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1、会计学1学习情境二学习情境二桥梁墩台设计桥梁墩台设计(shj)建筑土木建筑土木工程科技专业资料工程科技专业资料第一页，共49页。一、桥墩上的作用及其作用效应组合 1.桥墩上的作用 桥墩计算中考虑的永久作用 上部构造的恒重对墩帽或拱座产生的支示反力，包括上部构造混凝土收缩，徐变影响；（2）桥墩自重，包括在基础襟边卜的土重；（3）预应力，例如对装配式预应力空心桥墩所施加的预应力；（4）基础变位影响力，对于奠基于非岩石地基上的超静定结构，应当考虑由于地基压密等引起的支座K期变位的影响，并根据最终位移量按弹性理论计算构件(gujin)截面的附加内力；（5）水的浮力，位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳
2、定时，应计算设计水位时水的浮力；当验算地基应力时，仅考虑低水位时的浮力；基础嵌人不透水性地基的墩台，可以不计水的浮力；当不能肯定是否透水时，则分别按透水或不透水两种情况进行最不利的荷载组合。第1页/共49页第二页，共49页。桥墩计算中考虑的可变作用 1)作用在上部构造上的汽车荷载(hzi)，对于钢筋混凝土柱式墩台应计人冲击力，对于重 力式墩台则不计冲击力；2)人群荷载(hzi)；3)作用在上部构造和墩身上的纵、横向风力；4)汽车荷载(hzi)引起的制动力；5)作用在墩身上的流水压力；6)作用在墩身上的冰压力；7)上部构造因温度变化对桥墩产生的水平力；8)支座摩阻力。作用于桥墩上的偶然作用 1)
3、地震力；2)船只或漂浮物的撞击力。3)汽车的撞击作用第2页/共49页第三页，共49页。2.作用的计算作用的计算1)上部结构重力上部结构重力 桥梁上部结构重力包括桥面系、主梁及其它附属物，其传至墩台的计算值，由桥梁支座反力计算确定。桥梁上部结构重力包括桥面系、主梁及其它附属物，其传至墩台的计算值，由桥梁支座反力计算确定。2)桥墩自重及土重桥墩自重及土重 对于墩台在水下和土中部分自重的计算方法，要根据地基土的性质加以考虑，自重包括在基础对于墩台在水下和土中部分自重的计算方法，要根据地基土的性质加以考虑，自重包括在基础(jch)襟边上的土重。襟边上的土重。3)水的浮力水的浮力 在公路桥涵设计通用规范
4、（在公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）中，水的浮力对不同的土质和不同的计算内容有不同的规定。基础）中，水的浮力对不同的土质和不同的计算内容有不同的规定。基础(jch)底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，应考虑设计水位的浮力；当验算地基应力时，可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，应考虑设计水位的浮力；当验算地基应力时，可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。基础(jch)嵌入不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不偷水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台
5、底面浮力时应扣除桩的截面面积。当不能确定地基是否漏水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用结合，取其最不利者。嵌入不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不偷水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。当不能确定地基是否漏水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用结合，取其最不利者。第3页/共49页第四页，共49页。4)汽车汽车(qch)荷载冲击力荷载冲击力 钢筋混凝土桩柱式墩台，以及其它轻型墩台，在计算汽车钢筋混凝土桩柱式墩台，以及其它轻型墩台，在计算汽车(qch)荷载时应计入冲击力。荷载时应计入冲击力。
6、冲击力的计算按公路桥涵设计通用规范冲击力的计算按公路桥涵设计通用规范4.3.2条进行。条进行。5)汽车汽车(qch)荷载制动力荷载制动力 制动力可按公路桥涵设计规范中有关规定计算。在计算梁式桥墩台时，制动力可移至支制动力可按公路桥涵设计规范中有关规定计算。在计算梁式桥墩台时，制动力可移至支座中心（铰或滚轴中心）或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上。座中心（铰或滚轴中心）或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上。6)流水压力流水压力 作用在桥墩上的流水压力，可按公路桥涵设计通用规范的有关规定计算。流水压力作用在桥墩上的流水压力，可按公路桥涵设计通用规范的有关规定计算。流水压力的合力作用点，假
7、定在设计水位以下的合力作用点，假定在设计水位以下1/3水深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈水深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈倒三角形。倒三角形。位于涌潮河段的桥墩台，应考虑因涌潮潮差产生的水压力和涌潮对桥墩的拍击力。由于位于涌潮河段的桥墩台，应考虑因涌潮潮差产生的水压力和涌潮对桥墩的拍击力。由于涌潮现象机理十分复杂，在设计计算前须对涌潮在桥位出现的规律及对结构物的作用力大小涌潮现象机理十分复杂，在设计计算前须对涌潮在桥位出现的规律及对结构物的作用力大小和计算图式进行研究分析。和计算图式进行研究分析。第4页/共49页第五页，共49页。7)冰压力冰压力 严寒地区位于有冰棱河流或水
8、库中的桥梁墩台，应根据当地冰棱的具体情况及墩台形状严寒地区位于有冰棱河流或水库中的桥梁墩台，应根据当地冰棱的具体情况及墩台形状计算冰压力。冰压力有竖向和水平向作用力，主要是水平向作用力。竖向力是由冰层水位升计算冰压力。冰压力有竖向和水平向作用力，主要是水平向作用力。竖向力是由冰层水位升降而对桥梁墩台产生的作用；水平向作用力包括降而对桥梁墩台产生的作用；水平向作用力包括(boku)因风和水流作用于大面积冰层而产因风和水流作用于大面积冰层而产生的静压力、冰堆整体推移产生的静压力、河流流冰产生的动压力等。生的静压力、冰堆整体推移产生的静压力、河流流冰产生的动压力等。第5页/共49页第六页，共49页。
9、8)船只或飘流物的撞击力船只或飘流物的撞击力船只或漂流物的撞击力，虽是桥梁墩台的偶然荷载，但是船只或漂流物的撞击力，虽是桥梁墩台的偶然荷载，但是(dnsh)对桥墩结构的危害性很大，对于通航河道或有漂流物的河流中的墩台，设计时应考虑船只或漂流物的撞击力。对桥墩结构的危害性很大，对于通航河道或有漂流物的河流中的墩台，设计时应考虑船只或漂流物的撞击力。漂流物的撞击力，在无实际资料时可按下式估算：漂流物的撞击力，在无实际资料时可按下式估算：式中：式中：w漂流物的重量漂流物的重量(KN)，可根据实际调查确定；，可根据实际调查确定；v水的流速水的流速(m/s)；T撞击时间撞击时间(s)，在无实际资料时可用
10、，在无实际资料时可用1s；g重力加速度重力加速度9.81(m/s2)。船只撞击力的作用点，假定在计算通航水位线上，墩台身的宽度或长度的中点处；当设有与墩、台分开的防撞击的防护构造时，可不计船只撞击力。船只撞击力的作用点，假定在计算通航水位线上，墩台身的宽度或长度的中点处；当设有与墩、台分开的防撞击的防护构造时，可不计船只撞击力。第6页/共49页第七页，共49页。海轮撞击作用的标准值9)地震力：地震区建造(jinzo)的桥梁，地震力是一项十分重要和危害性大的偶然荷载，在墩台设计计算时要进行抗震验算和必要的防护构造措施设计。桥梁下部结构在地震时可能会出现的震害有：受到地震力后，墩台和基础截面强度延
11、性和稳定性不够，以致发生结构开裂、折断、位移而引起落梁；地基土液化使墩台下沉、位移、倾斜，桥梁损坏；引道、岸坡滑移下沉致使墩台损坏，危及上部结构等。因此，深入研究地震力对桥梁下部结构的作用力、作用方式，在结构设计和地基处理方面进行抗震验算是不可缺少的，桥梁的抗震设计计算和设防可参照公路工程抗震设计规范有关规定进行。船舶装载量DWT(t)300050007500100002000030000横桥向撞击作用(kN)196002540031000358005070062100顺桥向撞击作用(kN）98001270015500179002535031050第7页/共49页第八页，共49页。3.作用布置
12、与作用效应组合作用布置与作用效应组合1）梁桥桥墩计算作用布置及作用效应组合梁桥桥墩计算作用布置及作用效应组合(1)作用布置作用布置第一种：按桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载布置（图第一种：按桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载布置（图2-1-1 a）用来验算顺桥向墩身强度和地基最大承载力用来验算顺桥向墩身强度和地基最大承载力 除了有关的永久作用下，应在相邻两孔都布满汽车除了有关的永久作用下，应在相邻两孔都布满汽车(qch)和人群荷载，同时还可能作用和人群荷载，同时还可能作用着其它纵向力，如制着其它纵向力，如制 动力和温度作用、纵向风荷载、船只或漂浮物的撞击作用和汽车动力和温度作用、纵向风荷载、船只或漂浮物
13、的撞击作用和汽车(qch)撞击作用等。撞击作用等。第二种：按桥墩在顺桥向承受最大偏心和最大弯矩布置（图第二种：按桥墩在顺桥向承受最大偏心和最大弯矩布置（图2-1-1 b）用来验算顺桥向墩身承载力和偏心距、地基承载力和偏心距以及桥墩的稳定性用来验算顺桥向墩身承载力和偏心距、地基承载力和偏心距以及桥墩的稳定性 除永久作用外，应在相邻两孔的一孔上布置汽车除永久作用外，应在相邻两孔的一孔上布置汽车(qch)和人群荷载，若为不等跨时，和人群荷载，若为不等跨时，则在较大跨径的一孔则在较大跨径的一孔 布置汽车布置汽车(qch)和人群荷载，同时还可能作用着其它纵向力，如制动力和温度作用、和人群荷载，同时还可能
14、作用着其它纵向力，如制动力和温度作用、支座摩阻力、纵向风支座摩阻力、纵向风 荷载、船或漂浮物的撞击作用和汽车荷载、船或漂浮物的撞击作用和汽车(qch)撞击作用等。撞击作用等。当汽车当汽车(qch)荷载只在一孔桥跨上布置时，竖向荷载较小，而水平荷载引起的弯矩大，荷载只在一孔桥跨上布置时，竖向荷载较小，而水平荷载引起的弯矩大，可能使墩身截面产可能使墩身截面产 生很大的合力偏心距，或者此时桥墩的稳定性也是最不利的。生很大的合力偏心距，或者此时桥墩的稳定性也是最不利的。第8页/共49页第九页，共49页。第三种：桥墩在横桥向承受最大偏心和最大弯矩（图2-1-1 c）。在横向计算时，桥跨上的汽车(qch)
15、荷载可能是一列靠边行驶，这时产生最大横向偏心距；也可能是多列满载，使竖向力较大而横向偏心较小。第9页/共49页第十页，共49页。（2）作用效应组合）作用效应组合 顺桥向作用效应组合（双孔布置和单孔布置分别组合）主要顺桥向作用效应组合（双孔布置和单孔布置分别组合）主要(zhyo)有：有：上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力。浮力。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+汽车荷载汽车荷载+人群荷载。人群荷载。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+汽车荷载汽车荷载+人群荷载人群荷载+纵向
16、风纵向风 力力+支座摩阻力（或制动力支座摩阻力（或制动力+温度影响力）。温度影响力）。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+汽车荷载汽车荷载+人群荷载人群荷载+船只撞船只撞 击作用或漂浮物撞击作用。击作用或漂浮物撞击作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+汽车荷载汽车荷载+人群荷载人群荷载+汽车撞汽车撞 击作用击作用第10页/共49页第十一页，共49页。横桥向（以双车道为例）作用效应组合主要有：横桥向（以双车道为例）作用效应组合主要有：上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力
17、+双孔双行汽车荷载双孔双行汽车荷载+双孔单双孔单 边人群荷载边人群荷载+横向风荷载横向风荷载+水压力水压力(yl)或冰压力或冰压力(yl)。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+双孔单行汽车荷载双孔单行汽车荷载+双孔单双孔单 边人群荷载边人群荷载+横向风荷载横向风荷载+水压力水压力(yl)或冰压力或冰压力(yl)。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+双孔双行汽车荷载双孔双行汽车荷载+双孔单双孔单 边人群荷载边人群荷载+船只撞击作用或漂浮物撞击作用。船只撞击作用或漂浮物撞击作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以
18、上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+双孔双行汽车荷载双孔双行汽车荷载+双孔单双孔单 边人群荷载边人群荷载+汽车撞击作用。汽车撞击作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+双孔单行汽车荷载双孔单行汽车荷载+双孔单双孔单 边人群荷载边人群荷载+船只撞击作用或漂浮物撞击作用。船只撞击作用或漂浮物撞击作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥墩重力计算截面以上桥墩重力+浮力浮力+双孔单行汽车荷载双孔单行汽车荷载+双孔单双孔单 边人群荷载边人群荷载+汽车撞击作用。汽车撞击作用。第11页/共49页第十二页，共49页。（1）作用布置第一种组合：桥墩在顺桥向
19、承受最大竖向荷载 它是用来验算墩身承载力和偏心距、地基承载力和偏心距，即除永久作用外，相邻(xin ln)两孔都不满汽车荷载和人群荷载，同时还可能作用着其它纵向力，如制动力、纵向风荷载、温度作用、拱圈材料收缩和徐变作用、船只撞击作用和汽车撞击作用；当相邻(xin ln)两孔为等跨时，则由上部结构重力、温度作用和拱圈材料收缩和徐变作用引起的拱座水平推力和弯矩相抵销。2）拱桥桥墩的作用布置及作用效果）拱桥桥墩的作用布置及作用效果(xiogu)组合组合第二种组合：桥墩在顺桥向承受(chngshu)最大偏心和最大弯矩的组合 它是用来验算顺桥向墩身承载力和偏心距、地基承载力和偏心距以及桥墩的稳定性，即除
20、永久作用外，只在一孔上布置汽车和人群荷载，若为不等跨时，则在较大跨径的一孔布置汽车和人群荷载，同时还可能作用着其它纵向力，如制动力、温度作用、纵向风荷载、拱圈材料收缩作用、船或漂浮物的撞击作用和汽车撞击作用等。第12页/共49页第十三页，共49页。第三种组合：桥墩在横桥向承受最大偏心和最大弯矩。在横桥方向可能作用于桥墩上的外力有风荷载、流水压力、冰压力、船只或漂浮物撞击作用、汽车撞击作用或地震作用等。但对于(duy)公路拱桥，横桥方向的受力验算一般不控制设计，除非桥的长宽比特别大，或者受到地震作用、冰压力和船只撞击力作用时才考虑。（2）顺桥向作用效应组合（双孔布置和单孔布置分别组合）主要有：上
21、部结构重力+计算截面以上桥墩重力+浮力+混凝土收缩和徐变作用。上部结构重力+计算截面以上桥墩重力+浮力+混凝土收缩和徐变作用+汽车荷载+人群荷载。上部结构重力+计算截面以上桥墩重力+浮力+混凝土收缩和徐变作用+汽车荷载+人群荷载+纵向风荷载+制动力+温度影响力。上部结构重力+计算截面以上桥墩重力+浮力+混凝土收缩和徐变作用+汽车荷载+人群荷载+船只撞击作用或漂浮物撞击作用。上部结构重力+计算截面以上桥墩重力+浮力+混凝土收缩和徐变作用+汽车荷载+人群荷载+汽车撞击作用。需要(xyo)强调的是，以上各种荷载组合均应满足公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）中所规定的安全系数、容许偏心距和
22、稳定系数；而且，为使设计合理、符合实际情况，有的作用不能同时组合。第13页/共49页第十四页，共49页。二、重力式桥墩计算二、重力式桥墩计算桥墩计算可按以下步骤进行：桥墩计算可按以下步骤进行：（1）根据构造要求和经验拟定各部分尺寸；）根据构造要求和经验拟定各部分尺寸；（2）计算作用在桥墩上的作用；）计算作用在桥墩上的作用；（3）进行作用布置与作用效应）进行作用布置与作用效应(xioyng)组合，并选取组合，并选取截面，计算各截面的内力；截面，计算各截面的内力；（4）验算墩身截面承载力和偏心距；）验算墩身截面承载力和偏心距；（5）验算地基承载力和偏心距；）验算地基承载力和偏心距；（6）验算桥墩倾
23、覆和滑动稳定性。）验算桥墩倾覆和滑动稳定性。除此之外，还应结合施工情况进行必要的验算。如拱桥除此之外，还应结合施工情况进行必要的验算。如拱桥在施工过程中可能产生的单向水平推力，可使砌体强度和基在施工过程中可能产生的单向水平推力，可使砌体强度和基底土的承载能力提高，使倾覆和滑动稳定性系数降低。底土的承载能力提高，使倾覆和滑动稳定性系数降低。第14页/共49页第十五页，共49页。1.桥墩尺寸桥墩尺寸(chcun)拟定拟定1）墩帽尺寸拟定(ndng)顺桥向的墩帽宽度 b：第15页/共49页第十六页，共49页。横桥向的墩帽最小宽度横桥向的墩帽最小宽度B：B=两侧主梁间距两侧主梁间距(jinj)+支座横
24、向宽度支座横向宽度+2Cl+2C22）墩身尺寸(chcun)拟定墩身顶部尺寸(chcun)=墩帽尺寸(chcun)-C2（墩帽檐口宽度）墩身任意截面尺寸(chcun)=墩身顶部尺寸(chcun)+2Hi式中：H任意截面至墩顶高度；i墩身坡度。第16页/共49页第十七页，共49页。2.墩身截面的作用效应计算墩身截面的作用效应计算对于对于(duy)梁桥和拱桥的重力式桥墩的计算，虽然在荷载组合的内容上稍有不同，但是就某个截面而言，这些外力都可以合成为竖向的和水平方向的合力梁桥和拱桥的重力式桥墩的计算，虽然在荷载组合的内容上稍有不同，但是就某个截面而言，这些外力都可以合成为竖向的和水平方向的合力、，以
25、及绕该截面，以及绕该截面xx轴、轴、yy轴的总弯矩轴的总弯矩和和，见图，然后对墩身进行承载力验算。，见图，然后对墩身进行承载力验算。3.墩身截面承载力和偏心验算墩身截面承载力和偏心验算桥墩验算截面的选择桥墩验算截面的选择(xunz)，对矮桥桥墩，因墩身尺寸一般较大，各截面承载力往往都能满足要求，所以通常只验算墩身底截面即可；对高桥桥墩，其危险截面不一定在墩身底截面，应多选几个截面进行验算，一般可相距，对矮桥桥墩，因墩身尺寸一般较大，各截面承载力往往都能满足要求，所以通常只验算墩身底截面即可；对高桥桥墩，其危险截面不一定在墩身底截面，应多选几个截面进行验算，一般可相距23米取一截面。米取一截面。
26、第17页/共49页第十八页，共49页。1）墩身截面承载力验算）墩身截面承载力验算重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，截面承载力的设计验算采用极限状态法。在不利效应组合重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，截面承载力的设计验算采用极限状态法。在不利效应组合(zh)作用下，验算桥墩各控制截面的作用效应组合作用下，验算桥墩各控制截面的作用效应组合(zh)设计值（内力）应小于或等于构件承载力的设计值，用方程式表示为：设计值（内力）应小于或等于构件承载力的设计值，用方程式表示为：当砌体受压构件，在规范规定的受压偏心距限值范围(fnwi)内的承载力应按下列公式计算：式中：S作
27、用效应组合设计值，按公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）的规定计算；R()构件承载力设计值函数fd材料强度设计值ad几何参数设计值，可采用几何参数标准值，即设计文件规定值；0结构重要性系数，对于桥规规定的一级、二级、三级设计安全等级分别取用1.1、1.0、0.9；Nd轴向力设计值；A构件截面面积(minj)，对于组合截面按强度比换算；fcd砌体或混凝土轴心抗压强度设计值，对于组合截面应采用标准层轴心抗压强度设计值；构件轴向力的偏心矩 e和长细比对受压构件承载力的影响系数。第18页/共49页第十九页，共49页。第19页/共49页第二十页，共49页。第20页/共49页第二十一页，共49页。
28、计算砌体偏心受压构件(gujin)承载力的影响系数时 ，构件(gujin)长细比x、y按下列公式计算：体材料类别混凝土预制块砌体或组合构件1.0细料石、半细料石砌体1.1砌粗料石、块石、片石砌体1.3长细比修正长细比修正(xizhng)系数系数构件及两端约束情况构件计算长度直杆两端固结0.5 一端固结，一端为不移动的铰0.7 两一端均为不移动的铰1.0 一端固定，一端自由2.0 构件构件(gujin)计算长度计算长度l0第21页/共49页第二十二页，共49页。2）墩身截面偏心验算桥墩(qiodn)承受偏心受压荷载时，各验算截面在各种作用效应组合下偏心距：受压构件(gujin)偏心矩限制当竖向力
29、的偏心距 e超过上表(shnbio)的偏心距限值时，构件承载力应按下列公式计算：双向偏心式中：ex、ey竖向力在x方向、y方向的偏心距，应满足下表要求。作用组合偏心矩限制值偏心矩限制值基本组合0.6s偶然组合0.7s单向偏心第22页/共49页第二十三页，共49页。式中：Nd轴向力设计值；A构件截面面积，对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面面积；W单向偏心时，构件受拉边缘的弹性抵抗矩，对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面弹性抵抗矩；Wx、Wy双向偏心时，构件 x方向受拉边缘绕 y轴的截面弹性抵抗矩和构件 y方向受拉边缘绕x轴的截面弹性抵抗矩，对于组合截面应按弹性模量比 换算为换算截面弹性
30、抵抗矩；ftmd构件受拉边层的弯曲抗拉强度设计值；e单向偏心时，轴向力偏心距；ex、ey双向偏心时，轴向力在 x方向和Y方向的偏心距；砌体偏心受压构件承载力影响(yngxing)系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数。如果承载力不满足要求，应重新验算如果承载力不满足要求，应重新验算(yn sun)墩身截面尺寸。墩身截面尺寸。第23页/共49页第二十四页，共49页。4.基础底面土的承载力和偏心距的验基础底面土的承载力和偏心距的验1）地基）地基(dj)土的承载力验算土的承载力验算地基地基(dj)土的承载力一般按顺桥方土的承载力一般按顺桥方向和横桥方向分别进行验算。当偏心荷向和横桥方向分别进行验算。当偏心
31、荷载的合力作用在基底截面的核心半径载的合力作用在基底截面的核心半径以以内时，应按下式验算基底应力。内时，应按下式验算基底应力。第24页/共49页第二十五页，共49页。式中：max应力重分布后基底最大压应力；N作用于基础底面合力(hl)的竖向分力；a、b横桥方向和顺桥方向基础底面积的边长；地基土的容许承载力、并按作用及使用情况计入容许承载力的提高系数；cx顺桥方向验算时，基底受压面积在顺桥方向的长度，；cy横桥方向验算时，基底受压面积在横桥方向的长度，；ex、ey合力(hl)在x轴和y轴方向的偏心距。当设置在基岩上的桥墩基底上的合力偏心距超出核心半径时，其基底的一边将会出现拉应力，由于不考虑基底
32、承受(chngshu)拉应力，故需按基底应力重分布重新验算基底最大压应力，其验算公式如下：顺桥方向(fngxing)横桥方向(fngxing)第25页/共49页第二十六页，共49页。其中：墩台基础底面的核心半径；W墩台基础底面的截面摸量；A墩台基础底面的面积；N作用于基底的合力(hl)的竖向分力；M作用于墩台的水平力和竖向力对基底形心轴的弯矩。2）基底偏心距验算）基底偏心距验算为了使恒载基底应力分布比较均匀，防止基底最大压应力与最小压应力相差过大，导致为了使恒载基底应力分布比较均匀，防止基底最大压应力与最小压应力相差过大，导致基底产生不均匀沉降和影响桥墩的正常使用，故在设计时，应对基底合力偏心
33、距加以基底产生不均匀沉降和影响桥墩的正常使用，故在设计时，应对基底合力偏心距加以(jiy)限制，在基础纵向和横向，其计算的荷载偏心距限制，在基础纵向和横向，其计算的荷载偏心距e0应满足以下要求。应满足以下要求。第26页/共49页第二十七页，共49页。5.桥墩的整体稳定性验算桥墩的整体稳定性验算(ynsun)1）抗倾覆稳定验算）抗倾覆稳定验算(ynsun)墩台的抗倾覆稳定性验算墩台的抗倾覆稳定性验算(ynsun)可按可按下式进行：下式进行：第27页/共49页第二十八页，共49页。2）抗滑移）抗滑移(huy)稳定验算稳定验算墩、台的抗滑移墩、台的抗滑移(huy)稳定验算，可按稳定验算，可按下式进行
34、：下式进行：式中：f基础(jch)底面与地基土之间的摩擦系数，其值为 0.250.7，无实测资料时可参照表选用；K02抗滑移稳定系数，采用 1.3。基础基础(jch)底面与地基土之间的摩擦系数底面与地基土之间的摩擦系数第28页/共49页第二十九页，共49页。6.墩顶水平位移计算墩顶水平位移计算墩顶过大的水平位移会影响桥跨结构的正常使用，墩顶过大的水平位移会影响桥跨结构的正常使用，对于高度对于高度超过超过20m的重力式桥墩，应验的重力式桥墩，应验(yngyn)算顶端水平方向的弹性位算顶端水平方向的弹性位移，并使其符合规定要求。墩台顶面水平位移的容许极限值为：移，并使其符合规定要求。墩台顶面水平位
35、移的容许极限值为：式中：L相邻墩台间的最小跨径，以米计。跨径小于 25M时仍以25M计算；Y墩台顶水平位移值(mm)，它的数值应包括(boku)墩台水平方向的弹性位移和 由于地基不均匀沉降而产生的水平位移值的总和。地基不均匀沉降所产生的水平位移值，可通过计算不均匀沉降引起的倾斜角求得。计算时可认为墩台身相当于一个固定在基础顶面的悬臂梁，不考虑上部结构对墩、台顶位移的约束作用，而引起水平弹性位移的荷载为制动力、风力及偏心的竖向支反力等。由于将墩台视为固定在基础顶面的悬臂梁，完全忽略了上部结构对墩台顶的约束作用，所以结果是偏大的。重力(zhngl)式墩台帽一般可不进行验算，支座垫石下的局部承压应力
36、与支座计算的有关内容相同。采用悬臂式帽的重力(zhngl)式墩台，悬臂墩台帽需配受力钢筋，悬臂部分按悬臂梁计算。有关施工时的特殊受力，可按实际情况验算。第29页/共49页第三十页，共49页。三、桩柱式桥墩计算要点三、桩柱式桥墩计算要点1.1.盖梁计算盖梁计算 力学图示：力学图示：双柱式墩：当盖梁的刚度与桩柱的刚度比大与双柱式墩：当盖梁的刚度与桩柱的刚度比大与5 5时，时，可忽略桩柱对盖梁的约束，近似按双悬臂梁计算。可忽略桩柱对盖梁的约束，近似按双悬臂梁计算。对多柱式或多桩式桥墩，可按多跨连续梁计算。对多柱式或多桩式桥墩，可按多跨连续梁计算。计算内容：计算内容：1 1、结构重力及其作用效应计算；
37、、结构重力及其作用效应计算；2 2、活载及其作用效应计算；、活载及其作用效应计算；3 3、施工吊装荷载及其作用效应计算；、施工吊装荷载及其作用效应计算；4 4、作用效应组合、作用效应组合(zh)(zh)及内力包络图；及内力包络图；5 5、配筋计算。、配筋计算。2.2.桩身计算桩身计算 分刚性和柔性两种分刚性和柔性两种第30页/共49页第三十一页，共49页。学习情境二学习情境二 桥梁墩台桥梁墩台(dn ti)(dn ti)设计设计工作任务工作任务(rnwu)二二桥台设计与计算桥台设计与计算学习目标：学习目标：1.1.叙述桥台上的作用及最不利作用布置；叙述桥台上的作用及最不利作用布置；2.2.能够
38、进行桥台的尺寸确定；能够进行桥台的尺寸确定；3.3.知道重力式桥台的设计计算内容知道重力式桥台的设计计算内容(nirng)(nirng)并按照公路桥涵设计规范要求完成桥台设计；并按照公路桥涵设计规范要求完成桥台设计；4.4.知道轻型桥台的设计要点。知道轻型桥台的设计要点。任务描述：任务描述：根据所学知识并视需要收集相关信息，完成桥台的施工图设计，并上交桥 梁桥台设计说明书和桥墩施工图。学习引导：学习引导：本工作任务沿着以下脉络进行学习:第31页/共49页第三十二页，共49页。第32页/共49页第三十三页，共49页。一、重力式桥台的计算一、重力式桥台的计算1.桥合上的作用桥合上的作用桥台上的作用
39、与桥墩计算中所用到的基本相同，只是桥台上的作用与桥墩计算中所用到的基本相同，只是(zhsh)在永久在永久作用中要计入台后填土对台身的侧压力。工程设计中，一般都将它按主动作用中要计入台后填土对台身的侧压力。工程设计中，一般都将它按主动土压力计算，其大小与压实程度有关。另外，对于桥台尚要考虑车辆荷载土压力计算，其大小与压实程度有关。另外，对于桥台尚要考虑车辆荷载引起的土侧压力，而不需计及纵、横向风力、流水压力、冰压力、船只或引起的土侧压力，而不需计及纵、横向风力、流水压力、冰压力、船只或漂浮物的撞击力等。漂浮物的撞击力等。第33页/共49页第三十四页，共49页。2.作用效应组合作用效应组合1)梁桥
40、桥台的作用布置及组合梁桥桥台的作用布置及组合（1）作用布置）作用布置(只考虑顺桥向只考虑顺桥向)在桥跨结构上布置车辆在桥跨结构上布置车辆(chling)荷载，温度下降，制动力向桥孔方向，并考虑台后土侧压力；荷载，温度下降，制动力向桥孔方向，并考虑台后土侧压力；在台后破坏棱体上布置车辆在台后破坏棱体上布置车辆(chling)荷载，温度下降，并考虑台后土侧压力；荷载，温度下降，并考虑台后土侧压力；在桥跨结构上和台后破坏棱体上都布置车辆在桥跨结构上和台后破坏棱体上都布置车辆(chling)荷载荷载(当桥台尺寸较大时还要考虑在桥跨结构上、台后破坏棱体上和桥台上同时布置活载的情况当桥台尺寸较大时还要考虑
41、在桥跨结构上、台后破坏棱体上和桥台上同时布置活载的情况)，温度下降，制动力向桥孔方向，并考虑台后土侧压力；，温度下降，制动力向桥孔方向，并考虑台后土侧压力；一般重力式桥台以第二种和第三种组合控制设计，但需根据具体情况进行分析比较后才能确定。一般重力式桥台以第二种和第三种组合控制设计，但需根据具体情况进行分析比较后才能确定。第34页/共49页第三十五页，共49页。（2）作用效应组合）作用效应组合根据上述的作用布置，可进行如下几种作用组合（只列出了第一和第二种情况）：根据上述的作用布置，可进行如下几种作用组合（只列出了第一和第二种情况）：上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥
42、台重力+浮力浮力+土侧压力（此组合是验算地基受土侧压力（此组合是验算地基受永久作用时的永久作用时的合理偏心距）。合理偏心距）。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+作用在桥跨结构上的汽车荷载和作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载人群荷载+土土侧压力。侧压力。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载+土侧土侧压力压力+制动力制动力(dngl)+温度作用。温度作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+作用在桥
43、跨结构上的汽车荷载和人群荷载作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载+土土侧压力侧压力+支座摩阻力。支座摩阻力。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载所引起的土侧压力）。所引起的土侧压力）。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载所引起的土侧压力）所引起的土侧压力）+支座摩阻力。支座摩阻力。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮
44、力+土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载所引起的土侧压力）所引起的土侧压力）+温度影响力。温度影响力。第35页/共49页第三十六页，共49页。2)拱桥桥台的荷载布置及组合拱桥桥台的荷载布置及组合(只考虑顺桥向只考虑顺桥向)（1）作用布置）作用布置(只考虑顺桥向只考虑顺桥向)在台后破坏棱体上布置车辆在台后破坏棱体上布置车辆(chling)荷载，制动力向桥跨方向，桥跨荷载，制动力向桥跨方向，桥跨上无荷载，温度下降，并考虑台后土侧压力，使桥台有向桥跨方向偏移的上无荷载，温度下降，并考虑台后土侧压力，使桥台有向桥跨方向偏移的趋势，拱圈材料收缩力；趋势，拱圈材
45、料收缩力；在桥跨结构上布置车辆在桥跨结构上布置车辆(chling)荷载，使拱脚水平推力荷载，使拱脚水平推力HP达到最大值，达到最大值，温度上升，制动力向路堤方向，并考虑台后土侧压力，使桥台有向路堤方温度上升，制动力向路堤方向，并考虑台后土侧压力，使桥台有向路堤方向偏移的趋势，拱圈材料收缩力。向偏移的趋势，拱圈材料收缩力。第36页/共49页第三十七页，共49页。（2）作用效应）作用效应(xioyng)组合组合上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+土侧压力土侧压力+混凝土收混凝土收缩作用（此组合是验算缩作用（此组合是验算地基受永久作用时的合理偏心距）。地基受
46、永久作用时的合理偏心距）。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载+土侧压力土侧压力+混凝土收缩作用。混凝土收缩作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载作用在桥跨结构上的汽车荷载和人群荷载+土侧压力土侧压力+混凝土收缩作用混凝土收缩作用+向路堤方向的制动力向路堤方向的制动力+温度上升作用。温度上升作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+土侧压力（包括作用在破坏棱体
47、上的汽车荷土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载所引起的土侧压力载所引起的土侧压力+混凝土收缩作用。混凝土收缩作用。上部结构重力上部结构重力+计算截面以上桥台重力计算截面以上桥台重力+浮力浮力+土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷土侧压力（包括作用在破坏棱体上的汽车荷载所引起的土侧压力）载所引起的土侧压力）+混凝土收缩作用混凝土收缩作用+温度下降作用。温度下降作用。第37页/共49页第三十八页，共49页。3.桥台强度桥台强度(qingd)、偏心和稳定性验算、偏心和稳定性验算桥台台身强度桥台台身强度(qingd)，基底承载力、偏心以及桥，基底承载力、偏心以及桥台稳定性验算和桥墩相同。如果台稳
48、定性验算和桥墩相同。如果U型桥台两侧墙宽度不小型桥台两侧墙宽度不小于同一水平截面前墙全长的于同一水平截面前墙全长的0.4倍时，桥台台身截面强度倍时，桥台台身截面强度(qingd)验算应把前墙和侧墙作为整体考虑其受力。否验算应把前墙和侧墙作为整体考虑其受力。否则，台身前墙应按独立的挡土墙进行验算。则，台身前墙应按独立的挡土墙进行验算。第38页/共49页第三十九页，共49页。二、梁桥轻型桥台的计算特点二、梁桥轻型桥台的计算特点设有支撑梁的梁桥薄壁轻型桥台是利用桥跨结构和设有支撑梁的梁桥薄壁轻型桥台是利用桥跨结构和底部支撑粱作为桥台与桥台或者底部支撑粱作为桥台与桥台或者(huzh)桥台与桥墩之桥台与
49、桥墩之间的支撑，以防止桥台受路堤的土侧压力而向河心方向间的支撑，以防止桥台受路堤的土侧压力而向河心方向移动，从而使结构构成为四铰框架的受力体系。对于这移动，从而使结构构成为四铰框架的受力体系。对于这类桥台类桥台)的计算主要包括三项内容：的计算主要包括三项内容：1.将桥台视为在顺桥向纵向竖直平面内上下端铰支，将桥台视为在顺桥向纵向竖直平面内上下端铰支，承受竖向荷载和承受竖向荷载和横向荷载作用的竖梁（简支梁），验算墙身圬工的横向荷载作用的竖梁（简支梁），验算墙身圬工的截面承载力和抗截面承载力和抗剪承载力。剪承载力。2.将桥台和翼墙（包括基础）视为横桥向竖直平面内将桥台和翼墙（包括基础）视为横桥向竖
50、直平面内弹性地基上的短弹性地基上的短梁，验算桥台在该平面内的弯曲承载力。梁，验算桥台在该平面内的弯曲承载力。3.验算地基土承载力。验算地基土承载力。第39页/共49页第四十页，共49页。1.桥台作为竖梁时的强度计算桥台作为竖梁时的强度计算通常通常(tngchng)取单位桥台宽度取单位桥台宽度进行验算，其步骤为：进行验算，其步骤为：1)验算截面处的竖直力验算截面处的竖直力N它包括以下三项：它包括以下三项：(1)桥跨结构恒载在单位宽度桥台上桥跨结构恒载在单位宽度桥台上的支点反力的支点反力N1(2)单位宽度台帽的自重单位宽度台帽的自重N2；(3)验算截面以上单位宽度台身的自验算截面以上单位宽度台身的