桥梁墩台的计算

12.2桥梁墩台的计算

12.2.1 重力式桥墩

1．作用(荷载)及其组合

在第一章总论里，已经对公路桥涵设计所用的作用（荷载）及其组合作了详细介绍，本节仅结合桥墩计算所应考虑的内容予以阐述。

桥墩计算中考虑的永久作用为：

·上部结构的恒重对墩帽或拱座产生的支承反力，包括上部构造混凝土收缩及徐变作用；

·桥墩自重，包括在基础襟边上的土重；

·预加力，例如对装配式预应力空心桥墩所施加的预加力；

·基础变位作用，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长期变位的影响，并根据最终位移量按弹性理论计算构件截面的附加内力；

·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。对桩嵌入不透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透水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用组合，取其最不利者。

桥墩计算中考虑的可变作用为：

·作用在上部结构的车道荷载，对于钢筋混凝土柱式墩台应计入冲击力，对于重力式墩台则不计冲击力；

·人群荷载；

·作用在上部结构和墩身上的纵、横向风力；

·车道荷载制动力；

·作用在墩身上的流水压力；

·作用在墩身上的冰压力；

·上部结构因温度变化对桥墩产生的附加力；

·支座摩阻力。

作用于桥墩上的偶然作用为：

·地震作用；

·作用在墩身上的船只或漂浮物的撞击作用。

上述各种作用的计算方法可参见第一章相关内容和《桥规》（JTG D60）有关条文。

重力式桥墩的作用效应组合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。应根据可能出现的各种作用情况进行最不利的作用效应组合。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。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）梁桥重力式桥墩

1）第一种组合。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。它是用来验算墩身强度和基底最大应力。因此，除了有关的永久作用外，应在相邻两跨满布可变作用的一种或几种（图12.32a）。

仅在验算稳定时考虑）；

N gk ， N Qk 支点反力影响线求得； Fbk 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。 图12.33中的符号意义如下：

G ——桥墩自重；

Q ——水的浮力（gk

′——相邻两孔拱脚处因结构自重产生的竖向反力；N ——与车道荷载及人群荷载产生的H Qk 最大值相对应的拱脚竖向反力，可按

N ——由桥面处制动力F bk 引起的拱脚竖向反力，即l

h

F N bk =

，其中h 为桥Fbk ；

H gk ，——不计弹性压缩时在拱脚处由结构自重引起的水平推力； H gk 和相面至拱脚的高度，为拱的计算跨径(图12.33b)l gk

H ′gk ，∆——由结构自重产生弹性压缩所引起的拱脚水平推力，方向与H ∆gk

H ′gk H ′反；

H Qk ——在两孔中较大的一孔上由车道荷载及人群荷载所引起的拱脚最大水

H Fbk ——在拱脚处的水平推力，按两个拱脚平均分配计算，即

相邻平推力；

制动力引起2

bk

F H =

Fbk ； H t ，——温度变化引起在拱脚处的水平推力（图示方向为温度上升，降温时则方

向相反）；

H r ，——拱圈材料收缩引起的拱脚水平拉力； ，——结构自重引起的拱脚弯矩； ——由车道荷载及人群荷载引起的拱脚弯矩，由于它是按达到最大值时

的活载布置计算的，故产生的拱脚弯矩很小，可以忽略不计；

，——温度变化引起的拱脚弯矩；，——拱圈材料收缩引起的拱脚弯矩；

——墩身纵向风力；

2）横桥向的作用及其组合。在横桥

力、它们式的桥墩，的强计入2. 重力式桥墩验算

组合的t H ′r

H ′gk M gk

M ′Qk M Qk H t M t M ′

r M r M ′WL F 制设计。

以上所的构造和受力特点进行具体分析，这里要提出注意的是：

○1不论对于哪一种型度安全系数和结构稳定系数。

○2桥规中还规定，在可变作用中H Σ表示）以及绕该截面x —x 轴和y —y M 和M Σ表示），如图12.35所示。（1）桥墩墩身强度验算

对于较用x Σ算内容和计算方法基本相同，均应满足变处y 截面；对于较高的桥墩，

底部 个截面上的外力应按顺桥方向和横桥方向分别进行作用效应组

合，，这时应沿竖向每隔2~3米验算一个截面，其步骤如下：图12.34 墩身底截面强度验算

1）内力计算。作用于每以求得相应的竖向力N Σ、水平力H Σ和弯矩M Σ。

2）截面强度的验算。轴心受压心受压对于和偏的桥墩，可按《桥规》（JTJ022-85）第3.0.02条中有关公式进行验算。如果不满足要求时，就应修改墩身截面尺寸，重新验算。

3）偏心距e 的验算。桥墩承受偏心受压荷载时，其偏心距N

M

e ΣΣ=

不得超过《桥规》0

（JTJ022-85）表3.0.2-1中规定的容许值。抗震验算时，截面偏心距应小于或等于2.4倍的验算。当拱桥相邻两孔的推力不相等时，常常要验算拱座底截面的抗剪强度桥跨结构的正常使用，对于高度超过20m 的重力式桥墩应验算截面核心半径。

4）抗剪强度的。当构件为通缝受剪时，可按桥规中有关公式验算。如果是采用无支架吊装的双曲拱桥时，以及在裸拱情况下卸落拱架时，都应按照该阶段的作用效应组合进行这项验算。

（2）墩顶水平位移的验算

墩顶过大的水平位移会影响墩顶水平方向的弹性位移。桥规规定墩顶端水平位移的容许极限值为：

l 5.0≤∆ （12.3）

式中：

3方向l ∆（1顺桥方向

横桥方向

式中：

max σN a 、 [b σ]