《橋梁墩臺-計算》課件

橋梁墩臺—計算歡迎來到橋梁墩臺計算課程。本課程將深入探討橋梁墩臺的設(shè)計和計算方法，為您提供全面的理論知識和實踐技能。課程目標(biāo)與內(nèi)容掌握基本理論學(xué)習(xí)橋梁墩臺的基本概念、作用和構(gòu)造。理解計算方法深入了解各類荷載計算和結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。掌握設(shè)計技巧學(xué)習(xí)抗震設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計等實用技能。實踐應(yīng)用通過實例和習(xí)題鞏固所學(xué)知識。橋梁墩臺的作用和構(gòu)造作用墩臺是橋梁的關(guān)鍵支撐結(jié)構(gòu)，承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，并將其傳遞至地基。它們還需抵抗水流、風(fēng)力等外部作用。構(gòu)造主要由臺身、基礎(chǔ)和附屬構(gòu)件組成。臺身可分為實體式和空心式，基礎(chǔ)包括淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩種類型。橋梁墩臺荷載的種類永久荷載包括結(jié)構(gòu)自重、附加恒載等。車輛荷載包括汽車荷載、人群荷載等。風(fēng)荷載考慮不同高度和地形的風(fēng)壓。溫度荷載包括均勻溫度變化和溫度梯度。永久荷載的計算1結(jié)構(gòu)自重根據(jù)材料密度和體積計算。考慮混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼材等。2附加恒載包括橋面系、護(hù)欄、管線等重量。需詳細(xì)統(tǒng)計各部分重量。3土壓力考慮填土高度、土質(zhì)特性，計算主動土壓力和被動土壓力。車輛荷載的計算車道布置根據(jù)橋面寬度確定車道數(shù)量和寬度，考慮最不利荷載布置。車輛荷載模型采用公路-I級荷載或城市-A級荷載，包括集中力和均布力。動力系數(shù)考慮車輛行駛引起的動力效應(yīng)，根據(jù)跨徑確定動力系數(shù)。橫向分布利用橫向分布系數(shù)法或空間分析法確定各墩臺所承受的荷載。風(fēng)荷載的計算基本風(fēng)壓確定根據(jù)橋址所在地區(qū)的氣象資料確定基本風(fēng)壓。高度變化系數(shù)考慮風(fēng)壓隨高度的變化，通常采用指數(shù)律。地形地貌系數(shù)根據(jù)橋址周圍地形條件確定地形地貌系數(shù)。風(fēng)荷載計算計算作用在墩臺上的風(fēng)壓力，考慮迎風(fēng)面積和風(fēng)壓系數(shù)。溫度荷載的計算1氣溫數(shù)據(jù)收集獲取橋址多年氣溫統(tǒng)計資料。2均勻溫度變化計算結(jié)構(gòu)整體升降溫引起的變形。3溫度梯度考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力。4溫度效應(yīng)分析計算溫度變化對墩臺的影響。地震荷載的計算1地震烈度確定根據(jù)橋址抗震設(shè)防烈度確定。2地震影響系數(shù)考慮場地類別和特征周期。3結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)根據(jù)橋梁等級確定。4地震作用計算采用反應(yīng)譜法或時程分析法。組合荷載的計算1極限狀態(tài)組合考慮結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)，采用最不利荷載組合。2正常使用狀態(tài)組合考慮結(jié)構(gòu)正常使用條件下的荷載組合。3施工階段組合考慮施工過程中的臨時荷載組合。4偶然事件組合考慮地震、撞擊等偶然事件的荷載組合。橋梁墩臺的空間受力分析空間結(jié)構(gòu)模型建立墩臺的三維有限元模型，考慮墩身、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的相互作用。模型應(yīng)反映結(jié)構(gòu)的幾何特征和材料屬性。荷載施加將各種荷載按實際情況施加到模型上，包括垂直荷載、水平荷載和彎矩等?？紤]荷載的空間分布和組合。分析方法采用線性或非線性分析方法，計算墩臺的內(nèi)力分布、變形和應(yīng)力狀態(tài)。必要時進(jìn)行動力分析。撓度計算1彈性撓度根據(jù)材料彈性模量和荷載情況，計算墩臺的彈性變形。2徐變和收縮考慮混凝土長期變形特性，計算徐變和收縮引起的附加撓度。3基礎(chǔ)變形分析基礎(chǔ)沉降對墩臺撓度的影響，特別是不均勻沉降。4總撓度綜合考慮各種因素，計算墩臺的總撓度，并與規(guī)范限值比較。應(yīng)力計算軸向應(yīng)力計算墩臺承受垂直荷載產(chǎn)生的壓應(yīng)力。彎曲應(yīng)力分析水平力和偏心荷載引起的彎曲應(yīng)力。剪應(yīng)力計算水平荷載和扭轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生的剪應(yīng)力。組合應(yīng)力考慮多種應(yīng)力的疊加效應(yīng)，進(jìn)行強(qiáng)度驗算。變形計算彈性變形計算荷載作用下的即時彈性變形，考慮材料的彈性模量和泊松比。塑性變形分析荷載超過彈性限度后的塑性變形，評估結(jié)構(gòu)的塑性變形能力。溫度變形計算溫度變化引起的墩臺膨脹和收縮，考慮溫度梯度效應(yīng)。長期變形分析混凝土徐變和收縮引起的長期變形，預(yù)測結(jié)構(gòu)的長期性能。穩(wěn)定性計算整體穩(wěn)定性分析墩臺的傾覆和滑動穩(wěn)定性，計算安全系數(shù)。局部穩(wěn)定性檢查墩身薄壁結(jié)構(gòu)的局部屈曲，特別是空心墩。動力穩(wěn)定性分析地震和風(fēng)荷載下的動力穩(wěn)定性，評估振動特性。長期穩(wěn)定性考慮材料劣化和基礎(chǔ)沉降對墩臺長期穩(wěn)定性的影響?？拐鹪O(shè)計要求1抗震性能目標(biāo)確定不同地震水平下的性能要求，如小震不損、中震可修、大震不倒。2構(gòu)造措施采用抗震構(gòu)造細(xì)節(jié)，如增加配筋率、設(shè)置抗震縫等。3材料要求選用高強(qiáng)度、高延性的材料，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。4計算方法采用合適的抗震計算方法，如反應(yīng)譜法或時程分析法?？拐鹪O(shè)計方法基于力的設(shè)計法采用等效靜力法或反應(yīng)譜法，計算地震作用下的內(nèi)力，進(jìn)行承載力設(shè)計。這種方法簡單實用，適用于常規(guī)橋梁。基于位移的設(shè)計法以結(jié)構(gòu)變形為控制目標(biāo)，評估墩臺的位移需求和能力。這種方法更能反映結(jié)構(gòu)的實際抗震性能。性能化設(shè)計法根據(jù)不同地震水平設(shè)定性能目標(biāo)，綜合考慮結(jié)構(gòu)的承載力、變形能力和損傷程度。適用于重要橋梁。抗震設(shè)計實例抗震加固展示某既有橋梁墩臺的抗震加固方案，包括增設(shè)鋼套箍、碳纖維包裹等措施。隔震設(shè)計展示采用隔震支座的橋梁墩臺設(shè)計，說明隔震原理和效果。耗能設(shè)計展示在墩臺中采用耗能裝置的設(shè)計案例，如金屬阻尼器或粘滯阻尼器。基礎(chǔ)設(shè)計1地質(zhì)勘察收集詳細(xì)的地質(zhì)資料。2基礎(chǔ)型式選擇根據(jù)地質(zhì)條件和荷載確定。3承載力計算驗算基礎(chǔ)的豎向和水平承載力。4沉降分析計算基礎(chǔ)的沉降量。5抗浮驗算檢查基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性?；酌娣e計算荷載匯集計算傳遞到基礎(chǔ)的各種荷載，包括恒載和可變荷載。地基承載力確定根據(jù)地質(zhì)資料確定地基的允許承載力。偏心度計算考慮荷載偏心對基底應(yīng)力分布的影響。面積計算根據(jù)荷載和地基承載力，計算所需的基底面積。地基承載力驗算極限承載力法計算地基的極限承載力，并引入安全系數(shù)進(jìn)行驗算。允許應(yīng)力法計算基底應(yīng)力，與地基允許承載力比較。沉降驗算計算基礎(chǔ)沉降量，確保不超過允許值。動力承載力考慮地震作用下的動力承載力，進(jìn)行抗震驗算。基礎(chǔ)受力計算1荷載傳遞分析分析上部結(jié)構(gòu)荷載如何傳遞到基礎(chǔ)，考慮墩臺的剛度和變形。2基底應(yīng)力計算計算基底的正應(yīng)力分布，考慮偏心荷載的影響。3剪力和彎矩計算計算基礎(chǔ)內(nèi)部的剪力和彎矩分布，確定配筋需求。4抗沖切驗算檢查基礎(chǔ)的抗沖切能力，特別是對于大型獨立基礎(chǔ)。基礎(chǔ)沉降計算1即時沉降計算荷載作用下的彈性沉降量。2固結(jié)沉降分析飽和粘性土的長期固結(jié)沉降。3二次固結(jié)考慮軟土地基的持續(xù)變形。4差異沉降評估不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響?？垢》€(wěn)定性驗算浮力計算計算地下水對基礎(chǔ)的浮力作用。重力計算計算基礎(chǔ)自重和上部結(jié)構(gòu)重量。摩擦力考慮基礎(chǔ)側(cè)面與土體的摩擦力。穩(wěn)定系數(shù)計算抗浮穩(wěn)定系數(shù)，確保安全?；鶚对O(shè)計樁型選擇根據(jù)地質(zhì)條件和荷載特征，選擇合適的樁型，如摩擦樁、端承樁或復(fù)合樁。考慮施工條件和經(jīng)濟(jì)性。樁長確定根據(jù)地層分布和承載層深度確定樁長?？紤]樁的有效長度和嵌固深度，確保足夠的承載能力。樁徑設(shè)計根據(jù)荷載大小和地質(zhì)條件確定樁徑。大直徑樁適用于承載力要求高的情況，小直徑樁適合密集排布。樁基承載力計算1靜力計算法根據(jù)土層參數(shù)計算單樁極限承載力。2動力公式法利用打樁過程中的動力參數(shù)估算承載力。3靜載試驗通過現(xiàn)場試驗直接測定樁的承載力。4群樁效應(yīng)分析考慮樁間相互影響，計算群樁承載力。樁頭受力分析軸向力計算傳遞到樁頭的豎向荷載，包括上部結(jié)構(gòu)重量和活載。水平力分析風(fēng)荷載、地震力等引起的水平力。彎矩考慮偏心荷載和水平力引起的彎矩。剪力計算樁頭與承臺連接處的剪力。樁基沉降計算1單樁沉降計算單個樁基在荷載作用下的沉降量。2群樁沉降考慮樁間相互作用，計算群樁的整體沉降。3負(fù)摩阻力分析周圍土體下沉引起的負(fù)摩阻力對沉降的影響。4長期沉降預(yù)測樁基在長期荷載作用下的沉降發(fā)展。抗浮穩(wěn)定性驗算1浮力計算考慮地下水位變化。2樁身重量計算樁基和上部結(jié)構(gòu)重量。3樁側(cè)摩阻力考慮樁與土體間的摩擦