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1、1,Modular Unit-0902 墩 台 计 算,2,主 要 内 容,1、作 用 及 其 组 合2、重 力 式 桥 墩 的 计 算3、重 力 式 桥 台 的 计 算 特 点4、桩 柱 式 桥 墩 计 算 简 介,3,1、作用及其组合,桥墩计算时应考虑的作用：11、永久作用12、可变作用13、偶然作用作用的组合14、梁桥重力式桥墩的作用组合15、拱桥重力式桥墩的作用组合,4,11、永久作用,1、恒载产生的支承反力作用于墩帽、拱座；含上部砼的收缩、徐变影响力；2、桥墩自重含襟边以上的土重力3、预应力指施加了预应力的桥墩,5,11、永久作用（续）,4、基础变位作用对于超静定结构而言；长期 荷载
2、下的地基压缩（非岩基）；5、浮力透水性地基上必须计入；不透水地基且为嵌入式基础，可不计；不能肯定时，分别计算并比较，取不利者；最不利组合原则：稳定验算高水位浮力；基地应力验算低水位浮力。,6,12、可变作用,1、汽车钢砼柱式墩台计冲击作用，重力式不计冲击；3、人群4、风力纵、横向，上、下部；5、制动力汽车6、流水压力7、流冰压力寒冷地区8、上部梁端伸缩（温变）对墩台产生的水平力9、支座摩阻,7,13、偶然作用,1、地震力抗震设防标准从规范。2、船只或漂流物的撞击力 与防护措施有关船只撞击与航道等级有关，流冰撞击严寒区，其它漂流物撞击（特殊要求）3、汽车撞击下部结构不考虑汽车撞击,8,1-4、梁
3、桥重力式桥墩的作用效应组合（1）,1、按桥墩各截面 可能产生的最大竖向力布载：1）验算目的：墩身强度基地最大应力；2）布载基本原则：永久荷载双侧满布活载；Pk位于墩顶截面重心,最大竖向力双侧满布活载,9,1-4、梁桥重力式桥墩的荷作用效应组合（2）,2、按桥墩各截面 在纵桥向可能产生的最大偏心、最大弯矩竖布载：1）验算目的：墩身强度、基地应力、偏心验算、墩身稳定性 2）布载基本原则：永久荷载活载靠边单侧（大跨一侧）满布；其它纵向力按规范组合风力、制动力、摩阻力等,最大纵向偏载单侧满布活载,10,1-4、梁桥重力式桥墩的荷作用效应组合（3）,3、按桥墩各截面 在横桥向可能产生的最大偏心、最大弯矩
4、竖布载：1）验算目的横桥向的相关指标：墩身强度、基地应力、偏心验算、墩身稳定性；2）布载基本原则：永久荷载活载靠行车道边布置；也有可能在无活载时横向最不稳定！其它横向力按规范组合：横向风力、流水（流冰）压力、撞击力等。,11,15、拱桥重力式桥墩的作用组合（1）,1、顺桥向作用组合1）普通墩验算目的、布载原理与梁桥相同；与梁桥的主要区别：由于推力的存在，使偏载机会大增；多为超静定结构，引起附加反力（温变等）的因素必须考虑；凡引起上部结构内力变化的因素，都须考虑其在下部产生的不平衡推力；,12,15、拱桥重力式桥墩的作用组合（2）,2）单向推力墩仅计及较大一孔的永久荷载；不计活载作用。2、横桥向
5、的作用组合对于公路桥梁，由于拱桥存在较大的水平推力，故横桥向一般不控制设计。必要时，其横向荷载组合与梁桥同。,13,作用效应组合的注意事项,1）服从桥规规定；2）其它可变荷载中，有些荷载在考虑其同时出现的频率后，规范做出了不同时组合的规定，必须加以注意。如“制动力”与“流水、流冰压力”“支座摩阻力”不同时组合等。,14,2、重力式桥墩的计算,概要拱桥、梁桥桥墩的共同点：外力均可合成为：竖向合力、水平合力、在X、Y方向的弯矩。二者仅荷载组合有所不同，但墩的计算方法、内容基本一样。内容提要：21 墩身强度验算22 墩顶水平位移计算23 基底土的承载力、偏心距验算24 整体稳定性验算,15,21 墩
6、身强度验算,强度验算通式,荷载效应函数,结构抗力函数,荷载在结构上的效应,材料或砌体极限强度,结构重要性系数,结构几何尺寸,材料或砌体安全系数,荷载组合系数,荷载安全系数,相关系数按规范取值,16,2-1-1、验算截面的确定矮墩：底面、突变处；高墩：除底面、突变处外，竖向 每23m取一个。2-1-2、内力计算按荷载组合，求得每个截面的：竖向合力 N水平合力H弯 矩 M,21 墩身强度验算（1）,17,21 墩身强度验算（2）,2-1-3、抗压强度验算轴压或偏压构件，正截面强度按下式计算：,纵向力偏心系数按规范计,材料安全系数,结构纵向力,构件截面积,材料抗压极限强度,验算不能通过时，修改墩身截
7、面尺寸，重新验算,18,21 墩身强度验算（3）,2-1-4、截面偏心距验算:eo=M/N eo2-1-5、抗剪强度验算：拱座截面在相邻两孔推力不等时，需验算抗剪强度。通缝受剪，按桥规计算；无支架吊装肋拱、裸拱时卸架等，也需验算。,19,22 墩顶水平位移计算,要求：高墩（20m）需验算；计算图式：把桥墩视作：固定在基础顶面的悬臂梁。不考虑上部结构对墩的变形约束。位移计算纵向力引起的位移：考虑荷载：制动力、风力，偏心的支反力；1 不均匀沉降引起的位移：不均匀沉降倾角 水平位移c 判据：,相邻两跨最小跨径，小于25m按25m计,20,23 基底土的承载力、偏心距验算（1）,2-3-1、基底承载力
8、验算1）一般情况：竖向力 的合力点在截面核心之内：按顺桥向、横桥向分别验算偏心方向的基底应力。判据：最大应力容许应力2）竖向力 的合力点在截面核心之外：因不考虑基底土受拉力，应计及基底应力重分布。详后,21,23 基底土的承载力、偏心距验算（2）,2-3-2、基底偏心距验算：验算目的：防止因偏心过大最小应力、最大应力相差过大，导致不均匀沉降过大；判据：偏心距不超过“容许值”截面核心半径的一定比例。“容许值”与基底条件有关。基底土质不同，其抵抗变形的能力也不同，故对不均匀压力的敏感程度也不同。详见规范规定。,22,23 基底土的承载力、偏心距验算（3）,应力重分布问题：1）重分布前后，基底应力的
9、合力不变：2）重分布前后，基底应力的合力矩不变：则(x 方向)：N(b/2 cx/3)=Nex cx=3(b/2 ex)同理：cy=3(a/2 ey)3)顺桥向、横桥向的最大应力分别为：2N/acx、2N/acy;二者均应小于容许应力。,23,24 整体稳定性验算,稳定性包括:-倾覆稳定-滑动稳定2-4-1、倾覆稳定验算：-以倾覆力矩不超过稳定力矩、并考虑一定的安全储备为限。,24,241、倾覆稳定验算,抗倾覆稳定系数如下：,1)即：Ko=截面中心至边缘的距离/所有外力偏心距；2)Ko的值必须大于1，具体限制随荷载组合情况有所不同（1.2/1.3/1.5）,25,242、滑动稳定验算,以水平推
10、力不超过摩阻力、并考虑一定的安全储备为限。抗滑动稳定系数如下：,1)摩擦系数与基底土的性质有关2)Kc值大必须于1，随荷载组合情况有所不同（1.2/1.3）,26,3、重力式桥台的计算特点,重力式桥台的强度、偏心距、稳定性和地基应力的验算也与重力式桥墩基本相同；只作顺桥方向的验算；在受力上，桥台与桥墩不同的是：桥台要承受台后填土的侧压力，而且这种侧压力对桥台的尺寸影响很大。验算基础顶面的台身砌体强度时：如桥台截面的各部分尺寸满足桥规有关规定，则应把桥台的侧墙和前墙作为整体来考虑受力；否则，台身（桥台前墙）应按独立的挡土墙计算。,27,4 桩柱式桥墩计算简介,41 盖梁计算4-1-1计算图式(1
11、)盖梁的刚度足够大（与桩柱的刚度比5）时,忽略柱的弹性约束：a双柱式按简支梁或悬臂梁计算；b多柱式按连续梁计算。(2)当盖梁的刚度与桩柱的刚度比小于5，或桥墩承受较大横向力时，作为横向框架的一部分进行验算。(3)当盖梁计算跨径与梁高之比较小（简支梁小于2、连续梁小于2.5）时，（从桥规）按深梁计算。,28,41 盖梁计算（续1）,4-1-2荷载 主要有：上部结构恒载及活载(汽车计冲击)引起的支座反力、盖梁自重。4-1-3计算方法公路桥梁多采用双柱式，且盖梁与桩柱的刚度比往往大于5，故通常按简支梁或双悬臂梁计算。内力计算时控制截面一般在支点、跨中；荷载纵、横向分布的影响：参照装配式简支梁主梁梁肋
12、；,29,41 盖梁计算（续2）,荷载纵向分布：活载通过支座传递：盖梁计算截面处（上部）支反力影响线最不利布载相应最大支反力。荷载横向分布：盖梁控制截面的内力横向影响线最不利布载 控制截面内力。计算跨中正弯矩活载对称布置;计算支点负弯矩活载非对称布置。,30,41 盖梁计算（续3）,4-1-4注意事项(1)盖梁内力计算:可考虑桩柱支承宽度对弯矩的削峰作用。(2)必要时考虑盖梁受到扭矩作用：桥墩沿纵向的水平力将对对盖梁产生扭矩；纵桥向有两排支座时，上部结构活载偏心力将对盖梁产生扭矩。,31,42、桩柱的计算,桩柱式墩一般分刚性和柔性两种。刚性桩柱计算方法同重力式桥墩柔性桩柱的受力与桥梁整体结构类
13、型有关。橡胶支座在水平力作用下可有微小的水平位移，故：计算图式一般按：在节点处设水平弹簧支承对待：,32,42、桩柱的计算（续1）,4-2-1外力计算墩上的恒载：上部恒载支反力、盖梁及桩柱自重；桩柱承受的活载：按设计荷载进行最不利动态加载经恒载、活载等组合，求得最不利的组合值。桥墩的水平力：温变支座摩阻力、制动力等。,33,42、桩柱的计算（续2）,4-2-2内力计算借助于计算机技术，目前多广泛采用有限元法；按桩、土、柱、梁等上、下部结构联合计算；这是一种最合理、最准确、最为简便的方法。对于柔性墩简支梁桥：一次迭代法、三推力方程法仍在使用。而集成刚度法、柔度传递法：主要用于柔性墩连续梁桥计算；,34,42、桩柱的计算（续3）,4-2-3墩顶位移计算柔性墩，必须验算墩顶位移（）。在不考虑桩基变位影响时，一般图式：上部传递下来的承受弯矩、水平力作用于墩顶；风力可按沿墩高均布；水压力可按沿墩高呈梯形分布；等截面可按力学方法计算；变截面一般采用近似计算；如桩基本身发生变位（0、0），则必须计入：总=0+0 H,
