同济大学桥梁工程课件

三、桥墩防撞 流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞击力和大面积 流冰堆积现象以及流冰对桥墩的磨损。对此，在中等以上流冰河道（冰 厚大于0.5 m，流水速度1 m/s左右）及有大量漂流物的河道，应在迎水 方向设置破冰棱体 航运繁忙的河道，船只往往因突发原因引起航行失控，或是因能 见度低造成船舶与桥墩相撞。桥墩在设计中不但要有一定抵抗船舶冲 击荷载的能力，还要考虑采用缓冲装置和保护系统，预防或改变船只 冲击荷载的方向或减少对桥墩的冲击荷载，不使其破坏
总之，在墩台设计计算过程中，应根据墩台的受力与工作阶段，给 出可能同时作用荷载的组合，以确定出最不利的受力状态。
（一）荷载的计算
1、恒载和水的浮力
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
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 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 否透水未定时，按透水与不透水，以最不利荷载组合计算。
３）桥墩承受最大横桥方向的偏载、最大竖向荷载。可按公路桥梁设计规 范中的组合I、II、III、IV荷载内容组合。
４）桥墩在施工阶段的受力验算。按组合V 进行验算。
５）需要进行地震力验算的桥墩，还要按组合VI进行验算。 各种不同的荷载组合，均应满足公路桥涵设计规范中所规定的强度安 全系数、容许偏心距和稳定系数。
在所有荷载中，车辆荷载的变动对荷载组合起着支配作用。
验算墩身强度 在用在墩身截面的合力偏心矩 桥墩的稳定性 桥墩 因此，需根据不同的验算内容选择各种可能的最不利荷载组合。
图2-7-13 产生最大竖向荷载时的外力组合
图2-7-14 桥梁横向布载情况
１）桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载的组合。可按公路桥梁设计规范中所 列的组合、组合的内容组合。 ２）桥墩在顺桥向承受最大水平荷载的组合。可按公路桥梁设计规范中所 列的组合、组合IV的荷载内容组合。
6、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 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。 漂流物的撞击力，在无实际资料时可按下式估算
P WV (k N) gT
7、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。 （二）荷载组合 桥梁墩台计算时，预先很难确定那一种荷载组合最不利。通常需 要对各种可能的荷载进行组合计算，满足各种不同的要求。在墩台的 计算中，尚需考虑按顺桥向(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。
S d ( so sl Q) Rd (
Rj
m
, ak )
Sd
荷载效应函数；
Q 荷载在结构上产生的效应；

so
结构的重要性系数，按<<公路砖石及混凝土桥涵设计规范>>第 3.0.1 条采用； 荷载安全系数，按<<公路砖石及混凝土桥涵设计规范>>采用；

sl
荷载组合系数，按<<公路砖石及混凝土桥涵设计规范>>表 3.0.1-1 采用；
四、桥台的类型与构造
重力式桥台
轻型桥台 类 型 框式桥台 组合式桥台 承拉式桥台
（一）重力式桥台
1、重力式桥台类型
埋式桥台
U型桥台 八字式和一字式桥台 重力式桥台也称实体式桥 台，它主要靠自重来平衡台后 的土压力。桥台台身多数由石 砌、片石混凝土或混凝土等圬 工材料建造，并采用就地建造 施工方法
二、 桥梁墩台的计算与验算
强度 重力式墩台 偏心矩 稳定 轻型桥墩、柱式桥墩：钢筋混凝土结构 （一）、重力式墩台 1、截面强度验算 重力式墩台主要采用圬工材料建造，一般为偏心受压构件，截面 强度的设计验算采用分项安全系数的极限状态法。在不利荷载组合作用 下，验算墩台各控制截面荷载效应的设计值（内力）应小于或等于结构 抗力效应的设计值，以方程表示为 圬工结构
桥台 桥台的荷载组合方法和桥墩相似，也须针对验算项目及验算截面的位置 按公路桥涵设计规范进行可能的荷载组合。由于活载可以布置在桥跨结构上， 也可布置在台后，在确定荷载最不利组合时，下列几种加载情度下降，制动力（向桥孔方向），并考 虑台后土侧压力(考虑最大弯矩组合)； 2）在台后破坏棱体上布置车辆荷载，温度下降，并考虑台后土侧压力(考虑 最大水平力与最大反向弯矩组合)； 3）在桥跨结构上和台后破坏棱体上都布置车辆荷载（当桥台尺寸较大时， 还要考虑在桥跨结构上、台后破坏棱体上和桥台上同时都布置活载的情 况），温度下降，制动力（向桥孔方向），并考虑台后土侧压力(考虑最 大竖向力组合)。
Rd
结构抗力效应函数；

m
材料或砌体的安全系数，按<<公路砖石及混凝土桥涵设计规范>>表 3.0.1-2 采用；
ak
结构的几何尺寸；
R j 材料或砌体的极限强度，按<<公路砖石及混凝土桥涵设计规 范>>第 2.0.5 条采用。
墩台身的基础顶面 验算截面 墩台身截面突变处 墩台帽及墩台帽交界处墩身截面
2、空心桥墩 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。
3、桩（柱）式桥墩和柔性墩 柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。它具有线条简 捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，特别适用于桥 梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。 柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和多柱等形式，它可以根据桥宽 的需要以及地物地貌条件任意组合。柱式桥墩由承台、柱式墩身和盖 梁组成，对于上部结构为大悬臂箱形截面，墩身可以直接与梁相接。
其他可变荷载不同时组合表 表 2-7-2 编号 荷 载 名 称 不与该荷载同时参与组合的荷载号 14 风 力 15 汽 车 制 动 力 16,17,19 16 流 水 压 力 15,17 17 冰 压 力 15,16 18 温 度 影 响 力 19 支 座 摩 阻 力 15 注：荷载号与公路桥梁设计规范中编号一致。
（四）组合式桥台
第二节 桥梁墩台的计算
一、作用在桥梁墩台上的荷载及组合 永久荷载： 恒载、土重和侧向土压力、预应力（组合式桥墩）、混凝 土收缩及徐变的影响力、水的浮力； 荷 载 基本可变荷载： 汽车荷载、汽车冲击力、离心力、汽车荷载引起的 侧向土压力、人群荷载、挂车或履带车荷载及其引 起的土侧压力； 其它可变荷载： 其它可变荷载有风力、汽车制动力、流水压力、冰压 力、支座摩阻力；在超静定结构中尚需考虑温度变化 的影响力； 偶然荷载：船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力；
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 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。 主动土压力 被动土压力 2、侧向土压力 静止土压力 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。
2、结构构造与
薄壁轻型桥台 （二）轻型桥台 支承梁型桥台 钢筋混凝土轻型桥台，其构造特点是利用钢筋混凝土结构的抗弯能
力来减少圬工体积而使桥台轻型化。
（三）框架式桥台 框架式桥台是一种在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它埋置 土中，所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大 的梁桥。其构造型式有双柱式、多柱式、墙式、半重力式和双排架式、板 凳式等
4、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、摆动支座的底座面上。 5、流水压力及冰压力
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1/3水深处，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。
柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋混凝土盖梁 连接而成。其主要特点是，可以通过一些构造措施，将上部结构传来 的水平力（制动力、温度影响力等）传递到全桥的各个柔性墩台，或 相邻的刚性墩台上，以减少单个柔性墩所受到的水平力，从而达到减 小桩墩截面的目的
4、框架式桥墩 框架式桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压挠和挠曲构件组成平 面框架代替墩身，支承上部结构，必要时可做成双层或多层的框架
E Ay
1 BH 2 sin1 2
1 BH 2 cos1 2
E Ax
1 E ' H 2 ' B 2
e rH
图2-7-11 台前溜坡的土压力计算图式
3、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进行。