桥梁下部结构分类和受力特点.docx

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桥梁下部结构分类和受力特点

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桥梁下部结构分类和受力特点

一、桥梁下部结构分类

可分为重力式桥墩、重力式桥台、轻型桥墩、轻型桥台。

（一）重力式墩、台

重力式桥墩与重力式桥台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定，因此，墩、台身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。

它适用于地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。

在砂石料方便的地区，小桥也往往采用。

主要缺点是圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大。

拱桥重力式桥墩分为普通墩与制动墩，制动墩要能承受单向较大的水平推力，防止出现一侧的拱桥倾坍，因而尺寸较厚实；与梁桥重力式桥墩相比较，具有拱座等构造设施。

梁桥和拱桥上常用的重力式桥台为u型桥台，它适用于填土高度在8～lom以下或跨度稍大的桥梁。

缺点是桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求。

此外，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝，所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水措施。

（二）轻型墩、台

1．梁桥轻型桥墩、台

（1）梁桥轻型桥墩

·钢筋混凝土薄壁桥墩：

施工简便，外形美观，过水性良好，适用于低级土软弱的地区。

需耗费用于立模的木料和一定数量的钢筋。

·柱式桥墩：

外形美观，圬工体积少，而且重量较轻。

·钻孔桩柱式桥墩：

适合于多种场合和各种地质条件。

通过增大桩径、桩长或用多排桩加建承台等措施，也能适用于更复杂的软弱地质条件以及较大的跨径和较高的桥墩。

·柔性排架桩墩：

优点是用料省、修建简便、施工速度快。

主要缺点是用钢量大，使用高度和承载能力受到一定限制。

因此它只适合于在低浅宽滩河流、通航要求低和流速不大的水网地区河流上修建小跨径桥梁时采用。

（2）、梁桥轻型桥台

·设有支撑梁的轻型桥台：

适用于单跨桥梁，桥孔跨径6～lom，台高不超过6m。

·埋置式桥台：

桥台所受的土压力小，桥台的体积相应的减少。

但是由于台前护坡是用片石做表面防护的一种永久性设施，存在有被洪水冲毁而使台身裸露的可能，故设计时必须慎重地进行强度和稳定的验算。

分为后倾式、肋形埋置式、双柱式、框架式等类型。

其中桩柱式桥台对于各种土壤地基都适宜。

其适用范围是：

桥孔跨径8～20m，填土高度3～5m。

当填土高度大于5m时宜采用框架式埋置式桥台。

·钢筋混凝土薄壁桥台：

适用于软弱地基的条件，但其构造和施工比较复杂，并且钢筋用量也较多。

·加筋土桥台：

在台后路基填土不被冲刷的中、小跨径桥梁，台高3～5m时，可采用加筋土桥台。

2．拱桥轻型桥墩、台

（1）拱桥轻型桥墩

·带三角杆件的单向推力墩：

只在桥不太高的旱地上采用。

·悬臂式单向推力墩：

适用于两铰双曲拱桥。

（2）拱桥轻型桥台

适用于13m以内的小跨径拱桥和桥台水平位移量很小的情况。

其工作原理是，当桥台受到拱的推力后，便发生绕基底形心轴而向路堤方向的转动，此时台后的土便产生抗力来平衡拱的推力，从而使桥台的尺寸较小。

·八字形桥台：

适合于桥下需要通车或过水的情况；

·u字形桥台：

适合于较小跨径的桥梁；

·背撑式桥台：

适用于较大跨径的高桥和宽桥；

·靠背式框架桥台：

适合于在非岩石地基上修建拱桥桥台。

拱桥的其他形式桥台

·组合式桥台：

适用于各种地质条件；，

·空腹式桥台：

一般是在软土地基、河床无冲刷或冲刷轻微、水位变化小的河道上采用；

·齿槛式桥台：

适用于软土地基和路堤较低的中小跨径拱桥。

二、桥梁下部结构的构造特点与受力特点

（一）桥梁下部结构的构造特点

1．重力式桥墩：

梁桥重力式桥墩由墩帽、墩身、基础等组成，墩帽要满足支座布置和局部承压的需要；与梁桥重力式桥墩相比较，拱桥重力式桥墩具有拱座等构造设施，且制动墩要比普通墩尺寸更厚实，能承受单向较大的水平推力，防止倾坍。

2．重力式桥台（u型桥台）：

由台帽、背墙、台身（前墙、侧墙）、基础、锥坡等几部分组成。

背墙、前墙与侧墙结合成一体，兼有挡土墙和支撑墙的作用。

3．梁桥轻型桥墩

（1）钢筋混凝土薄壁桥墩：

圬工体积小、结构轻巧，比重力式桥墩可节约圬工量70％左右。

（2）柱式桥墩：

由分离的2根或多根立柱（或桩柱）组成，是公路桥梁中采用较多的桥墩形式之一。

（3）柔性排架桩墩：

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。

4．梁桥轻型桥台

（1）设有支撑梁的轻型桥台

（2）埋置式桥台：

（3）钢筋混凝土薄壁桥台：

（4）加筋土桥台：

5．拱桥轻型桥墩

（1）带三角杆件的单向推力墩：

（2）悬臂式单向推力墩。

6．拱桥轻型桥台

（1）八字形桥台。

（2）u字形桥台

（3）背撑式桥台：

（4）靠背式框架桥台：

（二）桥梁下部结构的受力特点

桥墩为多跨桥梁中的中间支承结构物，除承受上部结构产生竖向力、水平力和弯矩外，还承受风力、流水压力及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物的撞击力。

桥台设置在桥梁两端，除了支承桥跨结构外，又是衔接两岸接线路堤的构筑物；它既要能挡土护岸，又能承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加土侧压力。

桥梁墩台受力计算时的荷载及其组合应根据可能出现的各种荷载情况进行最不利的荷载组合。

掌握桥梁上部结构分类和受力特点

1．斜交板桥

（1）荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势；

（2）各角点受力情况可用比拟连续梁的工作来描述，钝角处产生较大的负弯矩，反力也较大，锐角点有向上翘起的趋势；

   （3）在均布衙载作用下，当桥轴向的跨长相同时，斜板桥的最大跨内弯矩比正桥要小；

   （4）在均布荷载作用下，当桥轴向的跨长相同时，斜板桥的跨中横向弯矩比正桥要小。

   2．装配式钢筋混凝土简支t梁：

梁肋与翼板（桥面板）结合在一起作为承重结构，肋与肋之间的处于受拉区域的混凝土得到较大挖空，减轻结构自重。

既充分利用扩展的桥面板的抗压能力，又有效地发挥了梁肋下部受力钢筋的抗拉作用。

3．预应力混凝土简支t梁：

预应力混凝土简支梁存在核心距的概念，其越大则抗力效应增加，为提高核心距，在构造上可采用大翼缘、薄肋板、宽矮马蹄的结构形式。

配合梁内正弯矩的分布，防止出现拉应力，纵向预应力筋须在梁端弯起或中间截断张拉。

但弯起可增强支点附近的抗剪能力。

4．连续体系桥梁

（1）由于支点存在负弯矩，使跨中正弯矩显著减少，可以减少跨内主梁的高度，提高跨径，当加大支点截面附近梁高形成变截面时，还可进一步降低跨中弯矩；

（2）由于是超静定结构，产生附加内力的因素包括预应力、混凝土的收缩徐变、墩台不均匀沉降、截面温度梯度变化等；

   （3）配筋要考虑正负两种弯矩的要求，顶推法施工要考虑截面正负弯矩的交替变化。

   5．斜拉桥

（1）斜拉索相当于增大了偏心距的体外索，充分发挥抵抗负弯矩的能力，节约钢材；

（2）斜拉索的水平分力相当于混凝土的预压力；

（3）主梁多点弹性支承，高跨比小，自重轻，提高跨径。

6，悬索桥

（1）主缆为主要承重结构，其巨大的拉力需要牢固的地锚承受，对于连续吊桥，中间地锚的两侧拉索水平推力基本平衡，主要利用自重承受向上的竖向力；

（2）主缆的变形非线性，一般采用挠度理论或变形理论，挠度理论是考虑原有荷载（如恒载）已产生的主缆轴力对新的荷载（如活载）产生的竖向变形（挠度）将产生一种新的抗力，在变形之后再考虑内力的平衡；变形理论将悬索桥看作为由各单根构件所组合的结构体系，在力学分析中先计算每个构件的刚度，放入结构体系的矩阵内，进行总体平衡的求积。

   7．拱桥

   拱桥的拱圈是桥跨结构的主要承载部分，在竖直荷载作用下，拱端支撑处不仅有竖向反力，还有水平推力，这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯矩小得多，整个拱主要承受压力。

了解桥梁计算荷载

一、桥梁设计作用的分类

公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类，如表所示。

二、桥梁工程作用取值方法

1．公路桥涵设计时，对不同作用应采用不同的代表值

（1）永久作用应采用标准值作为代表值。

（2）可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。

承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值作为可变作用的代表值。

正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。

（3）偶然作用取其标准值作为代表值。

2．作用的代表值按下列规定取用

（l）永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定。

（2）可变作用的标准值应符合下列规定：

汽车荷载分为公路—i级和公路—ⅱ级；汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。

车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。

桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。

车辆荷载与车道荷载的作用不重叠。

车道荷载的计算图式见图1b413015。

公路-i级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5kn/m；集中荷载标准值按以下规定选取：

桥梁计算跨径小于或等于5m时．pk=180kn；桥梁计算跨径等于或大于50m时，pk=360kn；桥梁计算跨径在5～50m之间时，pk值采用直线内插求得。

计算剪力效应时，上述集中荷载标准值pk应乘以1.2的系数。

公路-ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值pk按公路-i级车道荷载的0.75倍采用。

车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响中一个最大影响线峰值处。

人群荷载标准值按下列规定采用：

当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为3.0kn/m2；当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人群荷载标准值为2.5kn/m2；当桥梁计算跨径在50～150m之间时，可由线性内插得人群荷载标准值。

对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。

城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。

专用人行桥梁，人群荷载标准值为3.5kn/m2。

可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数φ1。

可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数φ2。

（3）偶然作用应根据调查、试验资料，结合工程经验确定其标准值。

3．作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。

三、作用组合效应

l．公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取最不利组合进行设计：

（1）在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。

当结构或结构构件需作不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。

（2）可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。

实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。

（3）施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。

组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。

（4）几个偶然作用不同时参与组合。

2．公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：

（1）基本组合。

永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相结合。

（2）偶然组合。

永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。

偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。

地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》规定采用。

3．公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两效应组合：

（1）作用短期效应组合。

永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合。

（2）作用长期效应组合。

永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合。

提问：

（1）公路桥涵设计所采用的永久作用

永久作用主要包括：

结构重力（包括结构附加重力）、预加力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩徐变作用、水的浮力和基础变位作用。

（2）公路桥涵设计所采用的偶然作用

地震作用、船舶或漂流物的撞击作用和汽车撞击作用。

（3）桥梁工程的作用组合效的三种情况

作用组合效应分为以下三种情况：

1）公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计；

2）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：

基本组合；偶然组合；

3）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：

作用短期效应组合；永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合。

常用模板、支架和拱架的设计与施工

掌握常用模板、支架和拱架的设计

承包人应在制作模板、拱架和支架前14d，向监理工程师提交模板、拱架和支架的施工方案，施工方案应包括工艺图和强度、刚度与稳定性等的计算书，经监理工程师批准后才能制作和架设。

监理工程师的批准及制作、架设过程中的检查，并不免除承包人对此应负的责任。

一、模板、支架和拱架的设计原则

（一）宜优先使用胶合板和钢模板。

（二）在计算荷载作用下，对模板、支架及拱架结构按受力程序分别验算其强度、刚度及稳定性。

（三）模板板面之间应平整，接缝严密，不漏浆，保证结构物外露面美观，线条流畅，可设倒角。

（四）结构简单，制作、装拆方便。

二、模板、支架和拱架的设计

（一）设计的一般要求

   1．模板、支架和拱架的设计，应根据结构型式、设计跨径、施工组织设计、荷载大小、地基土类别及有关的设计、施工规范进行。

   2．应绘制模板、支架和拱架总装图、细部构造图。

   3．应制定模板、支架和拱架结构的安装、使用、拆卸保养等有关技术安全措施和注意事项。

   4．应编制模板、支架及拱架材料数量表。

5．应编制模板、支架及拱架设计说明书。

（二）设计荷载

   1．计算模板、支架和拱架时，应考虑下列荷载并按表1b413021-1进行荷载组合：

（1）模板、支架和拱架自重；

（2）新浇筑混凝土、钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力；

   （3）施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载；

   （4）振捣混凝土时产生的荷载；

   （5）新浇筑混凝土对侧面模板的压力；

   （6）倾倒混凝土时产生的水平荷载；

   （7）其他可能产生的荷载，如雪荷载、冬季保温设施荷载等。

普通模板荷载计算部分参考数据见表1b413021-2。

2．钢、木模板，支架及拱架的设计，可按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》的有关规定执行。

   3．计算模板、支架和拱架的强度和稳定性时，应考虑作用在模板、支架和拱架上的风力。

设于水中的支架，尚应考虑水流压力、流冰压力和船只漂流物等冲击力荷载。

4．组合箱形拱，如为就地浇筑，其支架和拱架的设计荷载可只考虑承受拱肋重力及施工操作时的附加荷载。

（三）稳定性要求

   1．支架的立柱应保持稳定，并用撑拉杆固定。

当验算模板及其支架在自重和风荷载等作用下的抗倾倒稳定时，验算倾覆的稳定系数不得小于1.3。

   2．支架受压构件纵向弯曲系数可按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》进行计算。

   （四）强度及刚度要求

   1．验算模板、支架及拱架的刚度时，其变形值不得超过下列数值：

（1）结构表面外露的模板，挠度为模板构件跨度的1/400；

（2）结构表面隐蔽的模板，挠度为模板构件跨度的1／250；

   （j）支架、拱架受载后挠曲的杆件（盖梁、纵梁），其弹性挠度为相应结构跨度的1/400;

   （4）钢模板的面板变形为1.5mm;

   （5）钢模板的钢棱和柱箍变形为l/500和b/500（其中l为计算跨径，b为柱宽）。

   2．受压杆件的长细比不得超过下列数值：

主要受压杆件（立柱）的长细比为100，次要受压杆件的长细比为150。

   3．拱架各截面的应力验算，根据拱架结构型式及所承受的荷载，验算拱顶、拱脚及1/4跨各截面的应力、铁件及节点的应力，同时应验算分阶段浇筑或砌筑时的强度及稳定性。

验算时不论板拱架或桁拱架均作为整体截面考虑，验算倾覆稳定系数不得小于1.3。

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