橋墩受力計算課件

第十六章橋墩計算(略)內(nèi)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(nèi)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(nèi)容提要：橋墩計算時應(yīng)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(chǎn)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(yù)應(yīng)力～指施加了預(yù)應(yīng)力的橋墩4、基礎(chǔ)變位影響力～對于超靜定結(jié)構(gòu)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(chǔ)，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(yīng)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(fēng)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(chǎn)生的水平力9、支座摩阻6－1－3、偶然荷載1、地震力抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)從規(guī)范。2、撞擊力

◎與防護(hù)措施有關(guān)船只撞擊～與航道等級有關(guān)，流冰撞擊～嚴(yán)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(chǎn)生的最大豎向力布載：

〖組合Ⅰ或Ⅲ〗1）驗算目的：墩身強(qiáng)度基地最大應(yīng)力；2）布載基本原則：～永久荷載～雙側(cè)滿布活載最大豎向力—雙側(cè)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(chǎn)生的最大偏心、最大彎矩豎布載：〖組合Ⅱ〗1）驗算目的：墩身強(qiáng)度、基地應(yīng)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(cè)（大跨一側(cè)）滿布；～其它縱向力按規(guī)范組合風(fēng)力、制動力、摩阻力等最大縱向偏載—單側(cè)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(chǎn)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(guān)指標(biāo)：～墩身強(qiáng)度、～基地應(yīng)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(fēng)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(jī)會大增；@多為超靜定結(jié)構(gòu)，引起附加反力（溫變等）的因素必須考慮；@凡引起上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的因素，都須考慮其在下部產(chǎn)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(shè)計?！匾獣r，其橫向荷載組合與梁橋同?！P(guān)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(xiàn)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(diǎn)：@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(nèi)容基本一樣。內(nèi)容提要：2－2－1墩身強(qiáng)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(qiáng)度驗算強(qiáng)度驗算通式荷載效應(yīng)函數(shù)結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)荷載在結(jié)構(gòu)上的效應(yīng)材料或砌體極限強(qiáng)度結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)幾何尺寸材料或砌體安全系數(shù)荷載組合系數(shù)荷載安全系數(shù)相關(guān)系數(shù)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(nèi)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(qiáng)度驗算（1）6－2－1墩身強(qiáng)度驗算（2）3、抗壓強(qiáng)度驗算軸壓或偏壓構(gòu)件，正截面強(qiáng)度按下式計算：縱向力偏心系數(shù)按規(guī)范計材料安全系數(shù)結(jié)構(gòu)縱向力構(gòu)件截面積材料抗壓極限強(qiáng)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(qiáng)度驗算（3）4、截面偏心距驗算:

eo=∑M/∑N≤[eo]5、抗剪強(qiáng)度驗算：～拱座截面在相鄰兩孔推力不等時，需驗算抗剪強(qiáng)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(chǔ)頂面的懸臂梁。～不考慮上部結(jié)構(gòu)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(fēng)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(jù)：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(diǎn)在截面核心之內(nèi)：○按順橋向、橫橋向分別驗算偏心方向的基底應(yīng)力。○判據(jù)：最大應(yīng)力≯容許應(yīng)力2）豎向力的合力點(diǎn)在截面核心之外：因不考慮基底土受拉力，應(yīng)計及基底應(yīng)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(yīng)力、最大應(yīng)力相差過大〗，導(dǎo)致不均勻沉降過大；判據(jù)：～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(guān)。基底土質(zhì)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(yīng)力重分布問題：1）重分布前后，基底應(yīng)力的合力不變：2）重分布前后，基底應(yīng)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(yīng)力分別為：2N/acx、2N/acy;二者均應(yīng)小于容許應(yīng)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(shù)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。抗滑動穩(wěn)定系數(shù)如下：1)摩擦系數(shù)與基底土的性質(zhì)有關(guān)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(dāng)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(jìn)行驗算。(3)當(dāng)蓋梁計算跨徑與梁高之比較?。ê喼Я盒∮?、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(jié)構(gòu)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?nèi)力計算時～控制截面一般在支點(diǎn)、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(yīng)最大支反力?！蚝奢d橫向分布：@蓋梁控制截面的內(nèi)力橫向影響線→@最不利布載→

@控制截面內(nèi)力。@@計算跨中正彎矩—活載對稱布置;@@計算支點(diǎn)負(fù)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(nèi)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(chǎn)生扭矩；～縱橋向有兩排支座時，上部結(jié)構(gòu)活載偏心力將對蓋梁產(chǎn)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(jié)構(gòu)類型有關(guān)?！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(diǎn)處設(shè)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(shè)計荷載進(jìn)行最不利動態(tài)加載◎經(jīng)恒載、活載等組合，求得最不利的組合值。◎橋墩的水平力：溫變支座摩阻力、制動力等。

樁柱式橋墩計算簡介—樁柱計算（3）

2．內(nèi)力計算◎借助于計算機(jī)技術(shù)，目前多廣泛采用有限元法；○按樁、土、柱、梁等上、下部結(jié)構(gòu)聯(lián)合計算；○這是一種最合理、最準(zhǔn)確、最為簡便的方法?！?qū)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>