橋梁工程第6章

第6章橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)6.1橋梁墩臺(tái)的構(gòu)造與設(shè)計(jì)6.1.1橋梁墩臺(tái)的組成與分類6.1.2橋墩構(gòu)造與設(shè)計(jì)6.1.3橋臺(tái)構(gòu)造與設(shè)計(jì)6.2橋梁墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)計(jì)算6.2.1荷載及其組合

6.2.2重力式橋墩的計(jì)算

6.2.3樁柱式橋墩及輕型橋墩的計(jì)算6.2.4重力式橋臺(tái)的計(jì)算

6.2.5梁式輕型橋臺(tái)的計(jì)算6.2.6拱橋輕型橋臺(tái)的計(jì)算要點(diǎn)返回6.1.1橋梁墩臺(tái)的組成與分類1.橋梁墩臺(tái)的組成：①墩(臺(tái))帽；②墩(臺(tái))身；③墩(臺(tái))基礎(chǔ)。橋梁墩臺(tái)的主要作用：①承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載；②并通過(guò)基礎(chǔ)又將此荷載及本身自重傳遞到地基上。橋墩系指多跨橋梁的中間支承結(jié)構(gòu)物，主要承受上部結(jié)構(gòu)的荷重外、流水壓力、水面以上的風(fēng)力、可能出現(xiàn)的冰荷載和船只、排筏或漂浮物的撞擊力。橋臺(tái)不僅是支承橋跨結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)物，還是銜接兩岸接線路堤的構(gòu)筑物，既要能擋土護(hù)岸，又要能承受臺(tái)背填土及填土上車輛荷載所產(chǎn)生的附加側(cè)壓力。橋梁墩臺(tái)不僅本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性、而且對(duì)地基的承載能力、沉降量，地基與其基礎(chǔ)之間的摩阻力等也都提出一定的要求，避免在荷載作用下有過(guò)大的水平位移，轉(zhuǎn)動(dòng)或者沉降發(fā)生。這對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)橋梁尤為重要。

繼續(xù)重力式墩臺(tái)2.橋梁墩臺(tái)的分類橋梁常用的墩臺(tái)形式大體可以歸納為兩大類：1)重力式墩臺(tái)主要特點(diǎn)：①靠自身的重量來(lái)平衡外力而保持其穩(wěn)定，墩、臺(tái)身比較厚實(shí)，可以不配置鋼筋，用天然石材或片石混凝土砌筑；②適用于地基良好的大、中型橋梁，或流冰、漂浮物較多的河流中。在砂石料方便的地區(qū)，小橋也往往采用重力式墩、臺(tái)。主要缺點(diǎn)是圬工體積較大，因而其自重和阻水面積也較大，對(duì)地基要求較高。2)輕型墩臺(tái)主要特點(diǎn)：①輕型墩臺(tái)的剛度小，受力后允許在一定的范圍內(nèi)發(fā)生彈性變形；②建筑材料大都以鋼筋混凝土和少量配筋的混凝土為主，也有一些輕型墩臺(tái)可用石料砌筑。墩臺(tái)選用時(shí)必須根據(jù)橋位處的地形、地質(zhì)、水文和施工條件等因素綜合考慮確定。輕型橋墩輕型橋臺(tái)繼續(xù)重力式墩臺(tái)3.墩臺(tái)的基礎(chǔ)及分類墩臺(tái)基礎(chǔ)是橋梁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)直接與地基接觸的部分，主要承受墩臺(tái)身傳來(lái)的荷載。墩臺(tái)的基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，還要考慮避免在荷載作用下產(chǎn)生大的水平位移，轉(zhuǎn)動(dòng)或沉降。常用的墩臺(tái)基礎(chǔ)分為以下幾類：①淺埋基礎(chǔ)(剛型和柔性擴(kuò)大基礎(chǔ))；2深基礎(chǔ)(樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ))③深水基礎(chǔ)。橋梁基礎(chǔ)工程發(fā)展到今天，已經(jīng)不受水文地質(zhì)條件的控制，但由于基礎(chǔ)工程在地面以下或水中，增加工程的復(fù)雜程度。在施工中，應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)的不同形式而采取相應(yīng)的施工措施。在橋梁的總體設(shè)計(jì)中，下部結(jié)構(gòu)的選型對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案有較大的影響。合理的選型會(huì)使上、下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致、輕巧美觀。近年來(lái)我國(guó)建造的橋梁，下部結(jié)構(gòu)的造型也有了顯著的變化，反映在向著輕型、薄壁、注意造型的方向發(fā)展。對(duì)于城市立交橋、高架橋下部結(jié)構(gòu)的選型就更應(yīng)顯示出橋梁美學(xué)的功能。返回6.1.2橋墩的構(gòu)造與設(shè)計(jì)

在公路梁橋和拱橋中,重力式橋墩使用較為普遍。但隨著橋梁事業(yè)的發(fā)展，輕型橋墩也得到了廣泛的應(yīng)用。不論是梁橋或拱橋，其橋墩墩帽構(gòu)造上雖有差別，但其他部分構(gòu)造外形基本相同。因此，這里重點(diǎn)介紹梁橋橋墩構(gòu)造，而對(duì)拱橋橋墩只簡(jiǎn)述其構(gòu)造不同部分。

1.梁橋重力式橋墩

2.梁橋輕型橋墩

3.拱橋橋墩

返回1.梁橋重力式橋墩1)墩帽的構(gòu)造及其平面尺寸墩帽通過(guò)支座承托橋跨結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力較為集中，因此對(duì)墩帽的強(qiáng)度要求較高。一般采用C20號(hào)以上的混凝土，加配構(gòu)造鋼筋?！稑蛞?guī)》規(guī)定，墩帽的厚度，對(duì)大跨徑的橋梁，一般不小于40cm，中小跨梁橋也不應(yīng)小于30cm，墩帽四周設(shè)有5～10cm的檐口，其頂面設(shè)10％的排水坡。墩帽放置支座的部位應(yīng)布置1～2層鋼筋網(wǎng)。若橋墩上相鄰兩孔支座高度不同，須加設(shè)內(nèi)有鋼筋網(wǎng)的混凝土墊石來(lái)調(diào)整。當(dāng)同一橋墩相鄰橋跨的跨徑不同時(shí)，其橋跨結(jié)構(gòu)的建筑高度不同，可用支承墊石來(lái)調(diào)整高度，也可以將墩帽做成L形，以適應(yīng)相鄰跨徑不同的梁(板)高度變化，稱為交接墩墩帽。當(dāng)橋面較寬或墩身較高時(shí)，為了節(jié)省橋墩圬工體積，可選用懸臂式或托盤式墩帽。墩帽構(gòu)造尺寸繼續(xù)墩帽鋼筋構(gòu)造懸臂式墩帽墩帽的平面尺寸墩帽的平面尺寸應(yīng)滿足橋梁支座布置的需要，按下式確定：順橋向的墩帽寬度b：b≥f+a+2c1+2c2橫橋向的墩帽最小寬度B：B=兩側(cè)主梁間距+支座橫向?qū)挾?2c1+2c2式中：f—相鄰兩跨支座的中心距離(cm)；a—支座墊板的縱橋向?qū)挾龋籧1—出檐寬度，一般為5～10cm；c2—支座邊緣到墩臺(tái)身邊緣的最小距離，具體尺寸見(jiàn)下表。注：(1)采用鋼筋混凝土懸臂式墩臺(tái)帽時(shí)，上述最小距離為支座至墩臺(tái)帽邊緣距離；(2)跨徑100m及以上的橋梁，應(yīng)按實(shí)際情況而定。橋向跨徑順橋向(cm)橫橋向(cm)圓弧形端頭(自支座角量起)矩形端頭大橋252540中橋202030小橋151520墩帽構(gòu)造尺寸繼續(xù)2)墩身

墩身是橋墩的主體。重力式橋墩墩身的頂寬，對(duì)小跨徑橋梁不宜小于80cm，中跨徑橋梁不宜小于100cm，大跨徑橋梁視上部結(jié)構(gòu)類型而定。墩身側(cè)坡可采用30:1～20:1，對(duì)小跨徑橋梁的墩身可采用直坡。墩身通常用石塊，混凝土或鋼筋混凝土等材料建造。墩身截面形式有圓形、圓端形、尖端形、矩形等數(shù)種。而菱形、尖端形、圓形等適應(yīng)于潮汐河流或流向不穩(wěn)定的橋位，矩形則適應(yīng)于無(wú)水的岸墩或高架橋墩。在有強(qiáng)烈流冰或大量漂浮物的河道上，應(yīng)在墩身的迎水面設(shè)置破冰棱體。破冰棱可由強(qiáng)度較高的石料砌成，也可以用高標(biāo)號(hào)的混凝土輔之以鋼筋加固。在中等流冰、漂浮物地區(qū)，不宜采用排架式、樁(柱)式橋墩，或?qū)?柱)連成鋼筋混凝土薄壁橋墩來(lái)抵抗流冰、漂浮物和排筏的撞擊。否則，應(yīng)在橋墩前修筑破冰體保護(hù)構(gòu)筑物。墩身平面及破冰凌雙柱式墩臺(tái)破冰體構(gòu)造圖繼續(xù)空心墩空心橋墩有兩種形式：①基本為實(shí)體重力型結(jié)構(gòu)，但為了減少圬工數(shù)量，在截面和自重已經(jīng)足夠承擔(dān)及平衡外力的條件下，鏤空中心部分。②采用薄壁鋼筋混凝土的空格型墩身，四周壁厚只有30cm左右?？招亩盏闹饕康氖牵合鳒p墩身的自重，或地震時(shí)有較小的慣性力，或減輕軟弱基底的負(fù)荷?？招亩沼帽诤衽c中面直徑(即同一截面的中心線直徑或?qū)挾?的比來(lái)劃分：t／D≥1/10為厚壁，t／D≤1/10為薄壁。薄壁空心墩按計(jì)算配筋，一般配筋率在0.5％左右，也有只按構(gòu)造或承受局部應(yīng)力或附加應(yīng)力配筋的?？招臉蚨赵跇?gòu)造尺寸上應(yīng)符合下列規(guī)定：①墩身最小壁厚，鋼筋混凝土不宜小于30cm，對(duì)于混凝土不宜小于50cm。②墩身內(nèi)應(yīng)設(shè)橫隔板或縱、橫隔板，以加強(qiáng)墩壁的局部穩(wěn)定。③墩身周圍應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)耐L(fēng)孔或泄水孔，孔的直徑不小于20cm；墩頂實(shí)體段以下應(yīng)設(shè)置帶門的過(guò)人洞或相應(yīng)的檢查設(shè)備。墩頂實(shí)體段厚不小于1.0-2.Om。*缺點(diǎn)返回空心式橋墩2.梁式輕型橋墩

當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)條件較差時(shí)，或?yàn)榱藴p輕墩身自重,常采用各種型式的輕型橋墩。其墩帽尺寸及構(gòu)造也由上部結(jié)構(gòu)及支座尺寸等要求確定。在梁橋中通常采用的類型有鋼筋混凝土薄壁橋墩，樁(柱)式橋墩，柔性排架樁墩。(1)鋼筋混凝土薄壁墩薄壁墩的墩身直立,其厚度與高度比值約為1/10～1/15，墩身配置適量鋼筋，采用C15以上混凝土。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧,圬工量小,施工方便,適用于地基土軟弱的橋位(圖6-8a)。

(2)柱式橋墩

(3)柔性排架樁墩返回(2)柱式橋墩墩身由分離的兩根或多根立柱(或樁柱)所組成，是公路橋梁中采用較多的橋墩形式之一。柱式橋墩一般常在灌注樁的頂部澆一承臺(tái)，在承臺(tái)上設(shè)立柱，然后在立柱上再澆一蓋梁，立柱的數(shù)量可根據(jù)橋?qū)捄蜆?gòu)造要求確定，一般采用2～4根，其直徑為60～150cm，目前我國(guó)較多采用的形式為鉆孔灌注樁雙柱式橋墩，即樁和柱直接連接，當(dāng)墩身高度大于1.5倍的橫向樁距時(shí)，通常在樁柱之間布置橫系梁，以增加墩身的側(cè)向剛度。鉆孔樁式橋墩適合于許多場(chǎng)合和各種地質(zhì)條件。也可以把洪水位以下部分墩身做成實(shí)體式，以增強(qiáng)抵抗漂浮物的能力。返回(3)柔性排架樁墩樁墩是由單排或多排的鋼筋混凝土樁與鋼筋混凝土蓋梁連接而成，其通過(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)柔性墩臺(tái)所受的水平力。適用于低淺寬灘及通航要求低的河流。輕型橋墩的共同點(diǎn)是均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圬工體積小，結(jié)構(gòu)輕巧，外型美觀，施工速度快。但缺點(diǎn)是需耗費(fèi)用于立模的材料和一定數(shù)量的鋼筋。返回3.拱橋橋墩

拱橋是一種推力結(jié)構(gòu)，其拱圈除傳給橋墩垂直力外，還有較大的水平推力，故拱橋橋墩的尺寸一般比梁橋大，基本型式有重力式墩，柱式橋墩，單向推力墩(圖6-9)。拱橋橋墩的結(jié)構(gòu)基本與梁橋相似。

返回6.1.3橋臺(tái)的構(gòu)造與設(shè)計(jì)1.重力式橋臺(tái)

2.梁橋輕型橋臺(tái)

3.拱橋橋臺(tái)

返回1.重力式橋臺(tái)梁橋和拱橋上常用的重力式橋臺(tái)為U型橋臺(tái),由臺(tái)帽、臺(tái)身和基礎(chǔ)三部分組成。臺(tái)身是由前墻和兩個(gè)側(cè)墻構(gòu)成的U字形結(jié)構(gòu)。梁橋、拱橋橋臺(tái)構(gòu)造除在臺(tái)帽部分有所差別外，其余部分基本相同，而且拱橋橋臺(tái)一般較梁橋要大。U型橋臺(tái)構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以用混凝土或片、塊石砌筑。它適用于填土高度在8～10m以下或跨度稍大的橋梁；但橋臺(tái)體積和自重較大，也增加了對(duì)地基的要求。橋臺(tái)內(nèi)的填土容易積水，結(jié)冰后凍脹，使橋臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，所以宜用滲水性較好的土夯實(shí)，并做好臺(tái)后排水措施。繼續(xù)U型橋臺(tái)的各部分結(jié)構(gòu)—臺(tái)帽(1)臺(tái)帽梁橋臺(tái)帽的結(jié)構(gòu)和尺寸要求與相應(yīng)的橋墩墩帽有許多共同之處，不同的是臺(tái)帽頂面只設(shè)單排支座,另一側(cè)設(shè)置背墻。而背墻的頂寬,對(duì)于片石砌體不得小于50cm，對(duì)于塊石、料石砌體及混凝土砌體不宜小于40cm。臺(tái)帽放置支座部分的配筋構(gòu)造與墩帽結(jié)構(gòu)相同。拱橋橋臺(tái)只在向河心的一側(cè)設(shè)計(jì)拱座，在前墻頂面上還要砌筑背墻，用來(lái)?yè)踝÷返烫钔梁椭С懈构?。繼續(xù)U型橋臺(tái)的各部分結(jié)構(gòu)—臺(tái)身(2)臺(tái)身臺(tái)身由前墻和側(cè)墻構(gòu)成。前墻正面多采用10：1或20：1的斜坡。側(cè)墻與前墻結(jié)合成一體，兼有擋墻和支撐墻作用。側(cè)墻正面一般是直立的，其長(zhǎng)度視橋臺(tái)高度和錐坡坡度而定。前墻的下緣一般與錐坡下緣相齊。

《橋規(guī)》規(guī)定，U型橋臺(tái)的前墻，任一水平截面的寬度，不宜小于該截面至墻頂高度的0.4倍，側(cè)墻的任一水平截面的寬度，對(duì)于片石砌體不小于該截面至墻頂高度的0.4倍；塊石、料石砌體不小于0.35倍；如橋臺(tái)內(nèi)填料為透水性良好的砂性土或砂礫，則上述兩項(xiàng)可分別相應(yīng)減為0.35倍和0.3倍(圖6-15)。返回2.梁橋輕型橋臺(tái)

輕型橋臺(tái)，其結(jié)構(gòu)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?？蓜澐譃橐韵滤念悾?1)薄壁輕型橋臺(tái)常用的型式有懸臂式，扶壁式，撐墻式及箱式(圖6-16)，薄壁輕型橋臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)與薄壁墩類似，可依據(jù)橋臺(tái)高度，地基強(qiáng)度和土質(zhì)等因素選定。

(2)支撐梁輕型橋臺(tái)；(3)框架式橋臺(tái)

；(4)組合橋臺(tái)

返回(2)支撐梁輕型橋臺(tái)單跨或少跨的小跨徑橋，在條件許可的情況下，可在輕型橋臺(tái)之間或臺(tái)與墩間，設(shè)置3～5根支撐梁。梁與橋臺(tái)通過(guò)錨固栓連接，于是便構(gòu)成四鉸框架結(jié)構(gòu)系，并借助兩端臺(tái)后的被動(dòng)土壓力來(lái)保持穩(wěn)定。這種類型橋臺(tái)按照翼墻(側(cè)墻)的形式和布置方式，可分為八字式，耳墻式輕型橋臺(tái)。返回(3)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(圖6-17)。

返回(4)組合橋臺(tái)

為使橋臺(tái)輕型化，橋臺(tái)本身主要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來(lái)的豎向力和水平力，而臺(tái)后的土壓力由其他結(jié)構(gòu)來(lái)承受，形成組合式的橋臺(tái)。其構(gòu)造型式有錨定板式橋臺(tái)、過(guò)梁式、橋臺(tái)與擋土墻組合橋臺(tái)(圖6-18)。返回3.拱橋橋臺(tái)

拱橋橋臺(tái)除前面提到的重力式U型臺(tái)外，常用的型式還有：齒檻型橋臺(tái)，空腹式橋臺(tái)，組合式橋臺(tái)及各種輕型橋臺(tái)。

返回(1)檻式橋臺(tái)齒檻式橋臺(tái)是由前墻，側(cè)墻、底板和撐墻組成?；A(chǔ)底面積大，基底應(yīng)力較小，底板下設(shè)齒檻以增大摩阻力和抗滑穩(wěn)定性。齒板寬度和深度不小于500mm，為增加剛度，臺(tái)背做斜擋板，利用擋板后面的原狀地基和前墻背面填土的側(cè)壓力里平衡拱推力，適用于較軟的地基和路堤較低的中小跨徑拱橋。

返回(2)空腹式橋臺(tái)它的后墻與底板形成L型。為增加剛度,在拱座與后墻間設(shè)撐墻,前墻之間用撐墻相連,它充分利用后背土抗力和基底摩阻力里平衡拱抗力。適用于地基較軟,沖刷較小的河床。返回(3)組合式橋臺(tái)由臺(tái)身和后座兩部分組成，臺(tái)身承受拱的垂直力。由后座自重摩阻力及臺(tái)后的土側(cè)壓力來(lái)平衡拱推力。臺(tái)身與后座間應(yīng)密切貼合并設(shè)沉降縫，以適應(yīng)兩者的不均勻沉降。在地基土質(zhì)較差時(shí)，后座地基也應(yīng)適當(dāng)處理，以免后座的后傾斜，導(dǎo)致臺(tái)身和拱圈變形。(4)輕型橋臺(tái)輕型橋臺(tái)是相對(duì)重力橋臺(tái)而言，適用于小跨徑拱橋，常用的型式有一字臺(tái)，型臺(tái)，E字臺(tái)，U型臺(tái)，前傾一字等。它是以橋臺(tái)受拱的推力后，橋臺(tái)發(fā)生繞基底形心軸向路堤方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由臺(tái)后土的彈性抗力來(lái)平衡拱的推力。返回6.2.1荷載及其組合

1.梁橋重力式橋墩的荷載組合

2.梁橋重力式橋臺(tái)的荷載組合

3.拱橋重力式橋墩的荷載組合

4.拱橋重力式橋臺(tái)的荷載組合

返回1.梁橋重力式橋墩的荷載組合(1)第一種組合按在橋墩各截面上可能產(chǎn)生的最大豎向力的情況進(jìn)行組合，是用來(lái)驗(yàn)算墩身強(qiáng)度和基底最大應(yīng)力。(2)第二種組合按橋墩各截面順橋方向上可能產(chǎn)生的最大偏心和最大彎矩的情況進(jìn)行組合，用來(lái)驗(yàn)算墩身強(qiáng)度、基底應(yīng)力、偏心矩以及橋墩的穩(wěn)定性。(3)第三種組合按橋墩各截面在橫橋方向上可能產(chǎn)生最大偏心和最大彎矩的情況進(jìn)行組合，用于驗(yàn)算在橫橋方向上的墩身強(qiáng)度、基底應(yīng)力、偏心矩以及橋墩的穩(wěn)定性。返回梁橋橋墩荷載組合圖示2.梁橋重力式橋臺(tái)的荷載組合根據(jù)各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行荷載的最不利組合，車輛荷載可按下列三種情況布置。(1)車輛荷載僅布置在臺(tái)后填土的破壞棱體上；(2)車輛荷載僅布置在橋跨結(jié)構(gòu)上；(3)車輛荷載同時(shí)布置在橋跨結(jié)構(gòu)和破壞棱體上。一般重力式橋臺(tái)以第一種和第三種荷載組合控制設(shè)計(jì)。應(yīng)指出的是：臺(tái)后的土側(cè)壓力按主動(dòng)土壓力計(jì)算，其大小與土的壓實(shí)程度有關(guān)。返回梁橋重力式橋臺(tái)荷載組合3.拱橋重力式橋墩的荷載組合

(1)順橋方向的荷載及其組合對(duì)于普通橋墩應(yīng)為：相鄰兩孔的永久荷載；在某一孔或跨徑較大的一孔布滿基本可變荷載的一種或幾種；其他可變荷載中的汽車制動(dòng)力，縱向風(fēng)力、溫度影響力等?？紤]由此對(duì)橋墩產(chǎn)生的不平衡水平推力、豎向力和彎矩。(2)橫橋向的荷載及其組合在橫橋方向作用于橋墩上的外力有風(fēng)力、流水壓力、冰壓力、船只或漂浮物撞擊力、或地震力等。但是對(duì)于公路橋梁，高而窄的橋梁之外,橫橋方向的受力驗(yàn)算一般不控制設(shè)計(jì)。但地震力作用時(shí),橫橋方向的受力往往有可能成為控制設(shè)計(jì)。返回拱橋橋墩受力圖示4.拱橋重力式橋臺(tái)的荷載組合

(1)橋上布滿荷載，使拱腳水平推力達(dá)到最大值、溫度上升，車輛制動(dòng)力向路堤方向，臺(tái)后按壓實(shí)土側(cè)壓力，使橋臺(tái)有向路堤方向偏移的趨勢(shì)；(2)臺(tái)后破壞棱體上有活載，車輛制動(dòng)力向橋跨方向，橋跨上無(wú)活載，溫度下降臺(tái)后按未壓實(shí)土考慮土側(cè)壓力，使橋臺(tái)有向橋跨方向偏移的趨勢(shì)。返回拱橋橋臺(tái)的荷載組合6.2.2重力式橋墩計(jì)算

對(duì)于梁橋和拱橋的重力式橋墩的計(jì)算，雖然在荷載組合的內(nèi)容上稍有不同，但就某個(gè)截面而言，這些外力都可以合成為豎向的和水平方向的合力(用N和H表示)以及繞該截面x-x軸和y-y軸的彎矩(用Mx和My表示)。因此，它們的驗(yàn)算內(nèi)容和計(jì)算方法基本相同。1.圬工橋墩墩身強(qiáng)度驗(yàn)算2.墩頂水平位移的驗(yàn)算

3.基礎(chǔ)底面土的承載力和偏心距的驗(yàn)算4.橋墩的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算墩身截面強(qiáng)度驗(yàn)算返回1.圬工橋墩墩身強(qiáng)度驗(yàn)算

對(duì)于矮墩一般驗(yàn)算墩身的底截面和墩身變截面；對(duì)于較高墩，應(yīng)沿豎向每隔2-3m驗(yàn)算一個(gè)截面，其步驟如下：

(1)內(nèi)力計(jì)算作用于每個(gè)截面上的計(jì)算外力應(yīng)按順橋方向和橫橋方向分別進(jìn)行荷載組合，以求得相應(yīng)的縱向力N，水平力H和彎矩M。Nj=s0∑siNi

Nj；s0；；si；Ni

(2)抗壓強(qiáng)度及豎向撓曲穩(wěn)定的驗(yàn)算對(duì)于軸心受壓和偏心受壓的橋墩，按《橋規(guī)》進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算，如果不滿足要求，應(yīng)修改墩身截面尺寸，重新驗(yàn)算。Nj≤ARja/m；Nj≤ARja/m；

=[1-(e0/y)m]/[1-(e0/rw)2]；rw=(I/A)2m(3)偏心距e0的驗(yàn)算橋墩承受偏心受壓荷載時(shí)，其偏心距e0=

M/N不得超過(guò)規(guī)范的容許值。(4)抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算當(dāng)拱橋相鄰兩孔的推力不相等時(shí)，要驗(yàn)算拱座底截面的抗剪強(qiáng)度?？砂础稑蛞?guī)》中有關(guān)公式驗(yàn)算。返回2.墩頂水平位移的驗(yàn)算

對(duì)于高度超過(guò)20m的重力式墩應(yīng)驗(yàn)算墩頂水平方向的彈性位移?！稑蛞?guī)》規(guī)定墩頂端水平位移的容許極限值為：(6—3)式中：L—相領(lǐng)墩臺(tái)間最小跨徑長(zhǎng)度，以m計(jì)，跨徑小于25m時(shí)仍以25m計(jì)；Δ—墩頂計(jì)算水平位移值(cm)。返回3.基礎(chǔ)底面土的承載力和偏心距的驗(yàn)算1)基底土的承載力驗(yàn)算基底土的承載力一般按順橋方向和橫橋方向分別進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)偏心荷載的合力作用在基底截面的核心半徑以內(nèi)時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算偏心向的基底應(yīng)力。當(dāng)設(shè)置在基巖上的橋墩基底的合力偏心距超出核心半徑時(shí)，其基底的一邊將會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，由于不考慮基底承受拉應(yīng)力，故需按基底應(yīng)力重分布，重新驗(yàn)算基底最大壓應(yīng)力，其驗(yàn)算公式如下：

順橋方向：max=2N/(acx)≤[]

橫橋方向：max=2N/(bcy)≤[]式中：max、N、a和b、[]、cx=3(b/2-ex)

、cy=3(a/2-ey)基底應(yīng)力重分布繼續(xù)2)基底偏心距驗(yàn)算為使恒載基底應(yīng)力分布比較均勻，防止基底最大壓應(yīng)力max與最小壓應(yīng)力min相差過(guò)大，導(dǎo)致基底產(chǎn)生不均勻沉陷，影響橋墩的正常使用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)基底合力偏心距加以限制，在基礎(chǔ)縱向和橫向，其計(jì)算的荷載偏心距e0應(yīng)滿足下表的要求。墩臺(tái)基礎(chǔ)合力偏心距的限制=W/A；e0=∑M/N荷載情況地基條件合力偏心距備注墩臺(tái)僅受恒載作用時(shí)非巖石地基橋墩e0≤0.1對(duì)于拱橋墩臺(tái)，其恒載合力作用點(diǎn)應(yīng)盡量保持在基底中線附近橋臺(tái)e0＜0.75墩臺(tái)受荷載組合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ作用時(shí)非巖石地基e0≤1.0建筑在巖石地基上的單向推力墩，當(dāng)滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求時(shí)，合力偏心距不受限制石質(zhì)較差的巖石地基e0≤1.2堅(jiān)密巖石地基e0≤1.5返回4.橋墩的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算在設(shè)計(jì)中，除了滿足地基強(qiáng)度和合力偏心距不超過(guò)容許值以外，還須就以下兩個(gè)方面對(duì)橋墩的整體穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。1)傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算抵抗傾覆的穩(wěn)定系數(shù)可按下式驗(yàn)算：

K0=M穩(wěn)/M傾=x∑Pi/[∑(Piei)+∑(Tihi)]=x/e0式中：M穩(wěn)；M傾；∑Pi；(Piei)；(Tihi)；x；e02)滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算抵抗滑動(dòng)的穩(wěn)定系數(shù)Kc，按下式驗(yàn)算：Kc=f∑Pi/∑Ti

式中：∑Pi；∑Ti；f上述求得的傾覆與滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)K0和Kc均不得小于《橋規(guī)》中所規(guī)定的最小值。值得注意的是：在驗(yàn)算傾覆穩(wěn)定性和滑動(dòng)穩(wěn)定性時(shí)，都要分別按常水位和設(shè)計(jì)洪水位兩種情況考慮水的浮力。穩(wěn)定系數(shù)表摩擦系數(shù)表橋墩穩(wěn)定性計(jì)算圖式返回基底摩擦系數(shù)與穩(wěn)定系數(shù)表地基土分類摩擦系數(shù)f地基土分類摩擦系數(shù)f地基土分類摩擦系數(shù)f軟塑粘土0.25硬塑粘土0.30砂粘土、粘砂土、半干硬的粘土0.30-0.40砂土類0.40碎石類土0.50軟質(zhì)巖土0.40-0.60硬質(zhì)巖土0.60-0.70荷載情況驗(yàn)算項(xiàng)目穩(wěn)定系數(shù)荷載情況驗(yàn)算項(xiàng)目穩(wěn)定系數(shù)荷載組合I抗傾覆1.5荷載組合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ抗傾覆1.3抗滑動(dòng)1.3抗滑動(dòng)荷載組合V抗傾覆1.3抗滑動(dòng)抗傾覆和抗滑動(dòng)的穩(wěn)定系數(shù)

基底摩擦系數(shù)返回6.2.3樁柱式橋墩及輕型橋墩的計(jì)算樁柱式橋墩的計(jì)算包括該梁和樁身兩個(gè)部分。1.蓋梁計(jì)算樁柱式橋墩的蓋梁，對(duì)雙柱式橋墩，當(dāng)蓋梁的剛度與樁柱的剛度比大于5時(shí)，近似按雙懸臂梁計(jì)算；對(duì)多樁式橋墩，近似地按多跨連續(xù)梁計(jì)算；當(dāng)橋墩承受較大橫向力時(shí)，則蓋梁應(yīng)作為橫向剛架的一部分進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算內(nèi)容包括：①恒載、活載及其內(nèi)力計(jì)算；②施工吊裝荷載及內(nèi)力計(jì)算；③荷載組合及內(nèi)力包絡(luò)圖；④配筋計(jì)算。計(jì)算蓋梁內(nèi)力時(shí)，要考慮活載的輪重不是直接作用在蓋梁上面，而是通過(guò)設(shè)置在蓋梁上一些固定位置的支座按橫向分布規(guī)律來(lái)傳遞活載反力。同時(shí)要考慮柱支承寬度對(duì)削減負(fù)彎矩峰值的影響。2.樁身計(jì)算

返回2.樁身計(jì)算

樁墩一般分為剛性和柔性兩種。剛性樁墩計(jì)算方法與重力式橋墩相仿；柔性樁墩的計(jì)算特點(diǎn)是需要從整個(gè)橋梁體系的分析來(lái)確定各橋墩的受力?，F(xiàn)將有關(guān)計(jì)算的一些基本假定和計(jì)算步驟分述如下：(1)基本假定

(2)計(jì)算步驟

返回(1)基本假定1)柔性墩視為下端固定，上端鉸支的超靜定梁。外力引起的墩頂位移視為鉸支承的沉陷(圖a)。2)作用在墩頂豎向力N、不平衡彎矩M0、由溫度、制動(dòng)力等水平力所引起的墩頂位移，在墩頂偏心矩不大的前提下,可采用疊加原理進(jìn)行計(jì)算(圖b)。3)計(jì)算制動(dòng)力時(shí)，各墩臺(tái)受力按墩頂抗推剛度分配。4)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)剛性墩臺(tái)承受，如均為柔性墩，則由岸墩承受土壓力，并由對(duì)岸土壓力平衡，其余柔性墩不計(jì)其影響。5)計(jì)算溫度變形時(shí)，樁墩對(duì)梁產(chǎn)生的彈性拉伸或壓縮影響不計(jì)，而只計(jì)樁墩頂部水平力對(duì)樁墩所引起的彎矩影響。返回柔性墩計(jì)算圖式(2)計(jì)算步驟

1)抗推剛度K的計(jì)算

Ki＝1/i(6—4)a.當(dāng)墩柱下端固定在基礎(chǔ)或承臺(tái)頂面時(shí)

(6—5)b.當(dāng)考慮樁側(cè)土的彈性抗力時(shí)，i可參照樁基礎(chǔ)計(jì)算方法確定。式中：i—單位水平力作用在第i柔性墩頂產(chǎn)生的水平位移(m/KN)；

Li—墩柱下端固結(jié)處到墩頂?shù)母叨?，?jì)算方法參考樁基礎(chǔ)；

I—墩橫截面對(duì)形心軸的慣性矩(m4)。2)墩頂制動(dòng)力計(jì)算

(6—6)式中：HiT－作用在第i墩臺(tái)的制動(dòng)力(KN)；T－全橋(或一聯(lián))承受的制動(dòng)力(KN)；于是由制動(dòng)力產(chǎn)生的墩頂水平位移ΔiT=HiT/Ki。3)梁的溫度變形引起的水平力

梁的溫度變形：

Δit=tLi

(6—7)

式中：—上部結(jié)構(gòu)的線膨脹系數(shù)；t—溫度升降范圍；

Li—所計(jì)算的柔性墩按照支座承擔(dān)溫度力的橋跨長(zhǎng)度，

Li為橋梁跨徑。各排架樁頂所受的溫度力為：

Hit=KiΔit

(6—8)于是墩頂發(fā)生的水平位移綜合為：

Δi=ΔiT+Δit(6—9)相應(yīng)的水平力為：

Hi=KiΔi=HiT+Hit(6—10)

4)由于墩頂產(chǎn)生水平位移△i，豎直力N引起墩內(nèi)彎矩而產(chǎn)生的水平反力豎向力包括上部結(jié)構(gòu)恒載及活載，墩身自重可忽略不計(jì)，近似取柔性墩身變形曲線為二次拋物線，則：

(6—11)式中：Li—為墩柱的計(jì)算高

以一孔梁(水平鏈桿)與柔性墩組成的一個(gè)一次超靜定結(jié)構(gòu)，取水平鏈桿為多余未知力，于是得：(6—12)5)由于墩頂偏心彎矩M0而產(chǎn)生的水平反力

(6—13)作用在一個(gè)墩頂各項(xiàng)水平力算出后，可根據(jù)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。排架樁應(yīng)考慮樁側(cè)土的彈性抗力，按彈性地基梁法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和截面強(qiáng)度、穩(wěn)定、樁入土深度等項(xiàng)驗(yàn)算。柔性排架樁在橫向是一個(gè)多跨剛架，但因橫橋向水平力不大，一般不控制設(shè)計(jì)。返回6.2.4重力式橋臺(tái)計(jì)算特點(diǎn)

計(jì)算重力式橋臺(tái)所考慮的荷載與重力式橋墩計(jì)算中基本一樣，不同的是，對(duì)于橋臺(tái)尚要考慮車輛荷載引起的土壓力,而不需計(jì)及縱、橫向風(fēng)力，流水壓力，冰壓力、船只或漂浮物的撞擊力等。其次，橋臺(tái)的強(qiáng)度、偏心距和穩(wěn)定性的驗(yàn)算也與橋墩基本相同，但只作順橋向的驗(yàn)算。當(dāng)驗(yàn)算基礎(chǔ)頂面的臺(tái)身砌體強(qiáng)度時(shí)，如橋臺(tái)截面的各部分尺寸滿足《橋規(guī)》有關(guān)規(guī)定，則應(yīng)把橋臺(tái)的側(cè)墻和前墻作為整體來(lái)考慮受力；否則，臺(tái)身應(yīng)按獨(dú)立的擋土墻計(jì)算。

返回6.2.5梁橋輕型橋臺(tái)的計(jì)算特點(diǎn)

利用橋跨結(jié)構(gòu)和橋孔下面的支撐梁作為橋臺(tái)的上下支撐，使整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成四鉸剛架，橋臺(tái)作為上下端簡(jiǎn)支的豎梁承受臺(tái)后的土側(cè)壓力，其計(jì)算主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

1.橋臺(tái)作為豎梁時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算

2.橋臺(tái)在本身平面內(nèi)的彎曲驗(yàn)算

3.基層應(yīng)力驗(yàn)算

返回1.橋臺(tái)作為豎梁時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算通常取單位橋臺(tái)寬度進(jìn)行驗(yàn)算，其步驟為：

(1)驗(yàn)算截面處的豎直力N

豎直力包括橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載的支點(diǎn)反力N1，臺(tái)帽的自重N2及驗(yàn)算截面以上臺(tái)身自重N3，則：

N=N1+N2+N3(6－14)

(2)土壓力計(jì)算

(3)臺(tái)身截面內(nèi)力計(jì)算

(4)截面強(qiáng)度驗(yàn)算

按《橋規(guī)》有關(guān)公式進(jìn)行跨中截面的抗壓強(qiáng)度和支點(diǎn)截面的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。返回(2)土壓力計(jì)算計(jì)算土壓力時(shí)，對(duì)橋臺(tái)的最不利荷載組合是橋上無(wú)車輛荷載，臺(tái)背填土破壞棱體上有車輛荷載。其荷載分布圖示(圖6-20)。作用在橋臺(tái)上的水平力為臺(tái)后壓力ET：(6－15)作用在臺(tái)背填土破壞棱體上的車輪載引起的土壓力EC：

(6－16)則總的土壓力：E=ET+EC(6－17)其中ET呈三角形分布,EC呈均勻分布,由布置在臺(tái)后破壞棱體上的等代土層厚度計(jì)算。

返回土壓力及計(jì)算圖式(3)臺(tái)身截面內(nèi)力計(jì)算

橋臺(tái)作為簡(jiǎn)支狀態(tài)的豎梁，在計(jì)算彎矩時(shí)，計(jì)算跨徑取為：

H1＝H0＋d/2＋c/2(6－18)式中：H0—橋跨結(jié)構(gòu)與支撐梁間的凈距；d—支撐梁的高度；c—橋臺(tái)背墻的高度。簡(jiǎn)支狀態(tài)的豎梁，在計(jì)算剪力時(shí)，計(jì)算跨徑取為H0。在計(jì)算截面彎矩M時(shí)，軸力N的影響忽略不計(jì)，但要在強(qiáng)度驗(yàn)算中考慮，對(duì)于跨中截面其彎矩為：(6－19)

在臺(tái)帽頂部截面的剪力為：

(6－20)

在支撐頂面處的剪力為：

(6－21)

式中：P1，P2—受彎計(jì)算跨徑；H1處的土壓力強(qiáng)度；

—受剪計(jì)算跨徑；H0處的土壓力強(qiáng)度。返回2.橋臺(tái)在本身平面內(nèi)的彎曲驗(yàn)算

把橋臺(tái)連同翼墻和基礎(chǔ)在橫橋方向作為一根支承在彈性地基上的有限長(zhǎng)的梁，用初始參數(shù)法求解發(fā)生在地基梁中點(diǎn)的彎矩，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算時(shí)，認(rèn)為橋臺(tái)自重不引起彎曲，恒載項(xiàng)僅考慮一個(gè)橋臺(tái)所承擔(dān)的上部結(jié)構(gòu)自重引起的彎矩，進(jìn)行組合分別驗(yàn)算。

3.基層應(yīng)力驗(yàn)算

基層土壓應(yīng)力由橋臺(tái)自重產(chǎn)生的平均應(yīng)力和上部結(jié)構(gòu)恒、活載產(chǎn)生的非均布應(yīng)力組成。具體計(jì)算見(jiàn)有關(guān)規(guī)范及公路設(shè)計(jì)手冊(cè)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》。返回6.2.6拱橋輕型橋臺(tái)的計(jì)算要點(diǎn)

1.輕型橋臺(tái)計(jì)算的基本假定

2.臺(tái)后土的抗力計(jì)算

3.土抗力值的限制

4.臺(tái)身強(qiáng)度的驗(yàn)算

5.臺(tái)口抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

6.基底應(yīng)力驗(yàn)算返回1.輕型橋臺(tái)計(jì)算的基本假定(1)橋臺(tái)只繞基層轉(zhuǎn)動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)；(2)臺(tái)后計(jì)算土壓力是由靜止土壓力和橋臺(tái)變位所引起土的彈性抗力所組成；(3)橋臺(tái)的剛性較大，它本身的變形相對(duì)于整個(gè)橋臺(tái)的位移可以忽略不計(jì)。根據(jù)以上假定,從圖6-21可以看出,除土的抗力外,所有作用于橋臺(tái)的外力對(duì)基底形心處的彎距總和MC為：MC=Hh1-VXv+Mm-Mpo-G·a(6－21)式中：H－拱圈作用于拱座中心的水平推力；V－拱圈作用于拱座中心的豎向力；Mm－拱圈的固端彎矩；G－橋臺(tái)本身及其上填土重量的合力；Mpo－臺(tái)后靜土壓力po的合力對(duì)C點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩；h1