工学悬索桥桥梁工程课件.pptx
第1页/共124页第2页/共124页第3页/共124页第4页/共124页第5页/共124页第6页/共124页第7页/共124页桩柱式埋置式桥台对于各种土壤地基都适宜。根据桥宽和土基桩柱式埋置式桥台对于各种土壤地基都适宜。根据桥宽和土基承载能力可以采用双柱、三柱或多柱的型式。柱与钻孔桩相连承载能力可以采用双柱、三柱或多柱的型式。柱与钻孔桩相连的称桩柱式；柱子嵌固在普通扩大基础之上的称立柱式；完全的称桩柱式；柱子嵌固在普通扩大基础之上的称立柱式；完全由一排钢筋混凝土桩和桩顶盖（或帽）梁连结而成的称柔性桩由一排钢筋混凝土桩和桩顶盖（或帽）梁连结而成的称柔性桩台。桩柱式桥台的台帽、耳墙及柱采用台。桩柱式桥台的台帽、耳墙及柱采用C25C25钢筋混凝土，桩采用钢筋混凝土，桩采用C20C20钢筋混凝土。钢筋混凝土。框架式桥台既比桩柱式桥台有更好的刚度，又比重力式埋置桥框架式桥台既比桩柱式桥台有更好的刚度，又比重力式埋置桥台挖空率更高，更节约圬工体积。由于这种桥台结构本身存在台挖空率更高，更节约圬工体积。由于这种桥台结构本身存在着斜杆，能够产生水平分力以平衡土压力，加之基底较宽，又着斜杆，能够产生水平分力以平衡土压力，加之基底较宽，又通过系梁联成一个框架体，所以稳定性较好，可用于填土高度通过系梁联成一个框架体，所以稳定性较好，可用于填土高度在在5m5m以上的桥台，其不足之处是必须用双排桩基，钢筋水泥用以上的桥台，其不足之处是必须用双排桩基，钢筋水泥用量均较桩柱式的要多。量均较桩柱式的要多。为了节约圬工体积，可以把后倾式埋置式桥台台身挖空，做成为了节约圬工体积，可以把后倾式埋置式桥台台身挖空，做成肋形埋置式桥台。肋形埋置式桥台。第8页/共124页第9页/共124页1.1.拱桥重力式桥墩拱桥重力式桥墩拱桥是一种有推力结构，拱圈传给桥墩上的力，除了垂直力以外，拱桥是一种有推力结构，拱圈传给桥墩上的力，除了垂直力以外，还有较大的水平推力，这是与梁桥的最大不同之处。从抵御恒载还有较大的水平推力，这是与梁桥的最大不同之处。从抵御恒载水平力的能力来看，拱桥桥墩又可以分为普通墩和单向推力墩两水平力的能力来看，拱桥桥墩又可以分为普通墩和单向推力墩两种。种。普通墩普通墩除了承受相邻两跨结构传来的垂直反力外，一般不承受恒除了承受相邻两跨结构传来的垂直反力外，一般不承受恒载水平推力，或者当相邻孔不相同时只承受经过相互抵消后尚余载水平推力，或者当相邻孔不相同时只承受经过相互抵消后尚余的不平衡推力。的不平衡推力。单向推力墩单向推力墩又称制动墩，它的主要作用是在又称制动墩，它的主要作用是在它的一侧的桥孔因某它的一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住单向的恒载水平推力种原因遭到毁坏时，能承受住单向的恒载水平推力，以保证其另，以保证其另一侧的拱桥不致遭到倾坍。而且当施工时为了拱架的多次周转，一侧的拱桥不致遭到倾坍。而且当施工时为了拱架的多次周转，或者当缆索吊装设备的工作跨径受到限制时，或者当缆索吊装设备的工作跨径受到限制时，为了能按桥台与某为了能按桥台与某墩之间或者按某两个桥墩之间作为一个施工段进行分段施工墩之间或者按某两个桥墩之间作为一个施工段进行分段施工，在，在此情况下也要设置能承受部分恒载单向推力的制动墩。此情况下也要设置能承受部分恒载单向推力的制动墩。由此可见，为了满足结构强度和稳定的要求，普通墩的墩身可以由此可见，为了满足结构强度和稳定的要求，普通墩的墩身可以做得薄一些，单向推力墩则要做得厚实一些。做得薄一些，单向推力墩则要做得厚实一些。第10页/共124页与梁桥重力式桥墩相比较，拱桥桥墩在构造上还有以下的特与梁桥重力式桥墩相比较，拱桥桥墩在构造上还有以下的特点：点：（1 1）拱座）拱座拱桥桥墩与梁桥桥墩构造上的一个不同点是，梁桥桥墩的顶拱桥桥墩与梁桥桥墩构造上的一个不同点是，梁桥桥墩的顶面要设置传力的支座，且支座距顶面边缘保持一定的距离；面要设置传力的支座，且支座距顶面边缘保持一定的距离；而无支架吊装的拱桥桥墩则在其顶面的边缘设置呈倾斜面的而无支架吊装的拱桥桥墩则在其顶面的边缘设置呈倾斜面的拱座，直接承受由拱圈传来的压力。故无铰拱的拱座总是设拱座，直接承受由拱圈传来的压力。故无铰拱的拱座总是设计成与拱轴线呈正交的斜面。由于拱座承受着较大的拱圈压计成与拱轴线呈正交的斜面。由于拱座承受着较大的拱圈压力，故一般采用力，故一般采用C20C20以上的整体式混凝土、以上的整体式混凝土、C25C25以上混凝土预以上混凝土预制块或制块或MU50MU50以上的块石砌筑。肋拱桥的拱座由于压力比较集以上的块石砌筑。肋拱桥的拱座由于压力比较集中，故应用强度等级较高的混凝土及数层钢筋网加固；装配中，故应用强度等级较高的混凝土及数层钢筋网加固；装配式的肋拱以及双曲拱桥的拱座，也可预留供插入拱肋的孔槽式的肋拱以及双曲拱桥的拱座，也可预留供插入拱肋的孔槽,就位以后再浇灌混凝土封固。就位以后再浇灌混凝土封固。第11页/共124页第12页/共124页（2 2）拱座的位置）拱座的位置当桥墩两侧孔径相等时，则拱座均设置当桥墩两侧孔径相等时，则拱座均设置在桥墩顶部的起拱线标高上，有时考虑在桥墩顶部的起拱线标高上，有时考虑桥面的纵坡，两侧的起拱线标高可以略桥面的纵坡，两侧的起拱线标高可以略有不同。当桥墩两侧的孔径不等，恒载有不同。当桥墩两侧的孔径不等，恒载水平推力不平衡时，将拱座设置在不同水平推力不平衡时，将拱座设置在不同的起拱线标高上。此时，桥墩墩身可在的起拱线标高上。此时，桥墩墩身可在推力小的一侧变坡或增大边坡。从外形推力小的一侧变坡或增大边坡。从外形美观上考虑，变坡点一般设在常水位以美观上考虑，变坡点一般设在常水位以下（图下（图13.2513.25）。）。墩身两侧边坡和梁桥的一样，一般也为墩身两侧边坡和梁桥的一样，一般也为20:130:120:130:1。第13页/共124页（3 3）墩顶以上构造）墩顶以上构造对于实腹式石拱桥，其墩顶以上部分通常做成与侧墙平齐的形式。对于实腹式石拱桥，其墩顶以上部分通常做成与侧墙平齐的形式。对于空腹式石拱桥或双曲拱桥的普通墩，常采用立墙式、立柱加盖对于空腹式石拱桥或双曲拱桥的普通墩，常采用立墙式、立柱加盖梁式或者采用跨越式。梁式或者采用跨越式。对于单向推力墩常采用立墙式和框架式。对于单向推力墩常采用立墙式和框架式。当采用立墙式时，为了检修的方便，墙中应设置过人孔；当采用立当采用立墙式时，为了检修的方便，墙中应设置过人孔；当采用立柱加盖梁或框架式时，则应按照钢筋混凝土结构进行设计配筋。柱加盖梁或框架式时，则应按照钢筋混凝土结构进行设计配筋。普通墩的顶宽，对于混凝土墩一般可按拱跨的普通墩的顶宽，对于混凝土墩一般可按拱跨的1/151/251/151/25，石砌墩，石砌墩可按拱跨的可按拱跨的1/101/201/101/20估算，其比值将随跨径的增大而减小，且不估算，其比值将随跨径的增大而减小，且不宜小于宜小于80cm80cm。对于单向推力墩，则按具体情况计算确定。对于单向推力墩，则按具体情况计算确定。为了缩减墩身长度，拱桥墩顶部分也可做成托盘形式。托盘可采用为了缩减墩身长度，拱桥墩顶部分也可做成托盘形式。托盘可采用C20C20混凝土，或仅布置构造钢筋。混凝土，或仅布置构造钢筋。第14页/共124页2.2.拱桥轻型桥墩拱桥轻型桥墩拱桥桥墩上所用的轻型桥墩拱桥桥墩上所用的轻型桥墩,一般为配合钻孔灌注桩基础的桩柱一般为配合钻孔灌注桩基础的桩柱式桥墩。式桥墩。从外形上看，它与梁桥上的桩柱式桥墩非常相似。其主要差别是：从外形上看，它与梁桥上的桩柱式桥墩非常相似。其主要差别是：在梁桥墩帽上设置支座，而在拱桥墩顶部分则设置拱座。在梁桥墩帽上设置支座，而在拱桥墩顶部分则设置拱座。当拱桥跨径在当拱桥跨径在10m10m左右时，常采用两根直径为左右时，常采用两根直径为1m1m的钻孔灌注桩；的钻孔灌注桩；跨径在跨径在20m20m左右时可采用两根直径为左右时可采用两根直径为1.2m1.2m或三根直径为或三根直径为1m1m的钻孔的钻孔灌注桩；跨径在灌注桩；跨径在30m30m左右时可采用三根直径为左右时可采用三根直径为1.21.3m1.21.3m的钻孔灌的钻孔灌注桩。桩墩较高时，应在桩间设置横系梁以增强桩柱刚性。注桩。桩墩较高时，应在桩间设置横系梁以增强桩柱刚性。桩柱式桥墩一般采用单排桩，跨径在桩柱式桥墩一般采用单排桩，跨径在4050m4050m以上的高墩，可采用以上的高墩，可采用双排桩。在桩顶设置承台，与墩柱联成整体。双排桩。在桩顶设置承台，与墩柱联成整体。如果柱与桩直接连接，则应在接合处设置横系梁。若柱高大于如果柱与桩直接连接，则应在接合处设置横系梁。若柱高大于68m68m时，还应在柱的中部设置横系梁。时，还应在柱的中部设置横系梁。第15页/共124页第16页/共124页在采用轻型桥墩的多孔拱桥中，每隔在采用轻型桥墩的多孔拱桥中，每隔3535孔应设单向推孔应设单向推力墩。当桥墩较矮或单向推力不大时，可以考虑一些轻力墩。当桥墩较矮或单向推力不大时，可以考虑一些轻型的单向推力墩，其优点是阻水面积小，并可节约圬工型的单向推力墩，其优点是阻水面积小，并可节约圬工体积。轻型的单向推力墩形式有：体积。轻型的单向推力墩形式有：1 1带三角杆件的单向推力墩。这种桥墩的特点是在普通带三角杆件的单向推力墩。这种桥墩的特点是在普通墩的墩柱上，从两侧对称地增设钢筋混凝土斜撑和水平墩的墩柱上，从两侧对称地增设钢筋混凝土斜撑和水平拉杆，用来提高抵抗水平推力的能力（图拉杆，用来提高抵抗水平推力的能力（图13.27a13.27a）。）。为了提高构件的抗裂性，可以采用预应力混凝土结构。为了提高构件的抗裂性，可以采用预应力混凝土结构。这种桥墩只在桥不太高的旱地上采用。这种桥墩只在桥不太高的旱地上采用。第17页/共124页2 2悬臂式单向推力墩。悬臂式单向推力墩的工作原理是，当该墩的一悬臂式单向推力墩。悬臂式单向推力墩的工作原理是，当该墩的一侧桥孔遭到破坏以后，可以通过另一侧拱座上的竖向分力与悬臂长侧桥孔遭到破坏以后，可以通过另一侧拱座上的竖向分力与悬臂长所构成的稳定力矩来平衡由拱的水平推力所导致的倾覆力矩（图所构成的稳定力矩来平衡由拱的水平推力所导致的倾覆力矩（图13.27b13.27b）。这种型式适用于两铰双曲拱桥。但由于墩身较薄，在受）。这种型式适用于两铰双曲拱桥。但由于墩身较薄，在受力后悬臂端会有一定位移，因而对于无铰拱来说会有附加内力发生力后悬臂端会有一定位移，因而对于无铰拱来说会有附加内力发生第18页/共124页第19页/共124页拱桥上常用的重力式桥台为拱桥上常用的重力式桥台为U U型桥台，其同梁式桥型桥台，其同梁式桥U U型桥型桥台一样亦由台帽、台身和基础三部分组成，其尺寸拟定台一样亦由台帽、台身和基础三部分组成，其尺寸拟定亦与梁桥基本相同。亦与梁桥基本相同。拱桥拱桥U U型桥台与梁桥型桥台与梁桥U U型桥台的差别在：在尺寸上，拱桥型桥台的差别在：在尺寸上，拱桥桥台由于承受很大的水平推力，因而一般要比梁桥大，桥台由于承受很大的水平推力，因而一般要比梁桥大，前墙顶宽可采用经验公式前墙顶宽可采用经验公式B=0.15L0B=0.15L0估算（估算（B B起拱线至起拱线至前墙背坡顶间的水平距离）；拱桥桥台台帽上要设置拱前墙背坡顶间的水平距离）；拱桥桥台台帽上要设置拱座，其构造和尺寸可参照桥墩的尺寸拟定；座，其构造和尺寸可参照桥墩的尺寸拟定；对于空腹式拱桥，在前墙顶面上还要砌筑背墙，用来挡对于空腹式拱桥，在前墙顶面上还要砌筑背墙，用来挡住路堤填土和支承腹拱；拱桥桥台前墙背坡坡度改为住路堤填土和支承腹拱；拱桥桥台前墙背坡坡度改为2:14:1,2:14:1,前坡改为前坡改为20:130:120:130:1或直立或直立第20页/共124页2.2.拱桥轻型桥台拱桥轻型桥台适用于小跨径拱桥和桥台水平位移量很小的情况。适用于小跨径拱桥和桥台水平位移量很小的情况。工作原理：当桥台受到拱的推力后，便发生绕基底形心轴而工作原理：当桥台受到拱的推力后，便发生绕基底形心轴而向路堤方向的转动，此时台后的土便产生抗力来平衡拱的推向路堤方向的转动，此时台后的土便产生抗力来平衡拱的推力，从而使桥台的尺寸大大地小于实体重力式桥台（约为力，从而使桥台的尺寸大大地小于实体重力式桥台（约为65%65%左右）。左右）。（1 1）八字形桥台）八字形桥台 八字形桥台的构造简单，台身由前墙和两侧的八字翼墙八字形桥台的构造简单，台身由前墙和两侧的八字翼墙构成。两者之间通常留沉降缝分砌。前墙可以是等厚度的，构成。两者之间通常留沉降缝分砌。前墙可以是等厚度的，也可以是变厚度的。变厚度台身的背坡为也可以是变厚度的。变厚度台身的背坡为2:14:12:14:1。翼墙的。翼墙的顶宽一般为顶宽一般为40cm40cm，前坡为，前坡为10:110:1，后坡为，后坡为5:15:1。为了防止基底。为了防止基底向河心滑动，基础应有一定的埋置深度。台后填土必须分层向河心滑动，基础应有一定的埋置深度。台后填土必须分层夯实，做好防护措施，防止受水流浸蚀冲刷。夯实，做好防护措施，防止受水流浸蚀冲刷。第21页/共124页（2 2）U U字形桥台字形桥台U U字形轻型桥台是由前墙和平行于车行方向的侧墙组成，构字形轻型桥台是由前墙和平行于车行方向的侧墙组成，构成成U U字形的水平截面。字形的水平截面。它与它与U U型重力式桥台的差别：后者是靠扩大桥台底面积，以型重力式桥台的差别：后者是靠扩大桥台底面积，以减小基底压力，并利用基底与地基的摩阻力和适当利用台背减小基底压力，并利用基底与地基的摩阻力和适当利用台背侧土压力，以平衡拱的水平推力。因此，基础底面积较轻型侧土压力，以平衡拱的水平推力。因此，基础底面积较轻型桥台的要大，通常从前墙一直延伸到侧墙尾端，侧墙与前墙桥台的要大，通常从前墙一直延伸到侧墙尾端，侧墙与前墙连成整体，而与拱上侧墙断开。连成整体，而与拱上侧墙断开。U U字形轻型桥台前墙的构造字形轻型桥台前墙的构造和八字形桥台相同，但侧墙却是拱上侧墙的延伸，它们之间和八字形桥台相同，但侧墙却是拱上侧墙的延伸，它们之间应设变形缝，以适应桥的可能变位。应设变形缝，以适应桥的可能变位。轻型桥台侧墙的顶宽一般为轻型桥台侧墙的顶宽一般为50cm50cm，内侧坡度为，内侧坡度为5:15:1，若有人，若有人行道，则上端做成等厚直墙，直到与按行道，则上端做成等厚直墙，直到与按5:15:1内坡相交为止，内坡相交为止，以下仍用以下仍用5:15:1的坡度。的坡度。第22页/共124页第23页/共124页（3 3）背撑式桥台）背撑式桥台当桥台较宽时，为了保证结构的强度和稳定性，可以在八字形当桥台较宽时，为了保证结构的强度和稳定性，可以在八字形或或U U字形桥台的前墙背后加一道或几道背撑，构成字形桥台的前墙背后加一道或几道背撑，构成字形、字形、E E字字形等水平截面形式的前墙（图形等水平截面形式的前墙（图13.3013.30）。背撑顶宽为）。背撑顶宽为303060cm60cm，厚度也为，厚度也为303060cm60cm，背坡为，背坡为3:13:15:15:1的梯形。这种桥台比的梯形。这种桥台比八字形桥台的稳定性要好，但土方开挖量及圬工体积都有增多。八字形桥台的稳定性要好，但土方开挖量及圬工体积都有增多。然而加背撑的然而加背撑的U U字形桥台却能适用于较大跨径的高桥和宽桥。字形桥台却能适用于较大跨径的高桥和宽桥。第24页/共124页（4 4）靠背式框架桥台）靠背式框架桥台这种桥台是用三角形框架把台帽、前壁、耳墙和设置在不这种桥台是用三角形框架把台帽、前壁、耳墙和设置在不同标高且具有不同斜度的分离式基础联接而成（图同标高且具有不同斜度的分离式基础联接而成（图13.3113.31）。这样，一方面它具有水平的和仰斜的基底，能）。这样，一方面它具有水平的和仰斜的基底，能够满足桥台在施工期间的稳定性，另一方面由于抵板比柱够满足桥台在施工期间的稳定性，另一方面由于抵板比柱脚基础位置高，并具有与老土紧贴的斜背面，能够合理地脚基础位置高，并具有与老土紧贴的斜背面，能够合理地承受主拱作用力。因而，结构轻巧，圬工量大为减少。水承受主拱作用力。因而，结构轻巧，圬工量大为减少。水平基础主要承受结构自重及部分荷重。在施工期间，整个平基础主要承受结构自重及部分荷重。在施工期间，整个结构有类似于锚杆式挡土墙。斜置基础设置在结构有类似于锚杆式挡土墙。斜置基础设置在L L形的基坑上，形的基坑上，其坡度等于挖方边坡。其坡度等于挖方边坡。优点是：受力合理、圬工体积小，比重力式桥台节约优点是：受力合理、圬工体积小，比重力式桥台节约85%85%左左右，且基坑挖方量小，尤其显著的是水中的挖方量要减少右，且基坑挖方量小，尤其显著的是水中的挖方量要减少很多。主要缺点是稍多用了一点钢筋。这种桥台适合于在很多。主要缺点是稍多用了一点钢筋。这种桥台适合于在非岩石地基上修建拱桥桥台。非岩石地基上修建拱桥桥台。第25页/共124页第26页/共124页（一）作用的计算桥梁上部结构恒载传至墩台的计算值，由桥梁支座反力计算确定。对于桥梁上部结构恒载传至墩台的计算值，由桥梁支座反力计算确定。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公路桥梁设计规范中，在考虑水的浮力时，对不同的土质和不同的计算内公路桥梁设计规范中，在考虑水的浮力时，对不同的土质和不同的计算内 容作了不同的规定。位于透水性地基上的墩台，在验算稳定时，应采用设容作了不同的规定。位于透水性地基上的墩台，在验算稳定时，应采用设 计高水位的浮力；在验算地基应力时，仅考虑低水位时的浮力，或不考虑计高水位的浮力；在验算地基应力时，仅考虑低水位时的浮力，或不考虑 水的浮力。基础嵌入不透水性地基的墩台，可不考虑水的浮力。当地基是水的浮力。基础嵌入不透水性地基的墩台，可不考虑水的浮力。当地基是 否透水未定时，按透水与不透水，以最不利荷载组合计算。否透水未定时，按透水与不透水，以最不利荷载组合计算。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。圬工的浮容重等于圬工容重减去水的容重，土的浮容重可浮容重来反映。圬工的浮容重等于圬工容重减去水的容重，土的浮容重可 以根据土质资料得到不同的物理指标，如天然容重、天然含水量、比重或以根据土质资料得到不同的物理指标，如天然容重、天然含水量、比重或 饱和容重等计算。饱和容重等计算。1、恒载和水的浮力第27页/共124页桥台土压力计算时，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（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。形成时，可按静止土压力计算。主动土压力主动土压力被动土压力被动土压力静止土压力静止土压力2、侧向土压力、侧向土压力第28页/共124页图2-7-11 台前溜坡的土压力计算图式第29页/共124页3 3、汽车荷载冲击力、汽车荷载冲击力 钢筋混凝土桩柱式墩台，以及其它轻型墩台，在计算汽车荷载钢筋混凝土桩柱式墩台，以及其它轻型墩台，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，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。冲击力的计算按公路桥涵设计规范因此，验算时可不计冲击影响。冲击力的计算按公路桥涵设计规范进行。进行。4 4、汽车荷载的制动力、汽车荷载的制动力 汽车荷载的制动力是桥梁墩台承受的主要纵向水平力之一，当汽汽车荷载的制动力是桥梁墩台承受的主要纵向水平力之一，当汽车荷载在桥上制动或减速时，在车轮与桥面之间产生相互作用力，车荷载在桥上制动或减速时，在车轮与桥面之间产生相互作用力，此时桥面受到方向与车辆行进方向相同的力，即称制动力，制动力此时桥面受到方向与车辆行进方向相同的力，即称制动力，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。动支座的底座面上。第30页/共124页作用在桥墩上的流水压力，可按公路桥涵设计规范的有关规定作用在桥墩上的流水压力，可按公路桥涵设计规范的有关规定计算。流水压力的合力作用点，假定在设计水位以下计算。流水压力的合力作用点，假定在设计水位以下1/31/3水水深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈倒三角形。深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈倒三角形。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。力、河流流冰产生的动压力等。5 5、流水压力及冰压力、流水压力及冰压力第31页/共124页6 6、船只或漂流的幢击力、船只或漂流的幢击力 船只或漂流物的撞击力，虽是桥梁墩台的偶然荷载，但是对桥墩结构船只或漂流物的撞击力，虽是桥梁墩台的偶然荷载，但是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。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7 7、地震力、地震力 在地震区建造的桥梁，地震力是一项十分重要和危害性大的偶然荷在地震区建造的桥梁，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。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。第32页/共124页13.2.1 13.2.1 重力式桥墩重力式桥墩1 1作用作用(荷载荷载)及其组合及其组合重力式桥墩的作用效应组合，是根据实际作用同时作用于桥墩的可能性进行重力式桥墩的作用效应组合，是根据实际作用同时作用于桥墩的可能性进行布载，同时使这样组合的作用在桥墩的计算截面产生最大的内力或偏心，即布载，同时使这样组合的作用在桥墩的计算截面产生最大的内力或偏心，即最不利的作用效应组合。它主要与墩身所要验算的内容有关，例如，墩身截最不利的作用效应组合。它主要与墩身所要验算的内容有关，例如，墩身截面的强度和偏心的验算，整个桥墩的纵向及横向稳定性验算等。其次，拱桥面的强度和偏心的验算，整个桥墩的纵向及横向稳定性验算等。其次，拱桥重力式桥墩与梁桥的除了有共同点之外，也还存在一些差异，例如拱桥不设重力式桥墩与梁桥的除了有共同点之外，也还存在一些差异，例如拱桥不设活动支座因而没有支座摩阻力；但它要计及各种作用在拱座处产生的水平推活动支座因而没有支座摩阻力；但它要计及各种作用在拱座处产生的水平推力和弯矩。在作用效应组合中应注意，作用于桥墩上的可变作用中有些作用力和弯矩。在作用效应组合中应注意，作用于桥墩上的可变作用中有些作用不应同时考虑。不应同时考虑。一般来说，由于桥墩受力的复杂性，很难在实际计算中事前判断哪一种作用一般来说，由于桥墩受力的复杂性，很难在实际计算中事前判断哪一种作用效应组合最为不利，而应该根据具体情况进行具体分析，对各种可能的最不效应组合最为不利，而应该根据具体情况进行具体分析，对各种可能的最不利作用效应组合进行计算，通过计算得出结论。利作用效应组合进行计算，通过计算得出结论。第33页/共124页下面将按梁桥和拱桥分别列出它们可能的作用效应组合。下面将按梁桥和拱桥分别列出它们可能的作用效应组合。（1 1）梁桥重力式桥墩作用效应组合梁桥重力式桥墩作用效应组合1 1）基本组合）基本组合顺桥方向的作用及其效应组合：顺桥方向的作用及其效应组合：第一种组合。按桥墩各计算截面上可能产生的最大竖向力的情第一种组合。按桥墩各计算截面上可能产生的最大竖向力的情况进行布载和组合，用以验算墩身强度和基底最大应力。布载况进行布载和组合，用以验算墩身强度和基底最大应力。布载方式为：除结构重力外，相邻两孔都满布车道荷载和人群荷载，方式为：除结构重力外，相邻两孔都满布车道荷载和人群荷载，同时，应考虑其它纵向力（制动力、支座摩阻力、纵向风力等）同时，应考虑其它纵向力（制动力、支座摩阻力、纵向风力等），如图，如图13.32(a)13.32(a)所示。所示。第34页/共124页图13.32 梁桥桥墩的作用组合图示G桥墩重力；Q水的浮力；PK车道荷载；Ngk上部结构重力引起在支座上的垂直反力；NQK活载引起在支座上的垂直反力；H制动力或支座摩阻力；FWL纵向风力；FWL1横向风力（墩身）；FWL2横向风力（上部结构）；FW流水压力或流冰压力；F撞击力。第35页/共124页第二种组合。按桥墩各计算截面在顺桥方向可能产生的最大偏心第二种组合。按桥墩各计算截面在顺桥方向可能产生的最大偏心距或最大弯矩进行布载和组合，用以验算墩身强度、基底应力、距或最大弯矩进行布载和组合，用以验算墩身强度、基底应力、偏心以及桥墩的稳定性。布载方式为：除结构重力外，只在一孔偏心以及桥墩的稳定性。布载方式为：除结构重力外，只在一孔布置车道荷载和人群荷载（不等跨时在较大跨径一孔布载），同布置车道荷载和人群荷载（不等跨时在较大跨径一孔布载），同时，应布置可能产生的其它纵向力，如图时，应布置可能产生的其它纵向力，如图13.32(b)13.32(b)所示。按此要所示。按此要求，可以进行如下作用效应组合：求，可以进行如下作用效应组合：1 1上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力（此组合验算地上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力（此组合验算地基承受永久荷载作用时的合力偏心距）。基承受永久荷载作用时的合力偏心距）。2 2上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人群荷载。群荷载。3 3上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人群荷载纵向风力制动力。群荷载纵向风力制动力。4 4上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人群荷载纵向风力支座摩阻力。群荷载纵向风力支座摩阻力。第36页/共124页横桥方向的作用及其效应组合：横桥方向的作用及其效应组合：横桥向（垂直于行车方向）作用是按桥墩各计算截面在横桥横桥向（垂直于行车方向）作用是按桥墩各计算截面在横桥方向上可能产生的最大偏心或最大弯矩情况进行布载和组合，方向上可能产生的最大偏心或最大弯矩情况进行布载和组合，用以验算横桥方向墩身强度、基底应力、偏心及桥墩稳定性，用以验算横桥方向墩身强度、基底应力、偏心及桥墩稳定性，如图如图13.32(c)13.32(c)所示。按此要求，可以进行如下作用效应组所示。按此要求，可以进行如下作用效应组合：合：1 1上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力双孔双行上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力双孔双行车道荷载（偏载）双孔单边人群荷载横向风力流水压车道荷载（偏载）双孔单边人群荷载横向风力流水压力（或流冰压力）。力（或流冰压力）。2 2上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力双孔单行上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力双孔单行车道荷载双孔单边人群荷载横向风力流水压力（或流车道荷载双孔单边人群荷载横向风力流水压力（或流冰压力）。冰压力）。第37页/共124页2 2）偶然组合）偶然组合1 1顺桥方向的作用及其效应组合顺桥方向的作用及其效应组合上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人群荷上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力车道荷载人群荷载船只或漂浮物撞击力。载船只或漂浮物撞击力。2 2横桥方向的作用及其效应组合横桥方向的作用及其效应组合上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力双孔双（单）行车上部结构自重计算截面以上桥墩重力浮力双孔双（单）行车道荷载双孔单边人群荷载船只或漂浮物撞击力。道荷载双孔单边人群荷载船只或漂浮物撞击力。3 3永久作用地震作用永久作用地震作用在进行偶然组合时，车道荷载、人群荷载等可变作用，可根据观测在进行偶然组合时，车道荷载、人群荷载等可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值，视具体情况，也可以不考虑可资料和工程经验取用适当的代表值，视具体情况，也可以不考虑可变作用效应参与组合。变作用效应参与组合。3 3）作用短期效应组合和作用长期效应组合）作用短期效应组合和作用长期效应组合对于柱式桥墩墩柱的抗裂验算，应按作用（或荷载）短期效应组合对于柱式桥墩墩柱的抗裂验算，应按作用（或荷载）短期效应组合并考虑长期效应影响进行计算，此时汽车荷载效应不计入冲击力的并考虑长期效应影响进行计算，此时汽车荷载效应不计入冲击力的影响。影响。第38页/共124页（2 2）拱桥重力式桥墩）拱桥重力式桥墩1 1）基本组合）基本组合顺桥方向的作用及其效应组合。顺桥方向的作用及其效应组合。对于普通桥墩应为相邻两孔的永久作用，在一孔或跨径较大的一孔对于普通桥墩应为相邻两孔的永久作用，在一孔或跨径较大的一孔满布可变作用的一种或几种，如汽车制动力、纵向风力、温度作用满布可变作用的一种或几种，如汽车制动力、纵向风力、温度作用等，并计及由此对桥墩产生不平衡水平推力、竖向力和弯矩（图等，并计及由此对桥墩产生不平衡水平推力、竖向力和弯矩（图13.3313.33）。）。对于单向推力墩则只考虑相邻两孔中跨径较大一孔的永久荷载作用对于单向推力墩则只考虑相邻两孔中跨径较大一孔的永久荷载作用力。力。13.3313.33中的符号意义如下：中的符号意义如下：G G 桥墩自重；桥墩自重；Q Q 水的浮力（仅在验算稳定时考虑）；水的浮力（仅在验算稳定时考虑）；第39页/共124页第40页/共124页第41页/共124页2 2）偶然组合）偶然组合拱桥重力式桥墩的作用效应偶然组合原理与梁桥的相似，可参拱桥重力式桥墩的作用效应偶然组合原理与梁桥的相似，可参考前述方式进行作用效应组合。考前述方式进行作用效应组合。以上所述的各种作用效应组合是对重力式桥墩而言的，对于其以上所述的各种作用效应组合是对重力式桥墩而言的，对于其它型式的桥墩，则要根据它们的构造和受力特点进行具体分析，它型式的桥墩，则要根据它们的构造和受力特点进行具体分析，然后参照上述的一般原则，进行个别的作用效应组合。这里要然后参照上述的一般原则，进行个别的作用效应组合。这里要提出注意的是：提出注意的是：1 1不论对于哪一种型式的桥墩，在计算中对于各种荷载组合都要不论对于哪一种型式的桥墩，在计算中对于各种荷载组合都要满足满足桥规桥规中所规定的强度安全系数和结构稳定系数。中所规定的强度安全系数和结构稳定系数。2 2桥规中还规定，在可变作用中，有些荷载不应同时考虑（见第桥规中还规定，在可变作用中，有些荷载不应同时考虑（见第一章表一章表1.151.15），例如在计入汽车制动力时，就不应同时计入流），例如在计入汽车制动力时，就不应同时计入流水压力、冰压力和支座摩阻力等。水压力、冰压力和支座摩阻力等。第42页/共124页2.2.重力式桥墩验算重力式桥墩验算重力式墩台强度偏心矩稳定圬工结构轻型桥墩、柱式桥墩：钢筋混凝土结构墩台身的基础顶面墩台帽及墩台帽交界处墩身截面墩台身截面突变处高墩验算截面第43页/共124页第44页/共124页第45页/共124页第46页/共124页第47页/共124页第48页/共124页第49页/共124页第50页/共124页第51页/共124页第52页/共124页 对于混凝土偏心受压构件，在表13.5规定的受压偏心距限值范围内，当按受压承载力计算时，假定受压区的法向应力图形为矩形，其应力取混凝土抗压强度设计值，此时，取轴向力作用点与受压区法向应力的合力作用点相重合的原则（图13.36）确定受压区面积。受压承载力应按下列公式计算：第53页/共124页1单向偏心受压受压区高度应按下列条件确定图13.36(a)：(13.10)矩形截面的受压承载力可按下列公式计算：(13.11)式中：轴向力设计值；弯曲平面内轴心受压构件弯曲系数，按表13.4采用；混凝土受压区面积；混凝土轴心抗压强度设计值；受压区混凝土法向应力合力作用点至截面重心的距离；轴向力的偏心距；矩形截面宽度；矩形截面高度。当构件弯曲平面外长细比大于弯曲平面内长细比时，尚应按轴心受压构件验算其承载力。第54页/共124页注：（注：（1 1）l0l0为计算长度，按表为计算长度，按表13.313.3采用。采用。（2 2）在计算）在计算l0/bl0/b或或l0/il0/i时，时，b b或或i i的取值：对于单向偏心的取值：对于单向偏心受压构件，取弯曲平面内截面高度或回转半径；对于轴心受压构件，取弯曲平面内截面高度或回转半径；对于轴心受压构件及双向偏心受压构件，取截面短边尺寸或截面最受压构件及双向偏心受压构件，取截面短边尺寸或截面最小回转半径。小回转半径。第55页/共124页2双向偏心受压受压区高度和宽度，应按下列条件确定图13.36(b)：(13.12)(13.13)矩形截面的偏心受压承载力可按下列公式计算：(13.14)式中：轴心受压构件弯曲系数，见表13.4；、受压区混凝土法向应力合力作用点分别在和轴方向至截面重心距离；、轴向力分别在和轴方向的偏心距。第56页/共124页(a)单向偏心受压 (b)双向偏心受压图13.36 混凝土构件偏心受压1-受压区重心（法向压应力合力作用点）；2-截面重心轴；e-单向偏心受压偏心距；ec-单向偏心受压法向应力合力作用点距重心轴距离；ex、ey-双向偏心受压在x方向、y方向的偏心距；ecx、ecy-双向偏心受压法向应力合力作用点在x、y方向的偏心距；Ac-受压区面积；hc、bc-矩形截面受压区高度、宽度。第57页/共124页当轴向力的偏心距超过表13.5的限值时，砌体和混凝土偏心受压构件的承载能力，应按下列公式计算：单向偏心：(13.15)双向偏心：(13.16)式中 轴向力设计值；A构件截面面积，对于组合截面应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；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；构件受拉边层的弯曲抗拉强度设计值；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，其值按公式（13.4）计算或查表13.4。第58页/共124页 3）墩身截面偏心距e验算桥墩承受偏心力作用时，为了防止由于偏心过大而使墩身丧失承载能力，应对其偏心距予以限制，即除满足公式（13.15）或公式（13.16）外，受压偏心距e应符合表13.5的限值要求。第59页/共124页第60页/共124页第61页/共124页第62页/共124页第63页/共124页第64页/共124页第65页/共124页第66页/共124页13.2.2 13.2.2 桩柱式桥墩计算特点桩柱式桥墩计算特点桩柱式桥墩的计算包括盖梁和
