铁路桥墩设计

图9
单孔轻载布置图式
三 内力计算
c）双孔重载 在检算桥墩相邻的两孔梁上都布置活载，要求使桥墩上两个 支座反力之和达到最大值。由结构力学原理可知，如果相邻 两孔梁的跨度分别为和，两孔梁上静活载分别为和，则当时， 检算墩的支座反力之和为最大。由此可求得加载图式中的x 值（即活载在梁上的加载位置）。双孔重载的支反力和离心 力都是最大值，因此计算截面的竖向力与弯矩也最大，它是 曲线上桥墩截面横向的合力偏心距、压应力、受压稳定、基 底压应力以及墩顶横向弹性水平位移验算的最不利活载组合。
图7 明挖基础
三 内力计算
荷载分类： 主 力：恒载、列车竖向静活载、冲击力 附加力：制动力或牵引力、风力、列车横向
摇摆力
荷载组合 组合Ⅰ：主力 组合Ⅱ：主力+附加力
三 内力计算
考虑以下4种活载布置方式： a b c d 单孔重载 单孔轻载 双孔重载 双孔空车
三 内力计算
a）单孔重载 仅在一孔梁上布满活载，并使五个集中荷载位于 所需要检算桥墩的一侧。此种加载图式，能对桥墩 产生最大的竖向偏心压力和较大的纵向水平力（牵 引力），因此竖向力、弯矩都较大，对直线桥墩的 截面压应力、受压稳定、墩顶纵向弹性水平位移以 及基底压应力验算，可能是最不利的。
五 作图
桥墩(包括基础)一般构造图（平面图、立面图、 侧面图、横剖面图、构造配筋图）。
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铁路重力式桥墩设计
指导教师：夏禾 张楠 郭薇薇 杜宪亭
北京交通大学土木建筑工程学院
主要内容
一 基本资料
二 三 四 五
主要尺寸拟定 内力计算 检算 作图
一 基本资料
本次混凝土桥课程设 计为一座两跨布置（跨度 L=24m）混凝土简支梁桥 在中-活载作用下桥墩的 设计。墩柱采用矩形截面 ，基础为明挖扩大基础。
图10 双孔重载布置图式
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三 内力计算
d）双孔空车 在检算桥墩的相邻两孔梁上均布满空车活载，按 10kN/m计，对实体式桥墩一般检算不受控制。但当 同时计及横向风力等横向力对于桥墩的横向稳定性 可能其控制作用。
图11 双孔空车布置图式
四 检算
应对如下项目进行检算： (1)墩身受压稳定检算； (2)墩身截面强度检算； (3)墩身截面的偏心距检算； (4)墩顶弹性水平位移检算 (5)基地检算；
图4 铁路桥墩顶帽尺寸
二 主要尺寸拟定
托盘底与墩身相接，其形状 与墩身截面相同。为保证悬 出部分的安全，规定墩帽下 四周设10~20cm宽的飞檐， 托盘底面横向宽度B不宜小 于支座底板外缘的距离b； 托盘侧面与竖直线问的夹角 β≤45° ，支承垫石横向 边缘外侧50cm处的顶帽底缘 点竖直线与该底缘点至托盘 底部边缘处的连线的夹角 α≤30°。
1.8m
图1 梁截面
梁上设双侧人行道（直线梁桥面系重量为38kN/m）， 梁全长Lo=24.6m，梁缝0.1m，梁高2.1m，轨底至梁底 2.6m，轨底至支撑垫石顶高度3.0m，垫石高度为0.20m ，垫石平面尺寸为0.5m×0.5m，支座全高0.4m，每孔 梁重1568kN。
一 基本资料
水文、气象：无水、无冰冻 。 土质情况：
四 检算
（4）墩顶弹性水平位移检算 墩顶弹性水平位移由两 部分组成，一部分是由桥墩 挠曲变形引起的位移，另一 部分是地基不均匀弹性压缩 引起的位移，总位移应为两 部分叠加。
图12 墩顶水平位移计算图示
四 检算
（5）基底检算（明挖基础） ①基底合力偏心检算 ②基底压应力检算 ③基底稳定检算 ④基底以下软弱土层的压应力检算
图5 铁路托盘尺寸
二 主要尺寸拟定
采用托盘式顶帽时，墩身 顶面尺寸就是托盘底部的 尺寸。当墩身较高时，墩 身的纵、横向两个方向均 做成斜坡，铁路桥墩身侧 坡不应缓于20:1，更多情况 下采用40:1~30:1。
图6 墩身尺寸拟定
二 主要尺寸拟定
明挖基础可以采用单层式 或多层式，每一层的厚度 宜不小于1.0m，通常采用 层厚为1m的基础形式。
二 主要尺寸拟定
①墩帽 ②墩身 ③基础
图3 桥墩
二 主要尺寸拟定
顶帽的厚度不小于 40cm，并应采用不 低于C30的混凝土 ，一般要设置钢筋 。顶帽尺寸大小除 满足摆放支座的要 求外，还应考虑施 工架梁、更换支座 等临时设施的要求 。顶帽尺寸的大小 还直接影响到墩身 截面尺寸的大小及 材料的选用。
四 检算
（2）墩身截面强度检算 ①强度检算公式 ②应力重分布计算 ③斜偏心应力重分布计算 ④极限状态强度验算
四 检算
（3）墩身截面的偏心距检算 铁路桥规规范规定了在不同荷载组合作用下，墩 身检算截面的容许偏心值。
主力作用下：
e 0.5s 主力加附加力作用下其他形状截面：
e 0.6s
粘土，液性指数 0.13；空隙比 0.69， 基本承载力 400kpa，土的容重 19.5kN/m3 设计荷载：
图2 中-活载图式
一 基本资料
列车制动力或牵引力按作用在桥跨范围内的列车竖向 静活载的10％计算。
列车的横向摇摆力：以集中力的形式作用在轨顶面处， 其值为100kN。列车横向摇摆力不与离心、风力组合。 计算风压强度按W＝1.10kN／m2 （此值已考虑各种 系数，计算时直接采用）计算。列车受风面积按3m高 的长方带计算，其作用点在轨顶以上2m高度处。
图8 单孔重载布置图式
三 内力计算
b）单孔轻载 在一孔梁上布满活载，但五个集中荷载位于检算 墩上梁的另一端。这种加载图式对桥墩的竖向偏心 压力较一孔重载为小，而纵向水平力（制动力）大 小与一孔重载相同，弯矩较大，往往是桥墩纵向合 力偏心距的控制荷载；直线上桥墩当截面合力偏心 距较大时，按应力重分布计算，可能出现最大应力。
四 检算
（1）墩身受压稳定检算 混凝土整体浇注实体桥墩在中心受压及偏心受 压时，其整体纵向稳定性应按下式检算：
KN Ncr
式中K—安全系数，对整体灌注的混凝土桥墩，主力 时 K=2.0，主力加附加力时K=1.6； —作用于墩顶处的轴向压力（MN）； N —桥墩顺截面回转半径较小方向的纵向弯曲 N cr （屈曲）临界荷载（ MN）。