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1、第七章 桥梁支座、墩台与基础上次上次课内容复内容复习桥墩台的墩台的类型及适用条件型及适用条件桥墩台的构造墩台的构造常用常用桥墩台的主要尺寸墩台的主要尺寸一般施工方法一般施工方法简介介五、墩台的五、墩台的设计与与计算算设计与与计算步算步骤：1.1.结构构尺尺寸寸拟定定：根根据据前前几几课中中所所讲的的内内容容、参参考考相相近近既既有有设计，进行行主主要要结构构尺尺寸寸拟定。定。2.2.荷荷载计算算：各各种种荷荷载的的计算算已已在在第第三三章章中中讲解。解。3.3.荷荷载最不利最不利组合。合。4.4.进行行强度度、刚度度（变形形）、抗抗裂裂性性、稳定定性性检算等。算等。第七章第七章 桥梁支座、墩台
2、与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台五、墩台的五、墩台的设计与与计算算（一）墩身检算项目1截面强度(应力)；2截面合力偏心距；3纵向挠曲稳定性（墩身整体稳定性）；4墩顶弹性水平位移。（二）扩大基础基底检算项目1基底偏心：限制不均匀沉降导致桥墩歪斜；2基底强度(应力)；3倾覆和滑动稳定性；4基底以下软弱土层的强度检算；5基础的沉降。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台五、墩台的五、墩台的设计与与计算算1.1.墩台的墩台的设计荷
3、荷载及其及其组合合首首先先应确确定定作作用用在在墩墩台台上上的的荷荷载，详见第第三三章。章。各各荷荷载和和外外力力的的计算算值，应采采用用墩墩台台在在正正常常情情况况下下结构构上上有有可可能能出出现的的最最大大荷荷载值，可可依据依据桥规和有关和有关资料料计算。算。土土压力力计算算一一般般采采用用库伦主主动土土压力力公公式式，活活载土土侧压力力的的计算算，铁路路桥台台要要考考虑其其沿沿横横桥向向的的分分布布宽度度，而而公公路路桥台台则按按横横桥向向全全宽均匀分布均匀分布处理。理。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥
4、墩和桥台桥墩和桥台五、墩台的五、墩台的设计与与计算算墩墩台台所所受受的的各各项荷荷载中中，除除恒恒载外外，其其他他各各项荷荷载的的数数值是是变化化的的且且不不一一定定同同时发生生。因因此此在在设计墩墩台台时，就就需需要要针对不不同同的的验算算项目目，确确定定各各种种可可能能的的最最不不利利荷荷载组合合，对墩墩台台加加以以验算算，确确保保设计安安全全。在荷在荷载组合当中，合当中，车辆活活载起着支配作用起着支配作用。重重力力式式桥墩墩计算算中中，一一般般需需验算算墩墩身身截截面面的的强度度、墩墩身身截截面面的的合合力力偏偏心心距距及及桥墩墩的的纵向及横向向及横向稳定性定性。第七章第七章 桥梁支座、
5、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台五、墩台的五、墩台的设计与与计算算第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台轴力强强度度弯矩按可能轴力、弯矩最大进行荷载布置五、墩台的五、墩台的设计与与计算算第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台轴力合力合力偏心偏心距距弯矩按可能轴力最小、弯矩最大进行荷载布置五、墩台的五、墩台的设计与与计算算第
6、七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台轴力稳稳定定性性按可能轴力最大进行荷载布置为此此，可可拟订如如下下几几种种可可能能的的荷荷载组合合：按按在在桥墩墩各各截截面面上上可可能能产生生的的最最大大竖向向力力的的情情况况进行行组合合。它它用用来来验算算墩墩身身强度度、基基底底最最大大应力力和和稳定定性性。因因此此，应在在相相邻两两跨跨满布布活活载的的一一种种或或几几种种，以以使使墩墩身身或或基基底底产生生最最大大压应力力。活活载布布置置分分别见图7.35(a)7.35(a)（铁路路桥，称称双双孔孔重重载
7、）和）和图7.36(a)7.36(a)（公路（公路桥）。）。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台按按桥墩墩各各截截面面在在顺桥向向可可能能产生生的的最最大大偏偏心心和和最最大大弯弯矩矩的的情情况况进行行组合合。它它是是用用来来验算算墩墩身身强度度，基基底底应力力、偏偏心心及及桥墩墩的的稳定定性性。因因此此，应在在跨跨径径较大大的的一一孔孔上上布布置置活活载的的一一种种或或几几种种，以以及及可可能能产生生的的制制动力力、纵向向风力力、支支座座摩摩阻阻力力等等。活活载布布置置见图7.35(b)7.3
8、5(b)、(c)(c)（铁路路桥，分分别称称单孔孔轻载、单孔重孔重载）和）和图7.36(b)7.36(b)（公路（公路桥）。）。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台按按桥墩墩各各截截面面在在横横桥向向可可能能产生生最最大大偏偏心心和和最最大大弯弯矩矩的的情情况况进行行组合合。它它是是用用来来验算算横横桥向向的的墩墩身身强度度、基基底底应力力、偏偏心心及及桥墩墩的
9、的稳定定性性。因因此此，对于于铁路路桥墩墩，应在在相相邻两两跨跨布布置置空空车以以产生生横横向向摇摆力力，而而竖向向力力又又不不大大，称称为双双孔孔轻载（也也称称双双孔孔空空车）；对于于公公路路桥墩墩应注注意意将将活活载偏偏于于桥面面的的一一侧布布置置，此此外外还应考考虑其其他他荷荷载如如横横向向风力力、流流水水压力力等，如等，如图7.36(c)7.36(c)所示。所示。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥台台的的荷荷载组合合也也和和桥墩墩一一样，依依据据不不同同的的验算算项目目进行行各各种种
10、可可能能的的荷荷载组合合。由由于于活活载既既可可布布置置在在桥跨跨结构构上上，也也可可布布置置在在台台后后，在在确确定定荷荷载最最不不利利组合合时，通通常常按按台台后后布布置置活活载而而桥上上无无活活载（最最大大水水平平力力和和最最大大后后端端弯弯矩矩组合合），桥上上满布布活活载（最最大大前前端端弯弯矩矩），桥上上、台台后后同同时布布置置活活载（最最大大竖向向力力组合合）等等几几种种不不利利情情况况，分分别进行行组合与合与验算，算，见图7.377.37。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台2.2
11、.墩台的墩台的验算内容算内容桥梁梁墩墩台台的的设计过程程是是，首首先先选定定墩墩台台形形式式及及拟订各各部部分分尺尺寸寸；然然后后确确定定各各项外外力力并并进行行最最不不利利荷荷载组合合，选取取验算算截截面面和和验算算内内容容；计算算各截面的内力，各截面的内力，进行行配筋和配筋和验算算。墩墩台台验算算的的目目的的在在于于确确定定经济合合理理的的尺尺寸寸，并并保保证其在施工和使用其在施工和使用阶段的安全。段的安全。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台u就重力式墩台来就重力式墩台来说，应满足两方面的
12、要求：足两方面的要求：一一是是墩墩台台本本身身有有足足够的的强度度和和稳定定性性，并并且且不不出出现过大大的的开开裂裂，为此此，应进行行强度度验算算、稳定定性性验算及偏心算及偏心验算。算。二二是是桥墩墩或或桥台台作作为一一个个整整体体，不不致致发生生不不容容许的的变位位，为此此，就就扩大大基基础（见本本章章第第三三节）而而言言，应进行行基基底底应力力验算算、整整体体稳定定性性验算算（包包括括倾覆覆稳定定性性和和滑滑动稳定定性性）。第第二二个个方方面面的的验算属于墩台的基算属于墩台的基础部分。部分。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥
13、墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台a)a)对于于较高的高的桥墩，需墩，需验算算墩墩顶弹性水平位移性水平位移；b)b)对超静定超静定桥梁梁结构，构，应验算算基底沉降量基底沉降量；c)c)对钢筋混凝土墩台，要筋混凝土墩台，要进行行配筋配筋设计和和验算算。d)d)以以下下简要要介介绍重重力力式式墩墩台台的的验算算内内容容，凡凡验算算式式中中的的荷荷载值（竖向向力力、弯弯矩矩）均均指指最最不不利利荷荷载组合合值。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台砌体砌体结构的构的设计理理论主要有容主要有容许应力法
14、和极限状力法和极限状态法。法。目目前前铁路路桥规采采用用容容许应力力法法，公公路路桥规采采用用极极限限状状态法。法。容容许应力力法法的的验算算式式表表现为应力力的的形形式式，极极限限状状态法法的的验算式表算式表现为荷荷载效效应的形式。的形式。墩墩台台身身一一般般按按偏偏心心受受压构构件件验算算。现仅简介介铁路路桥规（铁路路桥涵涵混混凝凝土土和和砌砌体体结构构设计规范范）的的验算算方方法法，公公路路桥规的的验算算方方法法，见公公路路圬圬工工桥涵涵设计规范范(JTG D61-2005(JTG D61-2005）。）。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节
15、第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台(1)(1)截面截面强度度验算算验算算截截面面通通常常选在在墩墩台台身身的的底底面面与与截截面面突突变处。当当桥墩墩较高高时，由由于于最最不不利利截截面面不不一一定定在在墩墩底底，需需沿沿墩墩身身每每隔隔2 23m3m选取一个取一个验算截面。容算截面。容许应力法力法验算式算式为如如果果由由上上式式算算得得的的 minmin为负值，则说明明截截面面的的一一部部分分已已处于于受受拉拉状状态，应视其其退退出出工工作作。此此时需需按按照照只只有有部部分分截截面面承承受受压力力的的原原则，重重新新确确定定受受压区区范范围，以以求求最最大大压应力，也即
16、力，也即进行行应力重分布力重分布计算。算。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台应力力重重分分布布计算算根根据据三三项基基本本条条件件进行行，即即平平截截面面假假定定（截截面面应变按按线性性分分布布）、弹性性体体假假定定（应力力、应变关关系系符符合合胡胡克克定定律律，但但受受拉拉区区不不参参加加工工作作）、力力的的平平衡衡条条件件。对于于单向向偏偏心心受受压的的矩矩形形截截面面，重重分分布布以以后后的的最最大大压应力如力如图7.387.38所示。所示。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩
17、台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台称称为应力重分布系数它与外力的偏心率力重分布系数它与外力的偏心率 有关。有关。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台对于于其其他他形形状状的的截截面面，特特别是是各各种种截截面面在在双双向向偏偏心心（斜斜偏偏心心）下下受受压的的情情况况，验算算较为繁繁杂但但计算算原原理理相相同同，通通常常可可查用用已已有有计算算图表表，或或利利用用相相应的的计算算机机程程序序计算。算。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支
18、座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台(2)(2)截面合力偏心距截面合力偏心距验算算为防防止止圬圬工工结构构裂裂缝开开展展过大大而而影影响响耐耐久久性性，并并保保证结构构有有足足够的的稳定定性性，应进行行本本项验算算。容容许应力力法法验算算式式为第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台*注意不同截面的弯矩增大系注意不同截面的弯矩增大系数的变化。数的变化。桥规规定定了了在在不不同同荷荷载组合合作作用用下下，墩墩身身检算算截截面面的容的容许偏心偏
19、心值：a)a)永久荷永久荷载基本可基本可变荷荷载：e=0.5Se=0.5Sb)b)永久荷永久荷载基本可基本可变荷荷载其他可其他可变荷荷载：圆形截面：形截面：e=0.5Se=0.5S 其他形状：其他形状：e=0.6Se=0.6Sc)c)永久荷永久荷载其他可其他可变荷荷载（施工荷（施工荷载）：）：e=0.7Se=0.7S第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台第七章第七
20、章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台(3)(3)纵向挠曲稳定性纵向挠曲稳定性验验算算挠挠曲曲稳稳定定性性验验算算通通常常简简化化为为常常规规的的强强度度验验算算形形式式，而而引引入入弯弯矩矩增增大大系系数数或或弯弯曲曲系系数数。验验算算式式为为(3)(3)纵向向挠曲曲稳定性定性挠曲曲稳定定性性也也叫叫做做墩墩身身整整体体稳稳定定性性 按按压杆杆的的屈屈曲曲稳定性定性验算。算。验算式算式为第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩
21、和桥台桥墩和桥台(4)(4)墩台墩台顶弹性水平位移性水平位移验算算对较高高的的墩墩台台为保保证其其具具有有足足够的的刚度度，应按按下下式式验算墩台算墩台顶顺桥向或横向或横桥向的向的弹性位移性位移墩墩台台身身的的弹性性变形形引引起起的的墩墩台台顶水水平平位位移移，可可把把墩墩台台身身作作为一一固固定定在在基基础顶面面的的悬臂臂梁梁，不不考考虑上上部部结构构对墩墩台台顶位位移移的的约束束作作用用，可可依依材材料料力力学学或或结构力学公式构力学公式计算。算。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台对基基础
22、变位位引引起起的的墩墩台台顶水水平平位位移移应根根据据基基础类型型采采用用相相应的的计算方法确定。算方法确定。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台重重力力式式墩墩台台的的墩墩台台帽帽一一般般可可不不进行行验算算，而而按按构构造造要要求求配配筋筋。采采用用挑挑臂臂式式墩墩台台帽帽的的重重力力式式墩墩台台，需要配置受力需要配置受力钢筋，挑臂部分按筋，挑臂部分按悬臂梁臂梁计算。算。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和
23、桥台桥墩和桥台3.3.扩大基大基础基底的基底的验算内容算内容(1)(1)基底偏心：基底偏心：限制不均匀沉降，防止导致桥墩倾斜。限制不均匀沉降，防止导致桥墩倾斜。非岩石：恒载时合力重心尽量接近基底截面重心非岩石：恒载时合力重心尽量接近基底截面重心 恒、活、制动力时恒、活、制动力时 岩石基础：恒、活、制动力时岩石基础：恒、活、制动力时 （硬岩）（硬岩）(其它岩）其它岩）对斜向挠曲对斜向挠曲 可用简便公式可用简便公式 第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台（2 2）基底强度）基底强度 同墩身，注意应力重分布（超出截面核心时）同墩身，注意应力重分布（超出截面核心时）（3 3）倾覆和滑动稳定性）倾覆和滑动稳定性倾覆：使墩倾覆的力矩 绕 轴的倾覆力矩 施工荷载下滑动：使墩滑动水平力 基底面与地基土间的摩擦系数第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第二节第二节第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台桥墩和桥台（4 4）基底以下软弱土层的强度检算）基底以下软弱土层的强度检算 若基底面以下有软弱土层，应进行应力检算