第七章桥梁墩台—计算.pptx

LOGO第七章 桥梁墩台计算 LOGOu 永久作用u 基本可变作用u 其它可变作用u 偶然作用7.2.1 墩台上的作用墩台上的作用1.墩台上的作用l 上部构造恒载产生的支撑反力l 土重及侧向土压力l 预应力(组合式桥墩)l 基础变位影响力l 水的浮力l 汽车荷载(冲击力)l 人群荷载l 作用于上部构造和墩身上的纵、横向风力l 汽车制动力l 墩身上的流水压力和冰压力l 上部构造因温度变化对桥墩产生的水平力l 支座摩阻力l 船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力LOGO2.永久作用u桥墩、台自重：应包括基础襟边上的土重；注意墩台身在水下和土中部分自重的计算方法，应根据地基土的性质综合考虑；u水的浮力：位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，应计算设计水位时水的不利浮力；当验算地基应力时，仅考虑低水位时的有利浮力或不及浮力；基础位于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计算，取最不利的进行组合；水对水下墩台或土的固体颗粒的浮力作用，可用墩台圬工的浮容重或土的浮容重来反映。LOGOu桥台土压力计算时，采用哪种土压力，应根据桥台位移及压力传播方式而定。梁式桥台承受的水平压力主要是台后滑动土体（及滑动土体上的荷载）所产生的侧压力，它使桥台发生向河心的移动。因此，梁桥桥台的侧土压力，一般按主动土压力计算。当桥台刚度很大，不可能产生微量移动，滑动土体不可能形成时，可按静止土压力计算。u侧向土压力：主动土压力 静止土压力 被动土压力LOGO3.可变作用u汽车荷载冲击力：钢筋混凝土桩柱式墩台及其它轻型墩台，在计算汽车荷载时应计入冲击力。但对于重力式实体墩台，冲击力的作用衰减很快，因此，验算时可不计冲击影响；u汽车荷载制动力：制动力是桥梁墩台承受的主要纵向水平力之一，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；LOGOu流水压力作用在桥墩上的流水压力，可按通用规范规定计算。流水压力的合力作用点，假定在设计水位先以下0.3倍水深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈倒三角形；LOGOu冰压力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降而对桥梁墩台产生的作用；水平向作用力包括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。LOGO1.组合时注意事项u桥梁墩台计算时，预先很难确定哪一种荷载组合最不利；u根据不同的验算内容选择各种可能的最不利荷载组合；u在墩台的计算中，需考虑按顺桥向(与行车的方向平行)和横桥向分别进行，故在荷载组合时也需按纵向及横向分别计算；u所有荷载中，汽车荷载的变动对荷载组合起着支配作用；u前述作用并不是在设计使用期内同时出现的，因此与上构一样，不同作用组合参照规范要求进行。7.2.2 墩台上的作用组合墩台上的作用组合LOGO2.桥墩验算组合u验算墩身强度和基底最大应力：按在桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合LOGOu验算墩身强度，基底应力、偏心及桥墩的稳定性：按顺桥向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。LOGOu验算横桥向的墩身强度、基底应力、偏心及桥墩的稳定性：按横桥向可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行组合LOGO3.桥台验算组合LOGO7.2.3 重力式桥墩的验算内容重力式桥墩的验算内容1.截面承载能力极限状态验算重力式桥墩一般为受压构件，据公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005），采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，按承载力极限状态设计时，应满足：S作用效应组合设计值，按通规JTGD60-2004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。LOGOu墩台截面的承载力验算包括：1）验算截面的选取；2）验算截面的内力计算；3）承载能力极限状态验算：按轴心或偏心受压构件验算墩身各截面的承载能力。对于砌体以及混凝土截面，要分别采用圬规相应条款4.0.44.0.8的规定计算。如果不满足要求就应根据4.0.10修改墩身截面尺寸重新验算；4）截面偏心距验算验算截面在各种组合下的偏心距，均不应超过圬规表4.0.9的限值；验算截面墩台身的基础顶面墩台身截面突变处与墩台帽交界处的墩身截面高墩LOGOLOGO4）截面偏心距验算如超过表4.0.9限制时，可按下式确定截面尺寸：u单向偏心：u双向偏心：LOGOWy、Wx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抵抗矩；ftmd 构件受拉边层的弯曲抗拉强度设计值，按圬规表3.3.2、表3.3.3-4和表3.3.4-3采用；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系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数，分别参见公路圬工桥涵设计规范第4.0.6条和4.0.8 条。LOGO2.基底土承载力验算u当基底只承受轴心荷载时：u当基底单向偏心受压，承受竖向力N、弯矩M共同作用时，除满足上式外，尚应符合下列条件：u当基底双向偏心受压，承受竖向力N和绕x轴弯矩Mx与绕y轴弯矩My共同作用时，除满足第（1）式外，尚应满足下列条件：（1）（2）（3）LOGOLOGO3.基底应力验算b偏心方向基础底面的边长；a垂直于b边基础底面的边长；dN作用点至基底受压边缘的距离；eoN作用点距截面重心的距离。LOGO偏心距越大基底的应力分布越不均匀，将导致基底的不均匀沉降4.基底合力偏心距验算LOGOu基底承受单向或双向偏心受压的 值可按下式计算：墩台基础底面的核心半径；Pmin基底最小压应力，当为负值时表示拉应力；e0N作用点距截面重心的距离。LOGO5.墩台基础稳定性验算LOGOu倾覆稳定性验算u滑动稳定性验算LOGOLOGOLOGO1.盖梁计算u计算模式；u外力计算；u内力计算；u配筋计算。7.2.4 桩柱式桥墩的计算桩柱式桥墩的计算LOGO1.1 计算模式u桩柱式墩台通常按钢筋混凝土构件设计，根据构造特征，盖梁与柱应按刚构计算；u当盖梁与柱的线刚度比大于5时，为简化计算可以忽略节点不均衡弯矩的分配及传递，双柱式墩台盖梁按简支梁计算；多柱式墩台盖梁可按连续梁计算；u当盖梁计算跨径与盖梁梁高之比，对简支梁2.0，连续梁或刚构小于2.5时，应按深梁计算。而桥规在8.2条里规定的盖梁，其跨高比：2.0简支梁5.0；2.5连续梁5.0。LOGOu8.2.3 按简支梁计算的盖梁，其计算跨径取 和 两者较小者。在确定盖梁净跨径时，圆形截面柱可换算为边长等于0.8倍直径的方形截面柱。当盖梁作为连续梁或刚构分析时，计算跨径可取支承中心的距离。u8.2.4钢筋混凝土盖梁的正截面抗弯承载力计算公式。u8.2.5钢筋混凝土盖梁的抗剪截面应符合的要求。u8.2.6钢筋混凝土盖梁的斜截面抗剪承载力的计算公式。u8.2.7钢筋混凝土盖梁两端位于柱外的悬臂部分设有外边梁时，当外边梁作用点至柱边缘的距离（圆形截面柱可换算为0.8倍直径的方形截面柱）大于盖梁截面高度时，其正截面和斜截面承载力按桥规第五章有关规定计算。当边梁作用点至柱边缘的距离盖梁截面高度时，则可按第8.5.3条“撑杆系杆体系”方法计算悬臂部分正截面抗弯承载力；斜截面抗剪承载力可按钢筋混凝土一般受弯构件计算。u8.2.9跨高比5.0的钢筋混凝土盖梁可不做挠度验算。LOGO1.2 外力计算u作用在盖梁上的外力主要考虑上部结构恒载支反力、盖梁自重及活载；u活载通过上部结构的支点间接传递至盖梁顶面，然后通过活载横向布置，就能得到活载最不利横向布置系数，并根据最大活载支反力便能获得最不利活载内力；u盖梁在施工过程中，荷载的不对称性很大，各截面将产生较大的内力，因此应分居当时的架桥施工方案，做出最不利荷载工况；u构件吊装时，视具体情况，构件重力应乘以动力系数1.2或0.85。LOGO1.3 内力计算u桩柱式墩台的盖梁常采用双悬臂式，计算控制截面选在支点和跨中截面；u在盖梁内力计算时，连续梁盖梁支座的负弯矩可考虑桩柱支承宽度对削减负弯矩尖峰的影响，圆形截面柱换算为边长等于0.8倍直径的方形截面柱；u桥墩台沿纵向的水平力及当盖梁在沿桥纵向设置两排支座时，上部结构活载的偏心力对盖梁将产生扭矩，应予以考虑；u桥台的盖梁计算，一般可不考虑背墙与盖梁的共同受力，此时背墙仅起挡土墙作用。必要时也可考虑背墙与盖梁的共同受力，盖梁按L形截面计算。桥台耳墙视为单悬臂固端梁，水平方向承受土压力及活载水平压力。LOGO2.墩台柱的计算u外力计算：1）桥墩桩柱的恒载有上部结构的恒载反力、盖梁的重量，以及桩柱的自重；桩柱承受的活载按设计荷载进行不利加载计算，最后经恒载、活载组合可求得最不利的荷载。桥墩的水平力有支座摩阻力和汽车制动力等。2）桥台桩柱（包括双片墙式台身）除上述各力之外还有台后土压力、活载引起的水平土压力及溜坡的主动土压力等。土压力的计算宽度及溜坡主动土压力的计算方法，见通规的有关规定。u内力计算；u配筋计算：在最不利的内力组合之后，按钢筋混凝土偏心受压构件，先配筋再作验算LOGO1.柔性墩的计算要点u柔性墩是由钢筋混凝土柔性排架桩墩、梁和刚性墩台组成的一联或多跨连续的铰接刚架体系，在纵向水平力作用下，一联的各柔性墩顶具有相同的水平位移；u为了简化计算，可把双固定支座布置的柔性墩视为下端固结，上端有水平约束的铰接支承的超静定梁，如图 a）7.2.5 柔性墩的计算柔性墩的计算u当已知柔性墩的顶端桥跨结构作用的竖向力和墩顶弯矩，墩顶位移可预先求出，将墩顶水平反力作为多余未知力求解，即可计算下端固结点和墩身的弯矩、剪力。LOGO2.柔性墩的假设u上端铰支、下端固结；u各种力的作用下，叠加原理成立；u水平温度荷载按墩顶抗推刚度分配；u温度变形只计入桩墩顶部水平力对桩墩所引起弯矩的影响LOGOu桥墩抗推刚度l单位力作用下墩顶的水平位移i 当墩柱下端固定在基础或承台顶面时，l墩顶产生单位水平位移所需施加的水平反力KDiP=1liHli=13.墩顶水平位移的计算LOGOu墩与橡胶的组合抗推刚度u墩顶制动力计算1）制动力产生的墩顶水平位移iT为：u橡胶支座抗推刚度 LOGO2)各墩顶部由温度变化引起的水平位移：3)在竖向活载作用下梁长度的变化:u小跨径桥梁的可忽略不计;u当跨径较大时，在竖向活载作用下梁下缘伸长而影响柔性墩的位移 也应予考虑，此时由梁的挠度 近似得到梁的挠曲半径：u然后按梁的挠曲（中心角为 ）可计算梁的下缘伸长值 。4）柔性墩顶发生的水平位移综合为：LOGOx0012345x3L1L2L3L4L5墩顶部由温度变化引起的水平位移xi计算时必须先确定温度中心：温度中心x0的确定：LOGOx0012345x3L1L2L3L4L5各排架桩顶所受的温度力为：温变作用下，各墩顶水平力之和必为0，即：当各跨跨径相同，都为 LOGO4.水平力计算2)由于墩顶产生了水平位移 ，竖向力N 将在墩内引起弯矩而在墩顶产生水平反力（见图b）。1)水平位移产生的水平力（见图a)u对于等截面桩墩u竖向力包括上部结构恒载及活载反力，墩身自重忽略不计，近似取柔性墩身变形曲线为二次抛物线，则：第i号桩柱墩高度 ，它应为地面或冲刷线以上的桩柱长度l0与桩在地基土内的挠曲长度t之和，即 。t的确定应考虑土的侧向抗力作用，此处可近似地根据地基土质取2mh1/2,h1为排架桩的入土深度。LOGO3)由于墩顶弯矩而产生的水平反力（c)总结：u作用在一个墩顶各项水平力求出后，可进行最不利荷载组合，平均分配给墩中各桩柱顶部，桩柱按顶端作用的水平力，竖向力和弯矩验算各截面强度和稳定性；u排架桩应考虑桩侧土的弹性抗力，按桩基础的弹性地基梁法进行内力计算和截面强度、稳定、承载能力等验算。LOGO