橋梁墩臺的計(jì)算ppt課件

1、第二節(jié) 橋梁墩臺的計(jì)算一、作用在橋梁墩臺上的荷載及組合荷載恒載、土重和側(cè)向土壓力、預(yù)應(yīng)力組合式橋墩、混凝土收縮及徐變的影響力、水的浮力；永久荷載：汽車荷載、汽車沖擊力、離心力、汽車荷載引起的側(cè)向土壓力、人群荷載、掛車或履帶車荷載及其引起的土側(cè)壓力；根本可變荷載：其它可變荷載有風(fēng)力、汽車制動力、流水壓力、冰壓力、支座摩阻力；在超靜定構(gòu)造中尚需思索溫度變化的影響力；其它可變荷載：偶爾荷載：船只或漂流物撞擊力，施工荷載和地震力； 總之，在墩臺設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，應(yīng)根據(jù)墩臺的受力與任務(wù)階段，給出能夠同時(shí)作用荷載的組合，以確定出最不利的受力形狀。一荷載的計(jì)算橋梁上部構(gòu)造恒載傳至墩臺的計(jì)算值，由橋梁支座反力計(jì)

2、算確定。對于 墩臺在水下和土中部分自重的計(jì)算方法，要根據(jù)地基土的性質(zhì)加以思索公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，在思索水的浮力時(shí)，對不同的土質(zhì)和不同的計(jì)算內(nèi) 容作了不同的規(guī)定。位于透水性地基上的墩臺，在驗(yàn)算穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)采用設(shè) 計(jì)高水位的浮力；在驗(yàn)算地基應(yīng)力時(shí)，僅思索低水位時(shí)的浮力，或不思索 水的浮力。根底嵌入不透水性地基的墩臺，可不思索水的浮力。當(dāng)?shù)鼗?否透水未定時(shí)，按透水與不透水，以最不利荷載組合計(jì)算。水對水下墩臺或土的固體顆粒的浮力作用，可用墩臺圬工的浮容重或土的 浮容重來反映。圬工的浮容重等于圬工容重減去水的容重，土的浮容重可 以根據(jù)土質(zhì)資料得到不同的物理目的，如天然容重、天然含水量、比重或 飽和容重等

3、計(jì)算。1、恒載和水的浮力2、側(cè)向土壓力自動土壓力被動土壓力靜止土壓力 橋臺土壓力計(jì)算時(shí)，采用哪種土壓力，應(yīng)根據(jù)橋臺位移及壓力傳播方式而定。梁式橋臺接受的程度壓力主要是臺后滑動土體及滑動土體上的荷載所產(chǎn)生的側(cè)壓力，它使橋臺發(fā)生向河心的挪動。因此，梁橋橋臺的側(cè)土壓力，普通按自動土壓力計(jì)算。當(dāng)橋臺剛度很大，不能夠產(chǎn)生微量挪動，滑動土體不能夠構(gòu)成時(shí)，可按靜止土壓力計(jì)算。12sin21HBEAy12cos21HBEAx圖2-7-11 臺前溜坡的土壓力計(jì)算圖式BHE 2 21 rHe 3、汽車荷載沖擊力 鋼筋混凝土樁柱式墩臺，以及其它輕型墩臺，在計(jì)算汽車荷載時(shí)應(yīng)計(jì)入沖擊力。但對于重力式實(shí)體墩臺，沖擊力的作

4、用衰減很快，因此，驗(yàn)算時(shí)可不計(jì)沖擊影響。沖擊力的計(jì)算按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)展。4、汽車荷載的制動力 汽車荷載的制動力是橋梁墩臺接受的主要縱向程度力之一，當(dāng)汽車荷載在橋上制動或減速時(shí)，在車輪與橋面之間產(chǎn)生相互作用力，此時(shí)橋面遭到方向與車輛行進(jìn)方向一樣的力，即稱制動力，制動力可按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)規(guī)定計(jì)算。在計(jì)算梁式橋墩臺時(shí)，制動力可移至支座中心鉸或滾軸中心或滑動支座、橡膠支座、擺動支座的底座面上。5、流水壓力及冰壓力 作用在橋墩上的流水壓力，可按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。流水壓力的合力作用點(diǎn)，假定在設(shè)計(jì)水位以下1/3水深處，即假定河底的流速為零，作用力的分布呈倒三角形。 嚴(yán)寒地域位于有冰

5、棱河流或水庫中的橋梁墩臺，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乇獾脑敿?xì)情況及墩臺外形計(jì)算冰壓力。冰壓力有豎向和程度向作用力，主要是程度向作用力。豎向力是由冰層水位升降而對橋梁墩臺產(chǎn)生的作用；程度向作用力包括因風(fēng)和水流作用于大面積冰層而產(chǎn)生的靜壓力、冰堆整體推移產(chǎn)生的靜壓力、河流流冰產(chǎn)生的動壓力等。6、船只或漂流的幢擊力 船只或漂流物的撞擊力，雖是橋梁墩臺的偶爾荷載，但是對橋墩構(gòu)造的危害性很大，對于通航河道或有漂流物的河流中的墩臺，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)思索船只或漂流物的撞擊力。 漂流物的撞擊力，在無實(shí)踐資料時(shí)可按下式估算)(kNgTWVP 7、地震力 在地震區(qū)建造的橋梁，地震力是一項(xiàng)非常重要和危害性大的偶爾荷載，在墩臺設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要

6、進(jìn)展抗震驗(yàn)算和必要的防護(hù)構(gòu)造措施設(shè)計(jì)。二荷載組合 橋梁墩臺計(jì)算時(shí)，預(yù)先很難確定那一種荷載組合最不利。通常需求對各種能夠的荷載進(jìn)展組合計(jì)算，滿足各種不同的要求。在墩臺的計(jì)算中，尚需思索按順橋向(與行車的方向平行)和橫橋向分別進(jìn)展，故在荷載組合時(shí)也需按縱向及橫向分別計(jì)算。在一切荷載中，車輛荷載的變動對荷載組合起著支配作用。驗(yàn)算墩身強(qiáng)度在用在墩身截面的合力偏心矩橋墩的穩(wěn)定性因此，需根據(jù)不同的驗(yàn)算內(nèi)容選擇各種能夠的最不利荷載組合。圖2-7-13 產(chǎn)生最大豎向荷載時(shí)的外力組合橋墩圖2-7-14 橋梁橫向布載情況橋墩在順橋向接受最大豎向荷載的組合?？砂垂窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī)范中所 列的組合、組合的內(nèi)容組合。橋墩在

7、順橋向接受最大程度荷載的組合?？砂垂窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī)范中所 列的組合、組合IV的荷載內(nèi)容組合。橋墩接受最大橫橋方向的偏載、最大豎向荷載?？砂垂窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī) 范中的組合I、II、III、IV荷載內(nèi)容組合。橋墩在施工階段的受力驗(yàn)算。按組合V 進(jìn)展驗(yàn)算。需求進(jìn)展地震力驗(yàn)算的橋墩，還要按組合VI進(jìn)展驗(yàn)算。 各種不同的荷載組合，均應(yīng)滿足公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中所規(guī)定的強(qiáng)度平安系數(shù)、允許偏心距和穩(wěn)定系數(shù)。 其他可變荷載不同時(shí)組合表 表 2-7-2編號荷 載 名 稱不與該荷載同時(shí)參與組合的荷載號141516171819風(fēng) 力汽 車 制 動 力流 水 壓 力冰 壓 力溫 度 影 響 力支 座 摩 阻 力-16,17,1

8、915,1715,16-15 注：荷載號與公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中編號一致。橋臺 橋臺的荷載組合方法和橋墩類似，也須針對驗(yàn)算工程及驗(yàn)算截面的位置按公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)展能夠的荷載組合。由于活載可以布置在橋跨構(gòu)造上，也可布置在臺后，在確定荷載最不利組合時(shí)，以下幾種加載情況可作參考1在橋跨構(gòu)造上布置車輛荷載，溫度下降，制動力向橋孔方向，并考 慮臺后土側(cè)壓力(思索最大彎矩組合)；2在臺后破壞棱體上布置車輛荷載，溫度下降，并思索臺后土側(cè)壓力(思索 最大程度力與最大反向彎矩組合)；3在橋跨構(gòu)造上和臺后破壞棱體上都布置車輛荷載當(dāng)橋臺尺寸較大時(shí)， 還要思索在橋跨構(gòu)造上、臺后破壞棱體上和橋臺上同時(shí)都布置活載的情 況，

9、溫度下降，制動力向橋孔方向，并思索臺后土側(cè)壓力(思索最 大豎向力組合)。二、 橋梁墩臺的計(jì)算與驗(yàn)算重力式墩臺強(qiáng)度偏心矩穩(wěn)定圬工構(gòu)造輕型橋墩、柱式橋墩：鋼筋混凝土構(gòu)造一、重力式墩臺1、截面強(qiáng)度驗(yàn)算 重力式墩臺主要采用圬工資料建造，普通為偏心受壓構(gòu)件，截面強(qiáng)度的設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用分項(xiàng)平安系數(shù)的極限形狀法。在不利荷載組協(xié)作用下，驗(yàn)算墩臺各控制截面荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值內(nèi)力應(yīng)小于或等于構(gòu)造抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值，以方程表示為),()(kmjdslsodaRRQSSd荷載效應(yīng)函數(shù)；Q荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng)；so結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，按第 3.0.1 條采用；sl荷載安全系數(shù)，按采用；荷載組合系數(shù)，按表 3.0.1-1 采用；

10、Rd結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)函數(shù)；m材料或砌體的安全系數(shù)，按表 3.0.1-2 采用；ak結(jié)構(gòu)的幾何尺寸；Rj材料或砌體的極限強(qiáng)度，按第 2.0.5 條采用。驗(yàn)算截面墩臺身的根底頂面墩臺身截面突變處墩臺帽及墩臺帽交界處墩身截面高墩驗(yàn)算截面的內(nèi)力計(jì)算按照各種組合，分別計(jì)算各驗(yàn)算截面的豎向力、程度力和彎矩，得到并按下式計(jì)算各種組合的豎向力設(shè)計(jì)值及相應(yīng)偏心矩:HN、MNNslsojNMe0強(qiáng)度驗(yàn)算mjajARN/2)()(1womoreye截面偏心距驗(yàn)算 橋墩接受偏心受壓荷載時(shí)，各驗(yàn)算截面在各種組合的偏心距應(yīng)小于表3.0.2-1的允許值。假設(shè)超越時(shí)，可按下式確定截面尺寸mojwjWAeARN) 1(12、墩臺的

11、穩(wěn)定驗(yàn)算縱向撓曲穩(wěn)定穩(wěn)定驗(yàn)算mjajARN/受壓構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，中心受壓墩臺的值可查閱表3.0.3-2，偏心受壓時(shí)，彎曲平面內(nèi)的縱向彎曲系數(shù) 按下式計(jì)算：22)(33. 1111wore墩臺整體穩(wěn)定驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算011KMMK傾穩(wěn)11PyM穩(wěn)iiiihTePM傾抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算022KHPfK根底底面與地基土之間的摩擦系數(shù)，其值為0.250.7，可根據(jù)土質(zhì)情況參照采用；f 在墩臺抗傾覆、抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)分別按最高設(shè)計(jì)水位和最低水位的不同浮力進(jìn)展組合。3、墩臺頂程度位移計(jì)算程度位移的規(guī)定Ly5 . 0 對于高度超越20的重力式墩臺及輕型墩臺，應(yīng)驗(yàn)算頂端程度方向的彈性位移，并使其符合規(guī)定

12、要求。墩臺頂面程度位移的允許極限值為二、柱式橋墩的計(jì)算1、蓋梁的計(jì)算計(jì)算圖式外力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算配筋驗(yàn)算計(jì)算方式 樁柱式墩臺通常按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。在構(gòu)造上，樁柱的鋼筋伸入蓋梁內(nèi)，與蓋梁的鋼筋綁扎成整體，因此蓋梁與樁柱剛結(jié)呈剛架構(gòu)造。雙柱式墩臺，當(dāng)蓋梁的剛度與樁柱的線剛度比大于5時(shí)，為簡化計(jì)算可以忽略節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩的分配及傳送，普通可按簡支梁或懸臂梁進(jìn)展計(jì)算和配筋，多根樁柱的蓋梁可按延續(xù)梁計(jì)算，當(dāng)蓋梁計(jì)算跨徑與梁高之比，對簡支梁小于2，對延續(xù)梁小于2.5時(shí)，應(yīng)按附錄六作為深梁計(jì)算。當(dāng)線剛度比小于5時(shí)，或橋墩接受較大橫向力時(shí)，蓋梁應(yīng)作為橫向剛架的一部分予以驗(yàn)算。外力計(jì)算 作用在蓋梁上的外力主要思索

13、上部構(gòu)造恒載支反力、蓋梁自重及活載。最不利活載加載，首先可根據(jù)所計(jì)算蓋梁處上部構(gòu)造支反力影響線確定活載最大支反力，其次是根據(jù)蓋梁內(nèi)力影響線決議活載最不利橫向布置。 蓋梁在施工過程中，荷載的不對稱性很大，各截面將產(chǎn)生較大的內(nèi)力，因此應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的架橋施工方案，作出最不利荷載工況。 構(gòu)件吊裝時(shí)，視詳細(xì)情況，構(gòu)件重力應(yīng)乘以動力系數(shù)1.2或0.85。內(nèi)力計(jì)算 公路橋梁樁柱式墩臺的蓋梁通常采用雙懸臂式，計(jì)算時(shí)控制截面選取在支點(diǎn)和跨中截面。為了得到活載最不利橫向布置，可先作出控制截面的內(nèi)力影響線，活載經(jīng)過上部構(gòu)造的支點(diǎn)間接傳送至蓋梁頂面，然后經(jīng)過活載橫向布置，就能得到活載最不利橫向布置系數(shù)，并根據(jù)最大活載支

14、反力便能獲得最不利活載內(nèi)力。在蓋梁內(nèi)力計(jì)算時(shí)，可思索樁柱支承寬度對削減負(fù)彎矩尖峰的影響。橋墩臺沿縱向的程度力及當(dāng)蓋梁在沿橋縱向設(shè)置兩排支座時(shí)，上部構(gòu)造活載的偏心力對蓋梁將產(chǎn)生扭矩，應(yīng)予以思索。橋臺的蓋梁計(jì)算，普通可不思索背墻與蓋梁的共同受力，此時(shí)背墻僅起擋土墻作用。必要時(shí)也可思索背墻與蓋梁的共同受力，蓋梁按L形截面計(jì)算。橋臺耳墻視為單懸臂固端梁，程度方向接受土壓力及活載程度壓力。配筋驗(yàn)算 蓋梁的配筋驗(yàn)算方法與鋼筋混凝土梁配筋類同，根據(jù)彎矩包絡(luò)圖配置受彎鋼筋，根據(jù)剪力包絡(luò)圖配置斜筋和箍筋。在配筋時(shí)，還應(yīng)計(jì)算各控制截面扭矩所需求的箍筋及縱向鋼筋。2、墩臺柱的計(jì)算外力計(jì)算 橋墩樁柱的恒載有上部構(gòu)造的

15、恒載反力、蓋梁的分量，以及樁柱的自重；樁柱接受的活載按設(shè)計(jì)荷載進(jìn)展不利加載計(jì)算，最后經(jīng)恒載、活載等組合，可求得最不利的荷載。橋墩的程度力有支座摩阻力和汽車制動力等。 橋臺樁柱包括雙片墻式臺身除上述各力之外還有臺后土壓力、活載引起的程度土壓力及溜坡的自動土壓力等。土壓力的計(jì)算寬度及溜坡自動土壓力的計(jì)算方法，見第二節(jié)和的有關(guān)規(guī)定。內(nèi)力計(jì)算配筋計(jì)算 在最不利的內(nèi)力組合之后，按鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件，先配筋再作驗(yàn)算。3、墩臺頂部位移 在不思索樁基變位影響時(shí)，等截面橋墩，由于墩頂接受彎矩M、程度力T及沿墩高梯形分布的程度荷載見圖2-7-17所引起的墩頂位移可按下式計(jì)算：)301813121(142413

16、2HqHqTHMHEI M 作用在墩頂?shù)膹澗豈pa包括制動力和恒、 活載偏心等引起的彎矩； T 作用在墩頂?shù)某潭攘N； q1 由于風(fēng)力等沿墩高均勻分布的程度外力KN； q2 由于風(fēng)力和其他程度外力沿墩高成三角形分布的 程度荷載墩頂為零，根底頂面為q2KN；I、E橋墩截面資料的截面慣性矩m4、抗壓彈性模 量Mpa； H 橋墩高度。三、柔性墩的計(jì)算要點(diǎn) 柔性墩是由鋼筋混凝土柔性排架樁墩、梁和剛性墩臺組成的一聯(lián)或多跨延續(xù)的鉸接剛架體系，在縱向程度力作用下，一聯(lián)的各柔性墩頂具有一樣的程度位移。為了簡化計(jì)算，可把雙固定支座布置的柔性墩視為下端固結(jié)，上端有程度約束的鉸接支承的超靜定梁，如圖2-7-18

17、a。當(dāng)知柔性墩的頂端橋跨構(gòu)造作用的豎向力和墩頂彎矩，墩頂位移可預(yù)先求出，將墩頂程度反力作為多余未知力求解，即可計(jì)算下端固結(jié)點(diǎn)和墩身的彎矩、剪力，根據(jù)各墩最不利的組合內(nèi)力進(jìn)展樁墩的配筋和驗(yàn)算。1、根本假設(shè)1在墩頂彎矩不大的前提下，柔性墩頂程度力可采用疊加原理進(jìn)展計(jì)算，計(jì) 算圖式見圖2-7-18 b)。其中： 第一圖式是計(jì)算由于程度位移產(chǎn)生的墩頂程度力，產(chǎn)生程度位移的外力包 括制動力、梁的溫度變化力以及在豎向活載作用下因梁長度變化而產(chǎn)生的 程度力等種組合； 第二圖式是計(jì)算由于墩頂產(chǎn)生了程度位移，在豎向力作用下引起墩內(nèi)彎矩 而產(chǎn)生的程度反力； 第三圖式為在墩頂彎矩作用下而產(chǎn)生的程度反力。此外，在必要

18、時(shí)還應(yīng)包 括墩身遭到風(fēng)力產(chǎn)生的程度反力。在程度力的計(jì)算時(shí)，梁身混凝土收縮、 徐變等次要要素普通可忽略不計(jì)。2假定上部構(gòu)造與樁柱頂不發(fā)生相對位移，制動力按各墩抗程度位移的剛度 分配。 樁柱式柔性墩，墩柱下端固結(jié)在根底或承臺頂面，其抗程度位移 的剛度為等截面剛度：iiilEIK133iiliK單位程度力作用在柔性墩頂面時(shí)，該處的程度位移墩柱下端固結(jié)處至墩頂?shù)母叨龋罩鶛M截面對形心軸的慣性矩第墩柱抗程度位移的剛度I3計(jì)算土壓力時(shí)，如設(shè)有實(shí)體剛性墩臺，那么全部由有關(guān)的剛性墩臺接受， 如均為柔性墩，那么岸墩接受的土壓力由對岸的土抗力平衡，其他柔性墩 不計(jì)其影響。4程度力組合時(shí)，樁柱頂?shù)闹苿恿?、程度土壓力?dāng)邊排架向河心偏移 時(shí)及豎向偏載產(chǎn)生的程度力的代數(shù)和不允許大于支座摩阻力。當(dāng)前 三者與溫度變化產(chǎn)生程度力的總和大于支座摩阻力時(shí)，按摩阻力計(jì)算。墩頂程度位移的計(jì)算1柔性墩臺頂制動力及其程度位移計(jì)算 墩頂制動力FKKfiiizizfiK 作用在第i墩臺頂?shù)闹苿恿Γ?第i墩臺的抗程度位移剛度； 全橋或一聯(lián)接受的制動力。F由制動力產(chǎn)生的墩頂程度位移：iizzKf2梁的溫度變形itLt3在豎向活載作用下梁長度的變化 當(dāng)橋跨構(gòu)造跨徑較大時(shí)，在豎向活載作用下梁下緣伸長而影響柔性墩的位移 也應(yīng)予思索，此時(shí)由梁的撓度 近似得到梁的撓曲半徑：ss