梁橋橋墩的類型構(gòu)造計算與計算實例

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橋墩計算§7.4鐵路橋墩計算示例梁橋橋墩的類型、構(gòu)造、計算與計算實例

上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu):橋墩、臺及基礎(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、墩身風力、流水、冰壓力、船筏撞擊力等橋墩設(shè)計要求：強度、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：

重力式實體墩、空心墩、柱式墩、輕型墩、拼裝式墩

一、重力式實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：節(jié)省圬工、模板簡單、易施工；缺點：對水流阻力特別大，易遭沖刷；適用：無水、靜水、靠近岸邊水流流速小；山區(qū)跨谷橋、旱橋（二）圓形

優(yōu)點：不受水流流向條件限制；缺點：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。一般應用于斜交角小于15度水中墩。是一種常用的橋墩形式。二、空心墩1、高墩時，重力墩有如下缺點：圬工量大、自重大而相應地對地基承載力要求高；地震時慣性力較大。此時設(shè)計中可采用空心墩。混凝土空心墩可節(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、適用條條件墩壁較薄薄，一般般有船筏筏、漂流流物、冰冰壓力的的河上不不宜采用用，可下下實體上上空心。。圓形空心心截面最最好，可可不設(shè)隔隔板，施施工最方方便，宜宜優(yōu)先選選用當橫向尺尺寸很寬寬，橫向向水平力力大時，，如雙線線鐵路、、公路、、彎道橋橋等，可可考慮圓圓端形或或矩形帶帶縱隔板板。方形溫度度應力較較大。4、立面直坡：用用于墩身身不高或或某些特特殊需要要的橋上上。斜坡：使使用各種種條件下下的橋墩墩，受力力合理，，施工方方便。三、柱式式橋墩1應用廣泛用于于城市、、公公路及中中小跨鐵鐵路旱橋橋即可減重重量，又又較美觀觀，2型式單柱式、、多柱式式、啞鈴鈴式、混混合柱式式等組成蓋梁、墩墩柱及基基礎(chǔ)截面型式式圓形和矩矩形為主主單柱式：：有水:水流急彎彎,流向不定定或斜交交角大于于15°無水:城市彎橋橋中間墩墩、天橋橋雙柱式(多柱式)：斜交角小小于15°或僅有小小漂流物物。城市寬橋橋啞鈴式：：漂流物大大，防止止卡在柱柱中間，，可在雙雙柱間加加隔墻（（40～60cm）。混合式：墩身較高高時，下下部實體體，上部部雙柱。。四、輕型型橋墩1型式：薄壁矩形形，薄壁壁圓端形形實體截截面，其其它如V形、X形、Y形、倒梯梯形等2適用：小跨、低低墩、三三孔以下下（全長長不大于于20m）的公路路橋。3特點：不要求重重力墩那那樣的穩(wěn)穩(wěn)定性。。美觀觀可節(jié)約約材料。。五、拼裝裝式墩整個橋墩墩是由部部分預制制構(gòu)件現(xiàn)現(xiàn)場組拼拼而成。。優(yōu)點：提提高質(zhì)量量、縮短短工期、、減輕勞勞動強度度。適用：同同類量大大的中小小跨橋。?！?.2橋墩構(gòu)造造與尺寸寸擬定一、重力力式實體體橋墩（一）頂頂帽尺寸寸的擬定定頂帽作用用：橋墩墩頂?shù)膫鱾髁Σ糠址郑ㄍㄟ^支座座承托著著上部結(jié)結(jié)構(gòu)，并并將墩兩兩側(cè)橋跨跨上的荷荷載傳到到墩身上上，再由由墩身傳傳給地基基。要求求強度高高，C20以上。尺寸要求求：滿足足擺放支支座、架架梁、更更換支座座，及對對墩身尺尺寸的影影響，材材料的選選用。1．鐵路橋橋墩頂帽帽構(gòu)造特點點一般為矩矩形、圓圓端形，，上設(shè)支支承墊石石；為了把支支座反力力均勻地地傳給墩墩身，其其厚度≥≥40cm，混凝土土等級≥≥C20，一般配配筋；單線鐵路路、等跨跨L≤16m的鋼筋混混凝土梁梁的實體體墩臺頂頂帽有下下列情況況之一者者，可以以不設(shè)置置鋼筋：：無支座的的墩臺頂頂帽；在雨水極極少且不不受凍害害影響的的地區(qū)，，用整體體灌注的的混凝土土墩臺，，要求頂頂帽厚度度≥60cm。支承墊石石配鋼筋筋網(wǎng)；頂面設(shè)不不小于3％的排水水坡，墊墊石頂高高出排水水坡上棱棱；設(shè)挑出墩墩身10～20cm的飛檐。。直線上頂頂帽尺寸寸縱向:橫向：B>4m(L<8m)B>5m(8m<L<20m)B>6m(L>20m)a支座板縱縱向尺寸寸w支座板橫橫向尺寸寸b支座板至至墊石邊邊緣c墊石邊至至頂帽邊邊f(xié)支座板中中心距支座板縱縱橫向尺尺寸考慮；局部承壓壓計算支座板至墊石邊邊緣b＝15～20cm考慮：提高局部部承壓，施工誤誤差，預留錨栓栓孔墊石邊至頂帽邊邊c≥15、25、40cm(L:≤8,8～20,≥20)考慮：架梁或養(yǎng)養(yǎng)護時安放移梁梁頂梁設(shè)備支座板中心距f=2e+e0考慮：梁端距支支座中心距，梁梁縫曲線上墩帽：平面尺寸大原因：由于直梁梁曲線布置，梁梁縫內(nèi)窄外寬，，而內(nèi)側(cè)梁縫與與直線同。梁端端與墩橫向中心心線不平行。墊石平面形狀：：可做成梯形，為為簡化施工可做做成矩形。橫向預偏心：定義:支座布置偏向曲曲線內(nèi)側(cè)，使梁梁中心對橋墩中中心線有一預偏偏心d原因:墩承受橫向水平平離心力P。預偏心后，支支反力R產(chǎn)生向曲線內(nèi)側(cè)側(cè)的偏心彎矩，，以抵消一部分分由離心力所產(chǎn)產(chǎn)生的向曲線外外側(cè)的彎矩?？v向偏心：定義:支座在縱向上對對墩中心線不對對稱布置原因:相鄰橋跨不等時時，支座反力不不同，為減小垂垂直力和力的偏偏心距墩帽構(gòu)造措施:為適應兩相鄰跨跨不同的建筑高高度，可采取兩兩種：a．支承墊石不等等高b．頂帽布置在不不同高程上頂帽尺寸的其他他要求：墩身頂寬的要求求安裝上部結(jié)構(gòu)的的要求安裝抗震設(shè)施的的要求2．公路橋墩擬定原理：同鐵鐵路橋墩，唯具具體尺寸大小不不同。頂帽厚度：大跨跨≥40cm，中小跨≥30cm；排水坡10%。飛檐為5～10cm，做成溝槽形排排水。規(guī)定局部最小尺尺寸（100～120cm）目的：＊避免支座過過分靠近墩身側(cè)側(cè)面邊緣而導致致應力集中；＊提高局部承壓壓強度；＊考慮施工誤差差及留栓孔。（二）托盤尺寸寸托盤作用：頂帽尺寸橫向向多由施工及維維修決定，墩身身則決定于受力力的大小，尺寸寸小于頂帽，故故頂帽下設(shè)托盤盤過渡。稱為托托盤式頂帽。托盤尺寸：據(jù)實驗及使用經(jīng)經(jīng)驗：縮頸處寬B1≥墩中心至支座板板外緣間距b1；縮頸處設(shè)構(gòu)造筋筋。（三）墩身尺寸寸擬定兩個方向一般均均做成斜坡，一一般為20:1～30:1，具體由以下計計算決定：截面偏心、截面面應力、墩整體體穩(wěn)定性、墩頂頂位移等多方面試算確確定。高度不大的可做做成直坡。墩高高很高的也可分分階段做成臺階階狀的。材料一般采用C20片石混凝土或C10水泥砂漿砌片石石或塊石。公路墩身的頂寬寬：小跨度≥80cm；中等跨度≥120cm二、空心橋墩分類：混凝土空心墩及及鋼筋混凝土空空心墩，前者需需設(shè)置護面鋼筋筋。組成：頂帽、實體過渡渡段（頂帽下，，基礎(chǔ)上），空空心墩身。（一）實體過渡渡段實體段與墩壁連連接處應力分布布比較復雜。試試驗表明，頂厚厚1m時，在頂帽下D/2處應力才均勻分分布于壁上。固固端干擾力矩使使墩壁應力增大大40％～76％。帽下實體為為3m時，連接處仍有有應力集中現(xiàn)象象，但應力較小小。鐵路《橋規(guī)》：“宜設(shè)過渡段段，連接處增設(shè)設(shè)補充鋼筋或設(shè)設(shè)牛腿”。實體段合理厚度度尚難具體確定定,一般采用3～5m，考慮墩高、梁跨跨、壁厚、內(nèi)孔孔比率等。（二）空心墩的的壁厚與隔板*鐵路《橋規(guī)》：鋼筋混凝土≥≥0.3m，素混凝土≥0.5m（宜設(shè)護面鋼筋筋）。實際應以以計算確定。*薄壁鋼筋用用量多，施工難難度大。實際中中多用厚壁。*薄壁中溫度度、日照、收縮縮等引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)力較復雜。。*隔板為增強強整體穩(wěn)定和局局部穩(wěn)定，增強強橋墩的抗扭、、抗震能力。但但模型試驗和理理論計算中未能能確定隔板對穩(wěn)穩(wěn)定和強度明顯顯作用。*關(guān)于隔板設(shè)設(shè)置與否尚待研研究。有隔板增增加施工難度。。目前一般仍采采用隔板。*當壁厚t≥（1/10～1/15）b時，一般可不設(shè)設(shè)隔板。（三）通風孔與與進人洞通風孔：調(diào)節(jié)內(nèi)外溫差，，減少施工中混混凝土水化熱對對墩內(nèi)溫度的影影響。＊圓形通風孔對對墩壁應力分布布較好，直徑不不宜小于20cm，隔3―5m交錯設(shè)置。＊離地面宜高于于5m；高出設(shè)計水位位；并設(shè)柵欄。。排水孔：墩下部過渡段頂頂部設(shè)置排水孔孔。排水孔周應應設(shè)加強鋼筋網(wǎng)網(wǎng)。施工時設(shè)置置的臨時排水孔孔，竣工后應加加以封堵。進人洞：便于檢查維修，，相應的檢查設(shè)設(shè)備、檢查梯等等。三、柱式橋墩組成：柱式橋墩由蓋梁梁、墩柱及基礎(chǔ)礎(chǔ)組成。蓋梁的截面形狀狀為矩形或T形，在城市橋梁梁中常采用倒T形使得架梁后蓋蓋梁不外漏，墩墩身線條簡潔，，增加美觀。蓋梁的寬度依上上部結(jié)構(gòu)的形式式、支座間距和和尺寸等而定。。當鐵路橋墩的墩墩高大于7m時，在兩柱間距距基礎(chǔ)頂3～5m處設(shè)一橫系梁以以保證柱的穩(wěn)定定。公路，尤其其是市內(nèi)立交橋橋橋墩一般可不不設(shè)的橫系梁。。公路橋梁采用的的柱式橋墩有樁樁柱式、雙排樁樁單排柱式、擴擴大基礎(chǔ)柱式墩墩。四、輕型橋墩輕型橋墩的形狀狀及尺寸多樣，，除頂帽的縱、、橫向尺寸擬定定同重力式墩的的擬定方法外，，其余尺寸的擬擬定應根據(jù)具體體情況由計算確確定。輕型橋墩中一種種特殊的類型—柔性墩。橋墩設(shè)計經(jīng)驗表表明，重力式墩墩控制設(shè)計—是截面合力偏心心及墩頂位移。。偏心及墩頂位移移值—主要取決于橋墩墩受縱向水平力力(制動力或牽引力力)及墩身剛度。一一孔梁上的縱向向水平力由一個個墩承受，其值值較大，橋墩截截面尺寸必然較較大。柔性墩是把幾孔簡支梁梁及其墩臺用適適當?shù)拇胧┻B接接起來，縱向形形成多跨的門式式結(jié)構(gòu)，以共同同承受水平力。。其中，有的墩墩設(shè)計為重力式式實體墩，而其其余的墩身截面面尺寸較小，則則作用在橋上的的縱向水平力將將按各墩的抗推推剛度分配，大大部分水平力由由較剛的重力式式墩臺承受，比比較柔細的墩將將承受較小的水水平力。柔性墩的類型：：1．剛架式剛架式柔性墩主主要用于鐵路橋橋，橫橋向為一一剛架。單線橋橋的剛架柔性墩墩常由兩根立柱柱、數(shù)根橫撐和和頂帽組成，如如圖11—20(a)所示。用于曲線線橋時，立柱可可改用斜柱以增增加墩身橫向剛剛度。墩身一般般采用C20～C50鋼筋混凝土建造造。2．排架式排架式柔性墩的的特點是墩身直直接由基樁延伸伸至頂帽，地面面以下不設(shè)承臺臺，僅在上端通通過頂帽把基樁樁聯(lián)接如圖11—20(b)所示。適用于公公路基樁棧橋。。3．板壁式該類型墩身為一一實體鋼筋混凝凝土矩形薄壁，，如圖11—20(c)。構(gòu)造簡單，橫橫向剛度大，便便于滑動模板施施工，使用較為為廣泛。第五章梁橋橋橋墩4．上柔下剛式柔柔性墩鐵路上當墩高大大于20m時，墩身已經(jīng)具具有足夠的柔度度，達到了減小小水平力的效果果，此時，若柔柔性墩過高，柔柔度過大，對施施工、架梁都可可能存在一些問問題。所以，當當墩身很高時，，可采用上柔下下剛式的橋墩截截面形式，剛性性部分承受柔性性部分傳來的力力，截面較大，，結(jié)構(gòu)與實體墩墩相同?！惰F路柔性墩橋設(shè)設(shè)計規(guī)定》規(guī)定，圖11—20的柔性墩墩高或或上柔下剛的橋橋墩的柔性部分分，高度不宜超超過24m，柔性墩的總高高度不宜超過40m。另外，在水位位較低而水流湍湍急的河流上，，或在有漂流的的河流上，宜采采用上柔下剛式式橋墩。五、拼裝式橋墩墩拼裝式橋墩的混混凝土強度等級級一般不宜低于于C25，對于不宜更換換的重要受力構(gòu)構(gòu)件或處于易受受撞擊、磨損、、腐蝕環(huán)境中的的構(gòu)件，混凝土土強度等級不易易低于C30。常采用的拼裝式式橋墩按裝配構(gòu)構(gòu)件的形狀有塊塊件拼裝式橋墩墩及桿件拼裝式式橋墩。桿件拼拼裝式橋墩又可可分為板凳式、、排架式及雙柱柱式(如圖11—21)。在構(gòu)造上拼裝裝式橋墩由帽梁梁、墩柱和基礎(chǔ)礎(chǔ)組成。§7.3橋墩計算一、荷載計算（一）永久荷載載＊重力：支座傳來恒載載，墩自重（含含基礎(chǔ)襟邊土））及上部結(jié)構(gòu)混凝土土收縮及徐變的的影響。＊預應力空心心墩所受預應力力＊基礎(chǔ)變位影影響力＊水浮力：水中墩位于碎石石類、砂類、粘粘砂類透水地基基時。檢算墩穩(wěn)定時：：設(shè)計頻率水位位；檢算基底強強度及偏心：常常水位若不能確定是否否存在浮力，應應按最不利情況況考慮。＊土壓力：墩側(cè)土壓力，一一般基本兩側(cè)平平衡，位于山坡坡或橋臺錐體護護坡范圍時不平平衡。（二）基本可變變荷載列車、汽車，對對于鋼筋混凝土土柱式墩臺應計計入沖擊力；對對重力式墩臺則則不計沖擊力。。作用于上部結(jié)構(gòu)構(gòu)的平板掛車或履帶帶車；公路橋人群荷載載；離心力。(三）其它可變荷荷載制動力或牽引力力風力流水（冰）壓力力溫度力及支座摩摩擦力人群（鐵路橋））(四）偶然荷載地震力船筏撞擊力二、實體墩計算算針對強度、剛度度、抗裂性、穩(wěn)穩(wěn)定性等方面進進行檢算。（一）墩身檢算算項目1.截面合力偏心距距；2.截面強度(應力)；3.墩身整體穩(wěn)定性性；4.墩頂彈性水平位位移。（二）擴大基礎(chǔ)礎(chǔ)基底檢算項目目1．基底偏心：限限制不均勻沉降降導致墩歪斜；；2．基底強度(應力)；3．傾覆和滑動穩(wěn)穩(wěn)定性；4．基底以下軟弱弱土層的強度檢檢算；5．基礎(chǔ)的沉降。。（一）墩身檢算算項目1截面合力偏心距距：《橋規(guī)》規(guī)定了在不同荷荷載組合作用下下，墩身檢算截截面的容許偏心心值：永久荷載＋基本本可變荷載：[e]=0.5S永久荷載＋基本本可變荷載＋其其他可變荷載：：圓形截面：[e]=0.5S其他形狀：[e]=0.6S永久荷載＋其他他可變荷載（施施工荷載）：[e]=0.7S2截面強度當最小應力為