橋梁的墩臺(tái)和基礎(chǔ)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、第五講橋梁的墩臺(tái)和根底一橋梁的墩臺(tái) 一梁橋的重力式墩臺(tái)依靠其自身的重力及作用其上的重力維持穩(wěn)定的,稱為重力式墩臺(tái).橋墩由墩帽、墩身和根底組成.橋臺(tái)由臺(tái)帽、臺(tái)身、根底和側(cè)墻、護(hù)坡等組成.墩臺(tái)帽 上安放支座,形成橋面橫披 ,調(diào)整鄰跨的支座高度.圖5-56度幅構(gòu)造尺寸1 .墩帽墩帽寬度,順橋方向?yàn)?b: : b >f + a 0 + 2c i + 2c 2 > 100cm橫橋方向?yàn)锽 B >s + b 0 + 2c i + 2c 2 f 相鄰兩跨支座中央的距離S 兩外側(cè)主梁支座的中央距 c 2- 20-40cm c i 一般510cm2 .墩身平面形狀可用圓端形或尖端形;墩頂寬度,

2、小跨徑橋梁不宜小于0.8m,中跨徑橋梁不宜小于 1.0m;墩身側(cè)面坡度5號(hào)或15號(hào)以上的混凝土澆筑或用漿砌塊石或料石砌筑,也可用混凝土預(yù)制塊砌筑.大橋常采用鋼筋混凝土空心墩3 . U形橋臺(tái)適用于填土高度小于 810m的橋梁.圖5-57 U形橋臺(tái)圖5-58埋置式橋臺(tái)二拱橋的重力式墩臺(tái)圖6.49墩帽上設(shè)拱座,以支承拱腳;墩頂?shù)膶挾燃s為拱跨的1/101/25 石砌墩,1/151/30 混凝土墩. 重力式橋臺(tái)、齒鍵式橋臺(tái)、組合式橋臺(tái) 三輕型墩臺(tái)利用鋼筋混凝土的強(qiáng)度和整體剛度,或某種支承構(gòu)件,形成墩臺(tái) O圖5 59 樁柱式橋墩1 .樁柱式橋墩樁柱式橋墩,由柱、蓋梁、橫系梁組成,用于跨徑不大(812m)的

3、梁橋.蓋梁高度一般為蓋梁寬度的0.8 1.2倍.柱的布置,宜使恒載作用下,蓋梁在柱頂內(nèi)外兩側(cè)的彎矩接近相等.樁柱式墩,H大于7m時(shí),應(yīng)該設(shè)橫系梁.樁柱式橋臺(tái)常作成埋置式的.臺(tái)帽上設(shè)耳墻2 .輕型橋臺(tái)3 .鋼筋混凝土薄壁墩臺(tái)4 .城市立交的輕型墩臺(tái)二橋梁的根底橋梁的根底,將橋梁墩、臺(tái)的各種荷載傳至地基.橋梁的根底的設(shè)計(jì)首先要確定基底的埋置深度和根底類型.要仔細(xì)分析地質(zhì)勘察資料,擬定根底埋置深度,再經(jīng)計(jì)算決定.基底的埋置深度:在地面下或河床下至少 1m;在局部沖刷 線下至少1.04.0m ;在凍結(jié)線下凍脹土至少 0.25m. 1.淺根底當(dāng)距現(xiàn)狀地面幾米的深度內(nèi)有較適宜的根底持力層時(shí),可用淺基礎(chǔ),根

4、底的頂面一般設(shè)在地面下 0.5m處,根底襟邊寬1550cm基 礎(chǔ)1/r,工N1 一X、 一/ iaA ;!_ . . r、_ _ .b圖566批總"基底應(yīng)力分布厚度h由荷載大小決定.口角小于材料的擴(kuò)散角剛性角 max ,剛性根底.如果 A % max為擴(kuò)展根底柔性根底,那么應(yīng)配筋,成為鋼筋混凝土根底.2 .沉井根底圖 6.412當(dāng)?shù)孛嫔喜客翆拥某休d力較弱,且堅(jiān)硬的持力層又不太深時(shí),的沉井根底.沉井根底, 從結(jié)構(gòu)上講是深根底,也就是應(yīng)該計(jì)入土對(duì)根底的約束作 用.從施工上講是一種施工方法.3 .樁根底£皿1皿國(guó)皿皿皿皿工當(dāng)?shù)乇硪韵峦翆拥某休d力較弱,可作為持力層的土層較厚、而又無(wú)

5、大直徑的卵石和 漂石時(shí),可以采用樁根底.樁根底由基樁和承臺(tái)組成,支承在巖層或 硬土層上的樁稱為端承樁,支承在中等的土層之中的樁稱為摩擦樁.基樁按施工方法分為沉入樁和鉆挖孔灌注樁兩類.沉入樁用錘擊沉樁法、震動(dòng)沉樁法、射水沉樁法、靜力壓樁法、鉆孔埋置法鉆挖孔灌注樁是、鉆孔、清孔、灌注水下混凝土等工序在樁位處筑成的鋼筋混凝土樁.承臺(tái)的作用是將橋基內(nèi)的多根樁的樁頂聯(lián)結(jié)成剛性整體.承臺(tái) 有低樁承臺(tái)、高樁承臺(tái).承臺(tái)內(nèi)要配筋按標(biāo)準(zhǔn)、 混凝土標(biāo)號(hào)不得低于 15號(hào),承臺(tái)厚度不宜小于 1.5m;基樁 埋入承臺(tái)的長(zhǎng)度、樁的最小間距、邊樁外側(cè)距承臺(tái)邊緣的 距離等都有具體規(guī)定.三.橋梁墩臺(tái)及淺根底的設(shè)計(jì)要點(diǎn)1 .荷載及

6、其組合圖5-63橋敢活栽布置編號(hào)荷載分類荷載名稱組合I組合n組合m組合IV組合VI1永久荷載 恒載上部結(jié)構(gòu)的重力*2橋墩根底的重力*3水的浮力4根本可受荷載活載汽車荷載的支反力*5掛車荷載的支反力*6人群荷載的支反力*7其他縱向風(fēng)力*8口艾 福裁汽車制動(dòng)力*9流水冰的壓力10上部結(jié)構(gòu)的溫度力*11支座摩阻力12偶然 福裁地震力*13船只或漂流物撞 擊力*首先考慮可能同時(shí)由現(xiàn)的荷載.還要考慮墩身、根底和地基的工作特性a、墩身等承受最大豎向力時(shí),兩跨均有活載Np.b、墩身等承受順橋向最大力矩時(shí) ,一跨布有活載組合I , 或同時(shí)布置制動(dòng)力和縱向風(fēng)力 組合n. c 、墩身 等承受橫橋向最大力矩時(shí),兩跨

7、活載偏置 組合I ,或同時(shí) 布置橫向風(fēng)力等組合IV.用于驗(yàn)算墩身強(qiáng)度的荷載效應(yīng),要乘以荷載平安系數(shù), 并累計(jì)至墩底;用于驗(yàn)算地基承載力的荷載效應(yīng),不乘荷載 平安系數(shù),并累計(jì)至基底.2 .墩身計(jì)算墩身計(jì)算,應(yīng)按橋墩結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行.重力式垮工墩身,驗(yàn)算抗壓強(qiáng)度、荷載偏心距、抗剪強(qiáng)度;e° ='%n =a對(duì)于高度大于20m的重力式墩還應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性問(wèn)題.對(duì)于鋼筋混凝土墩臺(tái)、蓋梁,應(yīng)按其靜力圖式驗(yàn)算.3 .剛性淺根底計(jì)算剛性淺根底穩(wěn)性僅由基底土與根底的相互作用來(lái)維地基土的承載力max N -L, M_ :-一 h=+min - A - W -0這里bh是地基土的容許2% Nmax-&q

8、uot;h3a(eo)2承載力,是經(jīng)過(guò)寬深修正、并按標(biāo)準(zhǔn)予以提升后的值;基底的偏心距標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同的毛值0.11.5根底的整體穩(wěn)定性V、Ni yK0 =1 = - - K'、Mi eo八NiKc =< K式中:y根底底面形心軸至接截面最大受壓邊緣的距離'、Ti以一基底與地基的摩擦系數(shù)T 一水平力總和Ko一傾覆穩(wěn)定系數(shù)Kc 一滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)墩臺(tái)的沉降和位移,地基總沉降量,墩頂水平位移.四 樁根底的設(shè)計(jì)要點(diǎn)1 .單樁的豎直承載力摩擦樁的容許承載力1 ,一P =2U' lj i A;U一樁的周長(zhǎng)成鉆孔灌注樁按成空直徑;A一樁底橫截面面積砰;1 j 土層厚度nrj;r i

9、第層土對(duì)樁壁的極限摩阻力kPa;>r一樁尖土的極限承載力kPa o上部“莫個(gè)深度內(nèi)土層的下沉量大于樁的豎向位移,或土的下沉速度超過(guò)樁的下沉速度時(shí),壓縮土層對(duì)樁產(chǎn)生向 下的負(fù)摩阻力.端承柱樁的容許承載力P=c1A+C2Uh Ra式中:Ra 巖石的天然濕度的單軸極限抗壓強(qiáng)度;A、U、一樁底的橫截面面積、周長(zhǎng)、h一嵌入基巖深度;c1=0.4 0.6、c 2=0.03 0.052 .單樁在“地面力和位移作用下的效應(yīng)樁的入土深度為h、樁的寬度為b、樁的計(jì)算寬度為bi ,樁在地面y=0處,受到水平力H0和力矩 的、以及水平位移X0和轉(zhuǎn)角30的作用,而使樁的各個(gè)不同深度 z處、即y=z處,產(chǎn)生水平位移

10、xz轉(zhuǎn)角iz、彎矩兇剪力Q.假定如下:土體是樁的彈性介質(zhì),地基系數(shù)即cy=my不考慮樁與土體間的摩擦力和粘結(jié)力;樁為一個(gè)彈性構(gòu)件,根據(jù)梁的撓曲微分方程EI畛=- py = yyxbi令口 = 5觸那么上式為叱+u5 yx = 0解微分方dy4,日dy程,并利用樁在地面處(y=0)的邊界條件:X(y=0) = X 0,(J) (y=o)=()0,M(y=0) = M, Q(y=0) = Q得由任意深度y處的X ,巾,M,Q ox =x°Ai-0B1*0-Ci-H-0- D 1=: X0A20B2 3-C2H0- D2工.::EI: 3EI二 EI: 2EIM = : EI(:x0A3

11、0B3)M0C3 出 D3(a)otQ = : 2EI (: x0A4 0B4) : M 0c4 H 0D4(b)其中,Ai、Bi、G、Di均為y的哥級(jí)數(shù),只要民和樁在地面處、y=0處、的x.、巾0、M、H (初 參數(shù)),那么可用這些公式算由任意深度處樁身的位移和內(nèi)力.3 .單樁在“地面力作用下,引起地面處的位移、樁身內(nèi)力.利用樁底y = h處兩個(gè)邊界條件Qh = 0Mh = -C 0dhI.=* h%EI 如其中:kh =骷單位水平力H0=1、作用在地面處,該處的水平位移6 Hh轉(zhuǎn)角0-二 MH01(B3D4-B4D3)kh(B2D4-B4D2)二 HH 二 :3EI (A3B4-A4B3)

12、 kh(A2B4-A4B2)01(A3D4-A4D3) kh(A2D4 - A4D2):;MH = -2EI(A3B4 - A4B3)kh(A2B4 - A4B2)單位力矩M=1作用在地面處,該處的水平位移轉(zhuǎn)角01(B3c4 - B4c3)kh(B2c4- B4c2)J. HM 二-2 EI (A3B4-A4B3) kh(A2B4-A4B2).0,.MM這里參數(shù)A、B、1(A3C4 -A4C3) kh( A2C4 - A4C2):EI (A3B4-A4B3) kh(A2B4 - A4B2)C D 都是y = h處的相應(yīng)值.代入a、b式,可以得出樁身的彎矩 外、剪力R , 并據(jù)以進(jìn)行樁身配筋.在

13、地面處、同時(shí)作用著M0、H0時(shí),單樁在地面處的位移X0 = H 0 S 0HH + M° S 0HMd 0= -H 0 8 0MH + M 0 8 0MM4 .單樁在“樁頂力作用下,引起樁頂?shù)奈灰圃跇俄數(shù)乃搅=1,引起的樁頂?shù)乃轿灰?8 HH轉(zhuǎn)角8 MH,HHi33EI0002. ' HH ' 2" MH l0 . - MM l0-MH2_ l0, 0, 010. 0=2E|" MH ' MM l0 ' MM = Ej-MM樁底置于非12根樁組l 0,在承臺(tái)底面a、豎向位移c、計(jì)算樁頂?shù)目雇苿偠菿=1/ S HH5 . 群樁根

14、底的計(jì)算多排、豎直、對(duì)稱、巖石類土或基巖面上的高樁承臺(tái)的計(jì)算.這是由 成的群樁根底,承臺(tái)底面高由地面的高度為作用著由荷載引起的外力M N、P,使承臺(tái)底面中央產(chǎn)生了水平位移 轉(zhuǎn)角B .4 寸個(gè)那么承臺(tái)底面各樁樁頂?shù)奈灰茷?ai = aci = c +x i BB i = B樁的豎向剛度Ppp =工一廠式中:;樁身材料的彈性模量;pp l0h 1EACoAoW 一系數(shù),摩擦樁W =2/3 沉入樁、w =1/2 鉆孔樁,端承樁工=1;A 一入土局部樁的平均截面面積;A 0一摩擦樁四周自地面按0/4向下擴(kuò)散至樁底處的面積,但不得超 過(guò)樁底面中央距所包圍的面積.其他符號(hào)同前垂直于樁軸線方向發(fā)生單位位移司

15、=1時(shí),樁頂產(chǎn)生的水平力水平剛度pHH:Phh - , JMM ,2'HHOMM -(-MH )垂直于樁軸線方向發(fā)生單位位移aj=1時(shí),樁頂產(chǎn)生的彎矩pMH=PHM:Pmh =-Mi -H,_樁頂發(fā)生單位轉(zhuǎn)角儲(chǔ)=1時(shí),樁頂產(chǎn)生的彎距 - HH - MM - - MH 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度:PMM=,_沿承臺(tái)底面截取座板為自由體的位移法根本方程,HHMM - ',MH C cc -P =0a ;aa + a/ -H = 0 式中: C CC= P pp= n P ppa a -:M =0Y aa=2 P hH= n P HHY a B =- 2 P HMT_ 2 PHMY B B = n P

16、 MM+ P PP? kixi 2得由承臺(tái)底面中央的位移如下:P:中H - aWc 二a 二rccaa :- ai2P;1aM 一嚴(yán)2各樁樁頂?shù)妮S向力 Ni、剪力Qi、彎距MiyaaYfp-L /(c+ B xi)p ppi = a p hhP hmp mm - a p mh根據(jù)各樁的軸向力 N值o =Qi0 =Mi+Ql 0和位移xo、30得由各樁任意深度的內(nèi)力 My Qy, 并據(jù)以配筋.由計(jì)算可知,最大彎距Mmax大約在地面以下1.51.7 / a處,在4/ a以下樁身內(nèi)力 My、Qy均可認(rèn)為等于零.最小樁距 2.5D、3D、4D樁距小于6倍樁徑五 剛性深根底沉井、管柱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)根底底面的

17、埋置深度大于 5m,且計(jì)算深度ah < 2.5時(shí), 稱為剛性深根底,假定:地基系數(shù)Cy = m y;根底剛度視為無(wú)窮大;根底 與土的摩阻力、黏結(jié)力不計(jì).在水平力作用下,深根底將繞其深度上更一點(diǎn)發(fā)生微小 的轉(zhuǎn)動(dòng),使根底兩側(cè)的土體產(chǎn)生水平土抗力、基底土體產(chǎn)生 豎向土抗力.m max W CT hb y W pp-p a =剛性深根底除驗(yàn)算整體穩(wěn)定性外,還應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行核 算.六柔性墩的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在多跨連續(xù)梁橋、多跨連續(xù)橋面簡(jiǎn)支梁橋,縱向抗推剛 度墩與支座的聯(lián)合抗推剛度比較小,在縱向順橋向力作用下,墩頂支座頂面可以隨上部結(jié)構(gòu)縱向位移,這類橋墩被稱為柔性墩.1,柔性墩臺(tái)的抗推剛度:多跨柔性墩的橋梁中,縱向力 H=1作用在墩頂處,而引起整個(gè)樁柱變位樁柱式墩,在縱向 力H=1作用下,墩頂?shù)目v向水平位移:3X =% - Polo +江頂位移l 03/3EI小得多時(shí),群樁根底上的柔性墩墩頂 3EI縱向位移.l3一,、,、一, ,、x =L柔性墩墩身的剛度3EI板式橡膠支座的剛度是n1個(gè)支座的并聯(lián)剛度K;'=ni ,空整個(gè)柔性墩聯(lián)合抗推剛度串聯(lián)剛度:“ tK=上工某柔性墩墩身的剛度=45690kN/m支座剛度K K=11670kN/色柔性墩的聯(lián)合抗推剛度K=9296kN/m其值更接近支座 的剛度.2 .墩頂制動(dòng)力各墩墩頂所受制動(dòng)力也丁=三7T式中,丁一全橋或一聯(lián)橋所受

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