第八章 桥墩和桥台

常见轻型桥台
（四）组合式桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
设计与计算步骤： 1. 结构尺寸拟定：根据前几课中所讲的内容、参考相 近既有设计，进行主要结构尺寸拟定。 2. 荷载计算：各种荷载的计算已在第三章中讲解。 3. 荷载最不利组合。 4. 进行强度、刚度（变形）、抗裂性、稳定性检算等。
25x50
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100
6761.3
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2010
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2010
2010
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351.3
375
375
412.5
412.5
6#墩左幅桥
6#墩右幅桥
351.3
350
1、实体墩
实体桥墩由一个实体结构组成，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。 实体重力式桥墩是一实体圬工墩，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。此种桥墩自身刚度大，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。 实体轻型桥墩可用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成，此结构 显著减少了圬工体积，但其抗冲冲击力较差，不宜用在流速大并夹有大量 泥沙的河流或可能有船舶、冰、漂流物撞击的河流中，一般用于中小跨径 桥梁上 墩帽是直接支承桥跨结构，应力较集中，因此对大跨径的重力式桥墩 墩帽厚度一般不小于 0.4m ，中小跨梁桥也不应小于 0.3m ，并设有 50 ～ 100mm的檐口。
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
③按桥墩各截面在横桥向可能 产生最大偏心和最大弯矩的情 况进行组合。它是用来验算横 桥向的墩身强度、基底应力、 偏心及桥墩的稳定性。因此， 对于铁路桥墩，应在相邻两跨 布置空车以产生横向摇摆力， 而竖向力又不大，称为双孔轻 载（也称双孔空车）；对于公 路桥墩应注意将活载偏于桥面 的一侧布置，此外还应考虑其 他荷载如横向风力、流水压力 等，如图7.36(c)所示。
120 110
空 心 薄 壁 高 墩
120 110
116.5
100
50x100
100 550
50x100
100
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100
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100
120
138.8 70
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25x100
625
233
30ຫໍສະໝຸດ Baidu.5
4400
50x50
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60 60
50x50
100
50x50
4400
4400
第七章 桥梁墩台与基础
称为应力重分布系数它与外力的偏心率 有关。
第二节 桥墩和桥台
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
max
min
N Mx My A Wx W y
强 度
轴力 弯矩
按可能轴力、 弯矩最大进行 荷载布置
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
M 2 2 e ( M x或M y或M M x My ) N
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
为此，可拟订如下几种可能的荷载组合：①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。它用来验算墩身强度、基底最大应 力和稳定性。因此，应在相邻两跨满布活载的 一种或几种，以使墩身或基底产生最大压应力。 活载布置分别见图 7.35(a)（铁路桥，称双孔重 载）和图7.36(a)（公路桥）。
支座边缘到墩（台）身边缘最小距离 方向 跨径 大 中 小 桥 桥 桥 顺桥向 ( m ) 0.25 0.20 0.15 横 桥
表 2-1-13 向 ( m ) 矩形端头 0.40 0.30 0.20
圆弧形端头（自支座边角量起） 0.25 0.20 0.15
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的距离； ② 跨径 100m 及以上的桥梁应按实际情况决定。
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
2. 墩台的验算内容
桥梁墩台的设计过程是，首先选定墩台形式及拟订各部分 尺寸；然后确定各项外力并进行最不利荷载组合，选取验 算截面和验算内容；计算各截面的内力，进行配筋和验算。 墩台验算的目的在于确定经济合理的尺寸，并保证其在施 工和使用阶段的安全。
常 见 桩 柱 式 桥 墩 结 构 形 式
常 见 桩 柱 式 桥 墩 桥 梁 形 式
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
常见框架式桥墩类型
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
桥梁墩台
第一节、桥梁墩台类型与构造
一、概述
墩台帽 组 成 墩台身 基础 上部结构 承 受 荷 载
竖向力 水平力 弯矩
地震力 风力 流水压力等
常见桥墩形式
空 心 墩
常 见 桥 墩 截 面 形 式
35
573
1216
35 573
35 678
1426
35 678 97.5 102.5
100.5 99.5
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
②按桥墩各截面在顺桥向可能产生的最大偏心和最大弯矩 的情况进行组合。它是用来验算墩身强度，基底应力、偏 心及桥墩的稳定性。因此，应在跨径较大的一孔上布置活 载的一种或几种，以及可能产生的制动力、纵向风力、支 座摩阻力等。活载布置见图 7.35(b)、 (c)（铁路桥，分别称 单孔轻载、单孔重载）和图7.36(b)（公路桥）。
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
常见桥台结构类型
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。 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
第二节 桥墩和桥台
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第七章 桥梁墩台与基础
就重力式墩台来说，应满足两方面的要求：
一是墩台本身有足够的强度和稳定性，并且不出现过大的 开裂，为此，应进行强度验算、稳定性验算及偏心验算。 二是桥墩或桥台作为一个整体，不致发生不容许的变位， 为此，就扩大基础（见本章第三节）而言，应进行基底应 力验算、整体稳定性验算（包括倾覆稳定性和滑动稳定 性）。第二个方面的验算属于墩台的基础部分。
第二节 桥墩和桥台
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第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
1. 墩台的设计荷载及其组合
① 首先应确定作用在墩台上的荷载，详见第三章。
② 各荷载和外力的计算值，应采用墩台在正常情况下 结构上有可能出现的最大荷载值，可依据桥规和有 关资料计算。 ③ 土压力计算一般采用库伦主动土压力公式，活载土 侧压力的计算，铁路桥台要考虑其沿横桥向的分布 宽度，而公路桥台则按横桥向全宽均匀分布处理。
合力 偏心 距
轴力 弯矩
按可能轴力最 小、弯矩最大 进行荷载布置
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
KN N cr N cr 1 1
0.1 0.16 0.2 e0 h

1.1A0 Ra
4mE0 I d 2 l0
稳 定 性
轴力
按可能轴力最 大进行荷载布 置
桥台的台帽、背墙、耳墙
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
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
a) 对于较高的桥墩，需验算墩顶弹性水平位移； b) 对超静定桥梁结构，应验算基底沉降量； c) 对钢筋混凝土墩台，要进行配筋设计和验算。
d) 以下简要介绍重力式墩台的验算内容，凡验算式中的荷载 值（竖向力、弯矩）均指最不利荷载组合值。
第二节 桥墩和桥台
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
桥台的荷载组合也和桥墩一样，依据不同的验算项目进 行各种可能的荷载组合。由于活载既可布置在桥跨结构 上，也可布置在台后，在确定荷载最不利组合时，通常 按台后布置活载而桥上无活载（最大水平力和最大后端 弯矩组合），桥上满布活载（最大前端弯矩），桥上、 台后同时布置活载（最大竖向力组合）等几种不利情况， 分别进行组合与验算，见图7.37。
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第七章 桥梁墩台与基础
应力重分布计算根据三项基本条件进行，即平截面假定 （截面应变按线性分布）、弹性体假定（应力、应变关 系符合胡克定律，但受拉区不参加工作）、力的平衡条 件。对于单向偏心受压的矩形截面，重分布以后的最大 压应力如图7.38所示。
第二节 桥墩和桥台
桥梁工程
第二节 桥墩和桥台
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第七章 桥梁墩台与基础
(1)截面强度验算 验算截面通常选在墩台身的底面与截面突变处。当桥墩 较高时，由于最不利截面不一定在墩底，需沿墩身每隔 2~3m选取一个验算截面。容许应力法验算式为
如果由上式算得的σmin为负值，则说明截面的一部分已 处于受拉状态，应视其退出工作。此时需按照只有部分 截面承受压力的原则，重新确定受压区范围，以求最大 压应力，也即进行应力重分布计算。
桥梁工程
第七章 桥梁墩台与基础
砌体结构的设计理论主要有容许应力法和极限状态法。
目前铁路桥规采用容许应力法，公路桥规采用极限状态 法。 容许应力法的验算式表现为应力的形式，极限状态法的 验算式表现为荷载效应的形式。
墩台身一般按偏心受压构件验算。现仅简介铁路桥规 （《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》）的验算方 法，公路桥规的验算方法，见《公路圬工桥涵设计规范》 (JTG D61-2005）。
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第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
④ 墩台所受的各项荷载中，除恒载外，其他各项荷载 的数值是变化的且不一定同时发生。因此在设计墩 台时，就需要针对不同的验算项目，确定各种可能 的最不利荷载组合，对墩台加以验算，确保设计安 全。在荷载组合当中，车辆活载起着支配作用。 ⑤ 重力式桥墩计算中，一般需验算墩身截面的强度、 墩身截面的合力偏心距及桥墩的纵向及横向稳定性。
第二节 桥墩和桥台
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第七章 桥梁墩台与基础
五、墩台的设计与计算
（一）墩身检算项目
1．截面强度(应力) ； 2．截面合力偏心距； 3．纵向挠曲稳定性（墩身整体稳定性）； 4．墩顶弹性水平位移。
（二）扩大基础基底检算项目
1．基底偏心：限制不均匀沉降导致桥墩歪斜； 2．基底强度(应力) ； 3．倾覆和滑动稳定性； 4．基底以下软弱土层的强度检算； 5．基础的沉降。