橋墩受力計算課件

第十六章橋墩計算(略)內容提要：〖了解〗第一節(jié)

橋墩計算的荷載及其組合；〖了解〗第二節(jié)

重力式（梁橋）橋墩的計算內容、步驟、方法；（〖了解〗第三節(jié)

樁柱式橋墩計算簡介。第一節(jié)荷載及其組合內容提要：橋墩計算時應考慮的荷載：6－1－1、永久荷載6－1－2、可變荷載6－1－3、偶然荷載荷載組合6－1－4、梁橋重力式橋墩的荷載組合6－1－5、拱橋重力式橋墩的荷載組合6－1－1、永久荷載1、恒載產生的支承反力～作用于墩帽、拱座；～含上部砼的收縮、徐變影響力；2、橋墩自重～含襟邊以上的土重力3、預應力～指施加了預應力的橋墩4、基礎變位影響力～對于超靜定結構而言；～長期荷載下的地基壓縮（非巖基）；5、浮力～透水性地基上必須計入；～不透水地基且為嵌入式基礎，可不計；～不能肯定時，分別計算并比較，取不利者；～最不利組合原則：穩(wěn)定驗算—高水位浮力；基地應力驗算—低水位浮力。6－1－2、可變荷載基本可變荷載1、汽車～鋼砼柱式墩臺計沖擊作用，重力式不計；2、驗算荷載～掛車、履帶車；3、人群其它可變荷載4、風力縱、橫向，上、下部；5、制動力汽車?！炈愫奢d不允許制動。6、流水壓力7、流冰壓力寒冷地區(qū)8、上部梁端伸縮（溫變）對墩臺產生的水平力9、支座摩阻6－1－3、偶然荷載1、地震力抗震設防標準從規(guī)范。2、撞擊力

◎與防護措施有關船只撞擊～與航道等級有關，流冰撞擊～嚴寒區(qū)，其它漂流物撞擊（特殊要求）6－1－4、梁橋重力式橋墩的荷載組合（1）1、按橋墩各截面可能產生的最大豎向力布載：

〖組合Ⅰ或Ⅲ〗1）驗算目的：墩身強度基地最大應力；2）布載基本原則：～永久荷載～雙側滿布活載最大豎向力—雙側滿布活載6－1－4、梁橋重力式橋墩的荷載組合（2）2、按橋墩各截面在縱橋向可能產生的最大偏心、最大彎矩豎布載：〖組合Ⅱ〗1）驗算目的：墩身強度、基地應力、偏心驗算、墩身穩(wěn)定性；2）布載基本原則：～永久荷載～活載靠邊單側（大跨一側）滿布；～其它縱向力按規(guī)范組合風力、制動力、摩阻力等最大縱向偏載—單側滿布活載6－1－4、梁橋重力式橋墩的荷載組合（3）3、按橋墩各截面在橫橋向可能產生的最大偏心、最大彎矩豎布載：〖組合Ⅱ、Ⅳ〗1）驗算目的—橫橋向的相關指標：～墩身強度、～基地應力、～偏心驗算、～墩身穩(wěn)定性；2）布載基本原則：～永久荷載～活載靠行車道邊布置；也有可能在無活載時橫向最不穩(wěn)定！～其它橫向力按規(guī)范組合：橫向風力、流水（流冰）壓力、撞擊力等。6－1－5、拱橋重力式橋墩的荷載組合（1）1、順橋向荷載組合1）普通墩～驗算目的、布載原理與梁橋相同；～與梁橋的主要區(qū)別：@由于推力的存在，使偏載機會大增；@多為超靜定結構，引起附加反力（溫變等）的因素必須考慮；@凡引起上部結構內力變化的因素，都須考慮其在下部產生的不平衡推力；6－1－5、拱橋重力式橋墩的荷載組合（2）2）單向推力墩僅計及較大一孔的永久荷載；不計活載作用。2、橫橋向的荷載組合～對于公路橋梁，由于拱橋存在較大的水平推力，故橫橋向一般不控制設計?！匾獣r，其橫向荷載組合與梁橋同?！P于荷載組合的注意事項：1）服從橋規(guī)規(guī)定；2）其它可變荷載中，有些荷載在考慮其同時出現的頻率后，規(guī)范做出了不同時組合的規(guī)定，必須加以注意。如“制動力”與“流水、流冰壓力”“支座摩阻力”不同時組合等。第二節(jié)重力式橋墩的計算概要～拱橋、梁橋橋墩的共同點：@外力均可合成為：豎向合力、水平合力、在X、Y方向的彎矩。@二者僅荷載組合有所不同，但墩的計算方法、內容基本一樣。內容提要：2－2－1墩身強度驗算2－2－2墩頂水平位移計算2－2－3基底土的承載力、偏心距驗算2－2－4整體穩(wěn)定性驗算6－2－1墩身強度驗算強度驗算通式荷載效應函數結構抗力函數荷載在結構上的效應材料或砌體極限強度結構重要性系數結構幾何尺寸材料或砌體安全系數荷載組合系數荷載安全系數相關系數按規(guī)范取值1、驗算截面的確定矮墩：底面、突變處；高墩：除底面、突變處外，豎向每2～3m取一個。2、內力計算○按荷載組合，求得每個截面的：豎向合力—∑N水平合力—∑H彎矩—∑M6－2－1墩身強度驗算（1）6－2－1墩身強度驗算（2）3、抗壓強度驗算軸壓或偏壓構件，正截面強度按下式計算：縱向力偏心系數按規(guī)范計材料安全系數結構縱向力構件截面積材料抗壓極限強度驗算不能通過時，修改墩身截面尺寸，重新驗算6－2－1墩身強度驗算（3）4、截面偏心距驗算:

eo=∑M/∑N≤[eo]5、抗剪強度驗算：～拱座截面在相鄰兩孔推力不等時，需驗算抗剪強度?！p受剪，按橋規(guī)計算；～無支架吊裝肋拱、裸拱時卸架等，也需驗算。6－2－2墩頂水平位移計算◎要求：～高墩（>20m）需驗算；◎計算圖式：～把橋墩視作：固定在基礎頂面的懸臂梁?！豢紤]上部結構對墩的變形約束?！蛭灰朴嬎恪v向力引起的位移：○考慮荷載：制動力、風力，偏心的支反力；○→

⊿1

～不均勻沉降引起的位移：不均勻沉降→傾角→水平位移⊿c

◎判據：相鄰兩跨最小跨徑，小于25m按25m計6－2－3基底土的承載力、偏心距驗算（1）1、基底承載力驗算1）一般情況：豎向力的合力點在截面核心之內：○按順橋向、橫橋向分別驗算偏心方向的基底應力。○判據：最大應力≯容許應力2）豎向力的合力點在截面核心之外：因不考慮基底土受拉力，應計及基底應力重分布。〖詳后↓〗2、基底偏心距驗算：驗算目的：～防止因偏心過大〖最小應力、最大應力相差過大〗，導致不均勻沉降過大；判據：～偏心距不超過“容許值”—截面核心半徑的一定比例?！叭菰S值”與基底條件有關?；淄临|不同，其抵抗變形的能力也不同，故對不均勻壓力的敏感程度也不同?！斠娨?guī)范（或教材）規(guī)定。6－2－3基底土的承載力、偏心距驗算（2）◎應力重分布問題：1）重分布前后，基底應力的合力不變：2）重分布前后，基底應力的合力矩不變：則(x方向)：N·(b/2－cx/3)=N·ex→cx=3(b/2－ex)同理：cy=3(a/2－ey)3)順橋向、橫橋向的最大應力分別為：2N/acx、2N/acy;二者均應小于容許應力。6－2－4整體穩(wěn)定性驗算◎穩(wěn)定性包括傾覆穩(wěn)定、滑動穩(wěn)定。1、傾覆穩(wěn)定驗算：以傾覆力矩不超過穩(wěn)定力矩、并考慮一定的安全儲備為限?？箖A覆穩(wěn)定系數如下：1)即：Ko=截面中心至邊緣的距離/所有外力偏心距；2)Ko的值必須大于1，具體限制隨荷載組合情況有所不同（1.2/1.3/1.5）6－2－4整體穩(wěn)定性驗算2、滑動穩(wěn)定驗算：以水平推力不超過摩阻力、并考慮一定的安全儲備為限?？够瑒臃€(wěn)定系數如下：1)摩擦系數與基底土的性質有關2)Kc值大必須于1，隨荷載組合情況有所不同（1.2/1.3）摩阻力第三節(jié)樁柱式橋墩計算簡介—蓋梁計算（1）◎樁柱式橋墩計算包括：2－3－1蓋梁計算2－3－2樁柱計算2－3－1蓋梁計算1．計算圖式(1)蓋梁的剛度足夠大（與樁柱的剛度比>5）時,忽略柱的彈性約束：a．雙柱式—按簡支梁或懸臂梁計算；b．多柱式—按連續(xù)梁計算。(2)當蓋梁的剛度與樁柱的剛度比小于5，或橋墩承受較大橫向力時，作為橫向框架的一部分進行驗算。(3)當蓋梁計算跨徑與梁高之比較小（簡支梁小于2、連續(xù)梁小于2.5）時，（從橋規(guī)）按深梁計算。2．荷載主要有：上部結構恒載及活載(汽車計沖擊)引起的支座反力、蓋梁自重。6—3

樁柱式橋墩計算簡介—蓋梁計算（2）

3．計算方法◎公路橋梁多采用雙柱式，且蓋梁與樁柱的剛度比往往大于5，故通常按簡支梁或雙懸臂梁計算?！騼攘τ嬎銜r～控制截面一般在支點、跨中；～荷載縱、橫向分布的影響：參照裝配式簡支梁主梁梁肋；◎荷載縱向分布：活載通過支座傳遞：@蓋梁計算截面處（上部）支反力影響線→@最不利布載→@相應最大支反力?！蚝奢d橫向分布：@蓋梁控制截面的內力橫向影響線→@最不利布載→

@控制截面內力。@@計算跨中正彎矩—活載對稱布置;@@計算支點負彎矩—活載非對稱布置。

樁柱式橋墩計算簡介—蓋梁計算（3）4．注意事項(1)蓋梁內力計算:可考慮樁柱支承寬度對彎矩的削峰作用。(2)必要時考慮蓋梁受到扭矩作用：～橋墩沿縱向的水平力將對對蓋梁產生扭矩；～縱橋向有兩排支座時，上部結構活載偏心力將對蓋梁產生扭矩。

樁柱式橋墩計算簡介—樁柱計算（1）2－3－1樁柱的計算◎樁柱式墩一般分剛性和柔性兩種?！騽傂詷吨嬎惴椒ㄍ亓κ綐蚨铡蛉嵝詷吨氖芰εc橋梁整體結構類型有關?！蛳鹉z支座在水平力作用下可有微小的水平位移，故：計算圖式一般按：在節(jié)點處設水平彈簧支承對待：縱橋向

樁柱式橋墩計算簡介—樁柱計算（2）1．外力計算墩上的恒載：上部恒載支反力、蓋梁及樁柱自重；樁柱承受的活載：◎按設計荷載進行最不利動態(tài)加載◎經恒載、活載等組合，求得最不利的組合值?！驑蚨盏乃搅Γ簻刈冎ёψ枇?、制動力等。

樁柱式橋墩計算簡介—樁柱計算（3）

2．內力計算◎借助于計算機技術，目前多廣泛采用有限元法；○按樁、土、柱、梁等上、下部結構聯合計算；○這是一種最合理、最準確、最為簡便的方法?！驅τ谌嵝远蘸喼Я簶颍骸鹨淮蔚?、三推力方程法仍在使用?！鸲蓜偠?/p>