支座反力時(shí),應(yīng)計(jì)入沖擊影響力。當(dāng)支座可能出現(xiàn)上拔力時(shí),應(yīng)分別計(jì)算支座

34、的最大豎向力和最大上拔力。直線橋梁的支座,一般僅需計(jì)入縱向水平力。斜橋和彎橋的支座,還需要考慮由于汽車荷載的離心力或其它原因如風(fēng)力等產(chǎn)生的橫向水平力。汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力,應(yīng)按照公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范要求,根據(jù)車道數(shù)確定。剛性墩臺(tái)各種支座傳遞的制動(dòng)力,按規(guī)范中的規(guī)定采用。其中,規(guī)定每個(gè)活動(dòng)支座傳遞的制動(dòng)力不得大于其摩阻力;當(dāng)采用厚度相等的板式橡膠支座時(shí),制動(dòng)力可平均分配至各支座。對(duì)于梁橋,地震地區(qū)橋梁支座的外力計(jì)算,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的地震烈度,按<<公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范>>的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和組合。二、板式橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算(一支座尺寸確定支座平面尺寸根據(jù)橡膠支座和支承墊石混凝土的壓應(yīng)力不超過(guò)它們相應(yīng)容許承壓應(yīng)力的要求,確定支座平面面積。在一般情況下,面積由橡膠支座控制設(shè)計(jì):式中: -運(yùn)營(yíng)階段由橋上全部恒載與活載(包括沖擊力所產(chǎn)生的最大支點(diǎn)反力;A-橡膠支座平面面積,矩形支座為a´b,圓形支座為pd2/4;-橡膠支座的平均容許壓應(yīng)力,當(dāng)支座形狀系數(shù)S>8時(shí),s=10;當(dāng)5£ S£ 8時(shí), s=79支座高度梁式橋的主梁由溫度變化等因素在支座處產(chǎn)生的縱向水平位移D,依靠全部橡膠片的剪切變形åt來(lái)實(shí)現(xiàn), D與åt的關(guān)系為:由有-橡膠片容許剪切角的正切,可取用0.50.7,不計(jì)活載制動(dòng)力時(shí)用 0.5；計(jì)