桥梁墩台的构造与设计

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桥梁工程(BridgeEngineering)授课人：王智超土木工程与力学学院 第五篇桥梁墩台 第一章桥梁墩台的构造与设计1-1桥梁墩台概述1-2梁桥墩台1-3拱桥墩台-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 第一节桥梁墩台概述一、桥梁墩台的作用与要求桥梁墩台是桥墩和桥台的合称，是支承桥梁上部结构的结构物，它与基础统称为桥梁下部结构，主要作用是承受上部结构传来的荷载,并将它及本身自重传给地基。桥墩支承相邻的两孔桥跨，居于桥梁的中间部位。桥台居于全桥的两端，它的前端支承桥跨,后端与路基衔接，起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。安全耐久、造价低、易维护且成本低、施工方便且工期短、美学上的要求等。 二、桥梁墩台的基本组成与类型1.基本组成一般由墩(台)帽(或拱座)、墩(台)身和基础三部分组成。 2.墩台的基本类型桥梁上最常用、最基本的墩台类型，总体上可分为重力式墩台和轻型墩台两种。1)重力式墩台主要特点：墩、台身比较厚实，以自身重力（及桥跨重力）平衡外力，获得强度与稳定性；可以不配置钢筋，用天然石材或片石混凝土砌筑；刚度大、防撞能力强；适用于：地基承载力高、浅基岩；在砂石料方便的地区；流冰、漂浮物较多的河流中。主要缺点：圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大，对地基要求较高。 2)轻型墩台主要特点：自重小、节省圬工；刚度小，受力后允许在一定的范围内发生弹性变形；抗冲击能力差；以钢筋混凝土和少量配筋的混凝土为主，也有一些轻型墩台可用石料砌筑。外形轻巧美观，是目前公路桥梁中广泛采用的墩台型式之一，特别是在较宽较大的城市立交桥和高架桥中。墩台选用时必须根据桥位处的地形、地质、水文和施工条件等因素综合考虑确定。 3.墩台的基础及分类墩台基础是桥梁墩台结构直接与地基接触的部分，主要承受墩台身传来的荷载。常用的墩台基础分为以下几类：①浅埋基础(刚型和柔性扩大基础)；②深基础(桩基础和沉井基础)③深水基础。桥梁基础工程发展到今天，已经不受水文地质条件的控制，但由于基础工程在地面以下或水中，增加工程的复杂程度。在施工中，应根据基础的不同形式而采取相应的施工措施。在桥梁的总体设计中，下部结构的选型对整个设计方案有较大的影响。合理的选型会使上、下部结构协调一致、轻巧美观。近年来我国建造的桥梁，下部结构的造型也有了显著的变化，反映在向着轻型、薄壁、注意造型的方向发展。对于城市立交桥、高架桥下部结构的选型就更应显示出桥梁美学的功能。 受力第二节梁桥墩台一、梁桥桥墩的构造构造实体墩空心墩柱式墩框架墩等刚性墩柔性墩截面形式矩形圆形圆端形尖端形施工工艺就地浇(砌)筑桥墩预制安装桥墩 多用于无水或静水处多用于水流斜交角小于15°多用于河流急弯、流向不固定或与水流斜交角大于15° 1.实体式桥墩按其截面尺寸及重量的不同又可分为实体重力式桥墩和实体轻型桥墩。主要靠自身的重量（包括桥跨结构重力）平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。（1）矩形墩（2）圆形桥墩（3）圆端形桥墩 1)墩帽的构造及其平面尺寸支座下局部承压，应予加强并有一定厚度，以利传力至墩身；厚≥40cm（中小桥30cm；特大、大跨径桥梁50cm）；砼≥C20，加配构造筋；檐口：宽5～10cm；125~10cm墩帽构造1-支座2-墩帽顺桥向的墩帽宽度b式中：双排支座：f——相邻两跨支座的中心距；c1——顺桥向支座垫板至墩身边缘最小距离；c2——檐口宽度，50mm～l00mm。桥向跨径顺桥向(cm)横桥向(cm)圆弧形端头(自支座角量起)矩形端头大桥252540中桥202030小桥151520支座边缘到墩台身边缘的最小距离注：(1)采用钢筋混凝土悬臂式墩台帽时，上述最小距离为支座至墩台帽边缘距离；(2)跨径100m及以上的桥梁，应按实际情况而定。 顺桥向的墩帽宽度b：单排支座：不等高梁双排支座： 横桥向的墩帽最小宽度B：B=两侧主梁间距(B1)+支座横向宽度(a1)+2cl+2c2多片主梁:箱形梁:B=两边支座中心距(B2)+a1+2cl+2c2 2)墩身重力式墩身墩身顶宽≥0.8m/1.0m（小/中桥,大桥视上部结构类型而定）;由块石、浆砌片石、混凝土或钢筋混凝土(≥MU40/30,≥C25/20,≥M7.5/5)等材料建造;因抗倾覆稳定依赖于墩身重力，故不可太小；侧坡：30:1～20:1（小跨且矮墩径可无侧坡）；破冰棱可采用石材(≥MU60)或混凝土预制块镶面（≥C40，在迎水表面埋设钢板或角钢），镶面砌筑的砂浆（≥M20）。≥100cm≤50cm倾斜度为3:1～10:1 实体薄壁桥墩可用钢筋混凝土材料做成，一般不设侧坡。可以显著减少巧工体积，因而被广泛使用于中、小跨径的桥梁中，其抗冲击力较差，不宜用在流速大并夹有大量泥砂的河流，或可能有船舶、冰、漂流物撞击的河流。钢筋混凝土薄壁桥墩 空心桥墩有两种形式：一种为部分镂空实体桥墩，另一种为薄壁空心桥墩。2.空心式桥墩对于高大的桥墩或位于软弱地基桥位的桥墩，为了减少巧工体积、减轻自重以及减小地基的负荷，可将墩身内部做成空腔体或部分空腔体，形成空心桥墩。它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。钢筋砼构件，配筋率0.5%左右；C20～30；壁厚：30～50cm；宜设水平隔板；40m以上高墩，不论壁厚均设，间距6～10m；墩身表层内应设置钢筋网，其面积≥每米250mm2，间距≤40cm。部分镂空：端部实体过渡段。薄壁空心： 3.柱（桩）式桥墩柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式，由承台、柱式墩身和盖梁三部分组成，具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，特别适用于宽度较大的城市桥梁和立交桥。常用的柱式桥墩的型式：单柱式、双柱式、哑铃式以及混合双柱式四种。 盖梁各截面尺寸与配筋需通过受力计算确定：采用的混凝土≥C25；内应设箍筋≥8mm，间距≤20cm；两侧面应设纵向水平钢筋，直径≥12mm，间距≤20cm。墩柱的核心截面:为直径60～150cm的圆形或矩形、六角形等,采用C20～C30的钢筋混凝土;竖向受力钢筋的直径应≥12mm，配筋率应≥0.4%，箍筋≥6mm。桩(或柱)的横系梁截面高度和宽度：取0.8～1.0倍的桩(或0.6～0.8倍的柱)直径或矩形墩柱纵桥向边长；横系梁一般不直接承受外力，可不作内力计算配筋，其截面构造钢筋配筋率≥0.1%，截面四角应设置直径≥16mm的纵向钢筋，并设直径≥8mm的箍筋，箍筋间距≤横系梁的短边尺寸或40cm。构造要点： 柔性排架桩墩由成排的钢筋混凝土桩顶端连以钢筋混凝土盖梁而成。4.柔性排架桩墩墩高4.0～5.0m墩高≥5.0m特点：材料用量省，修建简单，施工速度快，但其缺点是用钢量大，使用高度和承载能力都受到一定的限制。 对于钻孔灌注桩排架墩，其桩的直径≤90cm，桩间距≥2.5倍的成孔直径，其盖梁的宽度一般比桩径大10～20cm，高度根据受力计算和构造要求而确定。对于预制钢筋混凝土方桩排架墩，其桩的截面尺寸与桩长有关。桩长≤10m时，横截面尺寸为30cm×30cm;桩长在10～14m时，为35cm×35cm;桩长＞15m时，采用40cm×40cm。桩间距≥3倍桩边长，一般为1.5～2.0m，盖梁一般为矩形截面，高度在40～50cm，单排架桩墩盖梁的宽度采用60～80cm。柔性排架桩墩在构造上应注意以下几点: 5.框架式桥墩框架墩的墩身是采用受力明确的压弯和挠曲构件组成的平面框架。在横桥向可以做成双层或多层的空间框架受力体系；在桥梁纵、横向可建成V形、Y形或X形的墩身结构，在现代混凝土梁桥中较常采用。V形桥墩和Y形桥墩211a)1-预制梁2-接头211b)特点：减轻墩身重量，节约圬工材料，较美观。刚度较大，适用性广，并可与桩基配合使用。缺点：模板工程较复杂，柱间空间小，易于阻滞漂浮物适用：多在水深不大的浅基础或高桩承台上采用，而避免在深水，深基础及漂浮物多，有木筏的河道上采用。 二、梁桥桥台的构造梁桥桥台从构造上可分为重力式桥台、轻型桥台和组合式桥台三种类型。1.重力式桥台重力式桥台主要靠自身重力来平衡台后的土侧压力，桥台台身一般由巧工材料采用就地浇(砌)筑施工建成。常用的种类有重力式U形桥台等。 台帽:1)对于大桥，预制≥C30，现浇≥C25,小桥，预制≥C25，现浇≥C20；2)厚度，对于大跨径≥50cm，对于中小跨径≥40cm。台身: 2.轻型桥台常用的轻型桥台可分为:设有支撑梁的轻型桥台、框架式轻型桥台以及薄壁轻型桥台等几种类型。1）设有支撑梁的轻型桥台按照翼墙的形式和布置方式可分为:一字形轻型桥台、八字形轻型桥台、耳墙式轻型桥台。台墙厚度≥60cm支撑梁应设于铺砌层或冲刷线以下，中距宜为2～3m,截面尺寸≥20cm×30cm适用于跨径≤13m、桥孔≤3孔的梁(板)桥。 2)框架式桥台适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。常用的构造形式有三种:肋板式桥台、柱式桥台、构架式桥台。肋板式桥台:台身高度≥10m时,设置系梁，盖梁、系梁和耳墙采用的混凝土≥C25，肋板厚度在40～80cm,混凝土≥C20。柱式桥台：用于填土高度＜5m的桥台，柱间不需设置系梁。构架式桥台:它既比柱式桥台具有更好的刚度，又比肋板式桥台更节省巧工用量,可用于填土高度＞5m的桥台。 3)钢筋混凝土薄壁桥台悬臂式扶壁式撑墙式箱式扶壁间距为2.5～3.5m 4)实体埋置式桥台适用：桥头为浅滩，溜坡受冲刷较小且路堤填土高度达8m以上的多跨桥的高桥台。耳墙长度≤3～4m，厚度为15～30cm，后端高度为50cm,前端高度为100～250cm，应将主筋伸入台帽借以锚固。采用的混凝土≥C25，台身和基础为M7.5浆砌MU40块石，溜坡表面宜采用M5浆砌MU30片石作铺砌护坡。 组合式桥台是由主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力的台体，与承受台后土压力的其他结构组合而成。常用的型式有加筋土桥台、过梁式框架桥台以及台墙隔离桥台。3.组合式桥台1)加筋土桥台适用于台高5～6m的跨线桥或台位不受河水冲刷的中、小跨径桥。（分离式）（结合式） 2)过梁式框架组合桥台3)台墙隔离组合桥台 第三节拱桥墩台一、拱桥桥墩的构造1.重力式桥墩b1≥80cm，混凝土b1=1/15～/25拱跨，石砌b1=1/10～/20拱跨墩身两侧斜面坡可为20:1～30:1 2.轻型桥墩拱桥的轻型桥墩有桩柱式桥墩和斜撑式桥墩几种类型，目前所用的拱桥轻型桥墩，一般为配合钻孔灌注桩基础的柱式桩墩。当拱桥跨径在10m左右时，常采用两根直径为100cm的钻孔灌注桩;跨径在20m左右时可采用两根直径为120cm或三根直径为100cm的钻孔灌注桩;跨径在30m左右时可采用三根直径为120～130cm的钻孔灌注桩。 二、拱桥桥台的构造1.重力式桥台2.轻型桥台拱桥常用的重力式桥台是U形桥台，与梁桥中的U形桥台相比，在结构构造上除在拱座和前墙两部分有所差别外，其余部分也基本相同。常用的轻型桥台有:八字形桥台、U字形桥台、背撑式桥台、空腹式桥台和齿槛式桥台。 1)八字形桥台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2:1～4:1，翼墙的顶宽一般为40cm。前坡为10:1，后坡为5:1。为了防止基底向桥跨滑动，基础应有一定埋置深度。2)U字形桥台前墙与侧墙之间应设变形缝，以适应桥跨的可能变位。 3)背撑式桥台当桥台较宽时，为了保证结构的强度和稳定性，可以在八字形或U字形的前墙背后加一道或几道背撑，构成∏字形、E字形等水平截面形式的前墙。 4)空腹式桥台空腹式桥台是由前墙、后墙、基础板和撑墙等部分组成。在前后墙之间设置3～4道撑墙，作为传力构件，并对后墙起到扶壁、对基础板起到加劲作用，最外边的撑墙可以做成阶梯踏步，供人们上下河岸，空腹可以是敞口的，也可以是封闭的。这种桥台一般是在软土地基、河床无冲刷或冲刷轻微、水位变化小的桥位上采用。 5)齿槛式桥台齿槛式桥台是由前墙、侧墙、后墙底板和撑墙几个部分组成。其结构特点是:基底面积较大，可以支承一定的垂直压力;底板下的齿槛可以增加摩擦和抗滑的稳定性;台背做成斜挡板，利用它背面的原状土和前墙背面的新填土，共同平衡拱的水平推力;前墙与后墙板之间的撑墙可以提高结构的刚度。齿槛的宽度和深度一般不小于50cm。这种桥台适用于软土地基和路堤较低的中、小跨径拱桥。 3.组合式桥台组合式桥台由前台和后座两部分组成，前台的桩基或沉井基础承受拱的竖向力，台后的主动土压力以及后座基底的摩擦力来平衡拱的水平推力。考虑到主拱水平推力向后传递时有向下扩散的影响，后座基底标高应低于拱脚截面底缘的标高。前台台身与后座两部分之间必须密切贴合，其间应设置成既密贴又可相互自由沉降的隔离缝，以适应两者的不均匀沉降。