梁橋橋墩的類型構(gòu)造計(jì)算與計(jì)算實(shí)例

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)算示例梁橋橋墩的類型、構(gòu)造、計(jì)算與計(jì)算實(shí)例

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：支承上部、傳遞上部及自身荷載至地基橋墩承受作用力：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：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?！?.1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?；炷量招亩湛晒?jié)省20～30％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，一一般有船筏、、漂流物、冰冰壓力的河上上不宜采用，，可下實(shí)體上上空心。圓形空心截面面最好，可不不設(shè)隔板，施施工最方便，，宜優(yōu)先選用用當(dāng)橫向尺寸很很寬，橫向水水平力大時(shí)，，如雙線鐵路路、公路、彎彎道橋等，可可考慮圓端形形或矩形帶縱縱隔板。方形溫度應(yīng)力力較大。4、立面直坡：用于墩墩身不高或某某些特殊需要要的橋上。斜坡：使用各各種條件下的的橋墩，受力力合理，施工工方便。三、柱式橋墩墩1應(yīng)用廣泛用于城市市、公路路及中小跨鐵鐵路旱橋即可減重量，，又較美觀，，2型式單柱式、多柱柱式、啞鈴式式、混合柱式式等組成蓋梁、墩柱及及基礎(chǔ)截面型式圓形和矩形為為主單柱式：有水:水流急彎,流向不定或斜斜交角大于15°無水:城市彎橋中間間墩、天橋雙柱式(多柱式)：斜交角小于15°或僅有小漂流流物。城市寬橋啞鈴式：漂流物大，防防止卡在柱中中間，可在雙雙柱間加隔墻墻（40～60cm）?；旌鲜剑憾丈磔^高時(shí)，，下部實(shí)體，，上部雙柱。。四、輕型橋墩墩1型式：薄壁矩形，薄薄壁圓端形實(shí)實(shí)體截面，其其它如V形、X形、Y形、倒梯形等等2適用：小跨、低墩、、三孔以下（（全長不大于于20m）的公路橋。。3特點(diǎn)：不要求重力墩墩那樣的穩(wěn)定定性。美觀觀可節(jié)約材料料。五、拼裝式墩墩整個(gè)橋墩是由由部分預(yù)制構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)組拼拼而成。優(yōu)點(diǎn)：提高質(zhì)質(zhì)量、縮短工工期、減輕勞勞動(dòng)強(qiáng)度。適用：同類量量大的中小跨跨橋?！?.2橋墩構(gòu)造與尺尺寸擬定一、重力式實(shí)實(shí)體橋墩（一）頂帽尺尺寸的擬定頂帽作用：橋橋墩頂?shù)膫髁αΣ糠?，它通通過支座承托托著上部結(jié)構(gòu)構(gòu)，并將墩兩兩側(cè)橋跨上的的荷載傳到墩墩身上，再由由墩身傳給地地基。要求強(qiáng)強(qiáng)度高，C20以上。尺寸要求：滿滿足擺放支座座、架梁、更更換支座，及及對(duì)墩身尺寸寸的影響，材材料的選用。。1．鐵路橋墩頂頂帽構(gòu)造特點(diǎn)一般為矩形、、圓端形，上上設(shè)支承墊石石；為了把支座反反力均勻地傳傳給墩身，其其厚度≥40cm，混凝土等級(jí)級(jí)≥C20，一般配筋；；單線鐵路、等等跨L≤16m的鋼筋混凝土土梁的實(shí)體墩墩臺(tái)頂帽有下下列情況之一一者，可以不不設(shè)置鋼筋：：無支座的墩臺(tái)臺(tái)頂帽；在雨水極少且且不受凍害影影響的地區(qū)，，用整體灌注注的混凝土墩墩臺(tái)，要求頂頂帽厚度≥60cm。支承墊石配鋼鋼筋網(wǎng)；頂面設(shè)不小于于3％的排水坡，，墊石頂高出出排水坡上棱棱；設(shè)挑出墩身10～20cm的飛檐。直線上頂帽尺尺寸縱向:橫向：B>4m(L<8m)B>5m(8m<L<20m)B>6m(L>20m)a支座板縱向尺尺寸w支座板橫向尺尺寸b支座板至墊石石邊緣c墊石邊至頂帽帽邊f(xié)支座板中心距距支座板縱橫向向尺寸考慮；局部承承壓計(jì)算支座板至墊石石邊緣b＝15～20cm考慮：提高局局部承壓，施施工誤差，預(yù)預(yù)留錨栓孔墊石邊至頂帽帽邊c≥15、25、40cm(L:≤8,8～20,≥20)考慮：架梁或或養(yǎng)護(hù)時(shí)安放放移梁頂梁設(shè)設(shè)備支座板中心距距f=2e+e0考慮：梁端距距支座中心距距，梁縫曲線上墩帽：：平面尺寸大原因：由于直直梁曲線布置置，梁縫內(nèi)窄窄外寬，而內(nèi)內(nèi)側(cè)梁縫與直直線同。梁端端與墩橫向中中心線不平行行。墊石平面形狀狀：可做成梯形，，為簡化施工工可做成矩形形。橫向預(yù)偏心：：定義:支座布置偏向向曲線內(nèi)側(cè)，，使梁中心對(duì)對(duì)橋墩中心線線有一預(yù)偏心心d原因:墩承受橫向水水平離心力P。預(yù)偏心后，，支反力R產(chǎn)生向曲線內(nèi)內(nèi)側(cè)的偏心彎彎矩，以抵消消一部分由離離心力所產(chǎn)生生的向曲線外外側(cè)的彎矩。?？v向偏心：定義:支座在縱向上上對(duì)墩中心線線不對(duì)稱布置置原因:相鄰橋跨不等等時(shí)，支座反反力不同，為為減小垂直力力和力的偏心心距墩帽構(gòu)造措施施:為適應(yīng)兩相鄰鄰跨不同的建建筑高度，可可采取兩種：：a．支承墊石不不等高b．頂帽布置在在不同高程上上頂帽尺寸的其其他要求：墩身頂寬的要要求安裝上部結(jié)構(gòu)構(gòu)的要求安裝抗震設(shè)施施的要求2．公路橋墩擬定原理：同同鐵路橋墩，，唯具體尺寸寸大小不同。。頂帽厚度：大大跨≥40cm，中小跨≥30cm；排水坡10%。飛檐為5～10cm，做成溝槽形形排水。規(guī)定局部最小小尺寸（100～120cm）目的：＊避免支座座過分靠近墩墩身側(cè)面邊緣緣而導(dǎo)致應(yīng)力力集中；＊提高局部承承壓強(qiáng)度；＊考慮施工誤誤差及留栓孔孔。（二）托盤尺尺寸托盤作用：頂帽尺寸橫橫向多由施工工及維修決定定，墩身則決決定于受力的的大小，尺寸寸小于頂帽，，故頂帽下設(shè)設(shè)托盤過渡。。稱為托盤式式頂帽。托盤尺寸：據(jù)實(shí)驗(yàn)及使用用經(jīng)驗(yàn)：縮頸處處寬B1≥墩中心心至支支座板板外緣緣間距距b1；縮頸處處設(shè)構(gòu)構(gòu)造筋筋。（三））墩身身尺寸寸擬定定兩個(gè)方方向一一般均均做成成斜坡坡，一一般為為20:1～30:1，具體體由以以下計(jì)計(jì)算決決定：：截面偏偏心、、截面面應(yīng)力力、墩墩整體體穩(wěn)定定性、、墩頂頂位移移等多方方面試試算確確定。。高度不不大的的可做做成直直坡。。墩高高很高高的也也可分分階段段做成成臺(tái)階階狀的的。材料一一般采采用C20片石混混凝土土或C10水泥砂砂漿砌砌片石石或塊塊石。。公路墩墩身的的頂寬寬：小小跨度度≥80cm；中等跨跨度≥≥120cm二、空空心橋橋墩分類：：混凝土土空心心墩及及鋼筋筋混凝凝土空空心墩墩，前前者需需設(shè)置置護(hù)面面鋼筋筋。組成：：頂帽、、實(shí)體體過渡渡段（（頂帽帽下，，基礎(chǔ)礎(chǔ)上）），空空心墩墩身。。（一））實(shí)體體過渡渡段實(shí)體段段與墩墩壁連連接處處應(yīng)力力分布布比較較復(fù)雜雜。試試驗(yàn)表表明，，頂厚厚1m時(shí)，在在頂帽帽下D/2處應(yīng)力力才均均勻分分布于于壁上上。固固端干干擾力力矩使使墩壁壁應(yīng)力力增大大40％～76％。帽帽下實(shí)實(shí)體為為3m時(shí)，連連接處處仍有有應(yīng)力力集中中現(xiàn)象象，但但應(yīng)力力較小小。鐵路《橋規(guī)》：“宜宜設(shè)過過渡段段，連連接處處增設(shè)設(shè)補(bǔ)充充鋼筋筋或設(shè)設(shè)牛腿腿”。。實(shí)體段段合理理厚度度尚難難具體體確定定,一般采采用3～5m，考慮墩墩高、、梁跨跨、壁壁厚、、內(nèi)孔孔比率率等。。（二））空心心墩的的壁厚厚與隔隔板*鐵鐵路《橋規(guī)》：鋼筋筋混凝凝土≥≥0.3m，素混混凝土土≥0.5m（宜設(shè)設(shè)護(hù)面面鋼筋筋）。。實(shí)際際應(yīng)以以計(jì)算算確定定。*薄薄壁鋼鋼筋用用量多多，施施工難難度大大。實(shí)實(shí)際中中多用用厚壁壁。*薄薄壁中中溫度度、日日照、、收縮縮等引引起的的結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)力力較復(fù)復(fù)雜。。*隔隔板為為增強(qiáng)強(qiáng)整體體穩(wěn)定定和局局部穩(wěn)穩(wěn)定，，增強(qiáng)強(qiáng)橋墩墩的抗抗扭、、抗震震能力力。但但模型型試驗(yàn)驗(yàn)和理理論計(jì)計(jì)算中中未能能確定定隔板板對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定和和強(qiáng)度度明顯顯作用用。*關(guān)關(guān)于隔隔板設(shè)設(shè)置與與否尚尚待研研究。。有隔隔板增增加施施工難難度。。目前前一般般仍采采用隔隔板。。*當(dāng)壁厚厚t≥（1/10～1/15）b時(shí)，一般可可不設(shè)隔板板。（三）通風(fēng)風(fēng)孔與進(jìn)人人洞通風(fēng)孔：調(diào)節(jié)內(nèi)外溫溫差，減少少施工中混混凝土水化化熱對(duì)墩內(nèi)內(nèi)溫度的影影響。＊圓形通風(fēng)風(fēng)孔對(duì)墩壁壁應(yīng)力分布布較好，直直徑不宜小小于20cm，隔3―5m交錯(cuò)設(shè)置。。＊離地面宜宜高于5m；高出設(shè)計(jì)計(jì)水位；并并設(shè)柵欄。。排水孔：墩下部過渡渡段頂部設(shè)設(shè)置排水孔孔。排水孔孔周應(yīng)設(shè)加加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)網(wǎng)。施工時(shí)時(shí)設(shè)置的臨臨時(shí)排水孔孔，竣工后后應(yīng)加以封封堵。進(jìn)人洞：便于檢查維維修，相應(yīng)應(yīng)的檢查設(shè)設(shè)備、檢查查梯等。三、柱式橋橋墩組成：柱式橋墩由由蓋梁、墩墩柱及基礎(chǔ)礎(chǔ)組成。蓋梁的截面面形狀為矩矩形或T形，在城市市橋梁中常常采用倒T形使得架梁梁后蓋梁不不外漏，墩墩身線條簡簡潔，增加加美觀。蓋梁的寬度度依上部結(jié)結(jié)構(gòu)的形式式、支座間間距和尺寸寸等而定。。當(dāng)鐵路橋墩墩的墩高大大于7m時(shí)，在兩柱柱間距基礎(chǔ)礎(chǔ)頂3～5m處設(shè)一橫系系梁以保證證柱的穩(wěn)定定。公路，，尤其是市市內(nèi)立交橋橋橋墩一般般可不設(shè)的的橫系梁。。公路橋梁采采用的柱式式橋墩有樁樁柱式、雙雙排樁單排排柱式、擴(kuò)擴(kuò)大基礎(chǔ)柱柱式墩。四、輕型橋橋墩輕型橋墩的的形狀及尺尺寸多樣，，除頂帽的的縱、橫向向尺寸擬定定同重力式式墩的擬定定方法外，，其余尺寸寸的擬定應(yīng)應(yīng)根據(jù)具體體情況由計(jì)計(jì)算確定。。輕型橋墩中中一種特殊殊的類型—柔性墩。橋墩設(shè)計(jì)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)表明，，重力式墩墩控制設(shè)計(jì)計(jì)—是截面合力力偏心及墩墩頂位移。。偏心及墩頂頂位移值—主要取決于于橋墩受縱縱向水平力力(制動(dòng)力或牽牽引力)及墩身剛度度。一孔梁梁上的縱向向水平力由由一個(gè)墩承承受，其值值較大，橋橋墩截面尺尺寸必然較較大。柔性墩是把幾孔簡簡支梁及其其墩臺(tái)用適適當(dāng)?shù)拇胧┦┻B接起來來，縱向形形成多跨的的門式結(jié)構(gòu)構(gòu)，以共同同承受水平平力。其中中，有的墩墩設(shè)計(jì)為重重力式實(shí)體體墩，而其其余的墩身身截面尺寸寸較小，則則作用在橋橋上的縱向向水平力將將按各墩的的抗推剛度度分配，大大部分水平平力由較剛剛的重力式式墩臺(tái)承受受，比較柔柔細(xì)的墩將將承受較小小的水平力力。柔性墩的類類型：1．剛架式剛架式柔性性墩主要用用于鐵路橋橋，橫橋向向?yàn)橐粍偧芗?。單線橋橋的剛架柔柔性墩常由由兩根立柱柱、數(shù)根橫橫撐和頂帽帽組成，如如圖11—20(a)所示。用于于曲線橋時(shí)時(shí)，立柱可可改用斜柱柱以增加墩墩身橫向剛剛度。墩身身一般采用用C20～C50鋼筋混凝土土建造。2．排架式排架式柔性性墩的特點(diǎn)點(diǎn)是墩身直直接由基樁樁延伸至頂頂帽，地面面以下不設(shè)設(shè)承臺(tái)，僅僅在上端通通過頂帽把把基樁聯(lián)接接如圖11—20(b)所示。適用用于公路基基樁棧橋。。3．板壁式該類型墩身身為一實(shí)體體鋼筋混凝凝土矩形薄薄壁，如圖圖11—20(c)。構(gòu)造簡單單，橫向剛剛度大，便便于滑動(dòng)模模板施工，，使用較為為廣泛。第五章梁梁橋橋墩墩4．上柔下剛剛式柔性墩墩鐵路上當(dāng)墩墩高大于20m時(shí)，墩身已已經(jīng)具有足足夠的柔度度，達(dá)到了了減小水平平力的效果果，此時(shí)，，若柔性墩墩過高，柔柔度過大，，對(duì)施工、、架梁都可可能存在一一些問題。。所以，當(dāng)當(dāng)墩身很高高時(shí)，可采采用上柔下下剛式的橋橋墩截面形形式，剛性性部分承受受柔性部分分傳來的力力，截面較較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)與實(shí)體墩墩相同?！惰F路柔性墩墩橋設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)定》規(guī)定，圖11—20的柔性墩墩墩高或上柔柔下剛的橋橋墩的柔性性部分，高高度不宜超超過24m，柔性墩的的總高度不不宜超過40m。另外，在在水位較低低而水流湍湍急的河流流上，或在在有漂流的的河流上，，宜采用上上柔下剛式式橋墩。五、拼裝式式橋墩拼裝式橋墩墩的混凝土土強(qiáng)度等級(jí)級(jí)一般不宜宜低于C25，對(duì)于不宜宜更換的重重要受力構(gòu)構(gòu)件或處于于易受撞擊擊、磨損、、腐蝕環(huán)境境中的構(gòu)件件，混凝土土強(qiáng)度等級(jí)級(jí)不易低于于C30。常采用的拼拼裝式橋墩墩按裝配構(gòu)構(gòu)件的形狀狀有塊件拼拼裝式橋墩墩及桿件拼拼裝式橋墩墩。桿件拼拼裝式橋墩墩又可分為為板凳式、、排架式及及雙柱式(如圖11—21)。在構(gòu)造上拼拼裝式橋墩由由帽梁、墩柱柱和基礎(chǔ)組成成?！?.3橋墩計(jì)算一、荷載計(jì)算算（一）永久荷荷載＊重力：支座傳來恒恒載，墩自重重（含基礎(chǔ)襟襟邊土）及上部結(jié)構(gòu)混凝凝土收縮及徐徐變的影響。。＊預(yù)應(yīng)力空空心墩所受預(yù)預(yù)應(yīng)力＊基礎(chǔ)變位位影響力＊水浮力：水中墩位于碎碎石類、砂類類、粘砂類透透水地基時(shí)。。檢算墩穩(wěn)定時(shí)時(shí)：設(shè)計(jì)頻率率水位；檢算算基底強(qiáng)度及及偏心：常水水位若不能確定是是否存在浮力力，應(yīng)按最不不利情況考慮慮。＊土壓力：墩側(cè)土壓力，，一般基本兩兩側(cè)平衡，位位于山坡或橋橋臺(tái)錐體護(hù)坡坡范圍時(shí)不平平衡。（二）基本可可變荷載列車、汽車，，對(duì)于鋼筋混混凝土柱式墩墩臺(tái)應(yīng)計(jì)入沖沖擊力；對(duì)重重力式墩臺(tái)則則不計(jì)沖擊力力。作用于上部結(jié)結(jié)構(gòu)的平板掛車或履履帶車；公路橋人群荷荷載；離心力。(三）其它可變變荷載制動(dòng)力或牽引引力風(fēng)力流水（冰）壓壓力溫度力及支座座摩擦力人群（鐵路橋橋）(四）偶然荷載載地震力船筏撞擊力二、實(shí)體墩計(jì)計(jì)算針對(duì)強(qiáng)度、剛剛度、抗裂性性、穩(wěn)定性等等方面進(jìn)行檢檢算。（一）墩身檢檢算項(xiàng)目1.截面合力偏心心距；2.截面強(qiáng)度(應(yīng)力)；3.墩身整體穩(wěn)定定性；4.墩頂彈性水平平位移。（二）擴(kuò)大基基礎(chǔ)基底檢算算項(xiàng)目1．基底偏心：：限制不均勻勻沉降導(dǎo)致墩墩歪斜；2．基底強(qiáng)度(應(yīng)力)；3．傾覆和滑動(dòng)動(dòng)穩(wěn)定性；4．基底以下軟軟弱土層的強(qiáng)強(qiáng)度檢算；5．基礎(chǔ)的沉降降。（一）墩身檢檢算項(xiàng)目1截面合力偏心心距：《橋規(guī)》規(guī)定了在不同同荷載組合作作用下，墩身身檢算截面的的容許偏心值值：永久荷載＋基基本可變荷載載：[e]=0.5S永久荷載＋基基本可變荷載載＋其他可變變荷載：圓形截面：[e]=0.5S其他形狀：[e]=0.6S