西南交通大学-桥梁工程概论-08-第七章-桥梁支座、墩台与基础

1第七章桥梁支座、墩台与基础本章主要内容第一节桥梁支座第二节桥墩和桥台第三节桥梁基础2桥梁支座、墩台与基础第一节桥梁支座‡支座－设置在桥梁的上部结构与墩台顶之间的构造物。‡作用与要求－把上部结构的各种荷载传递到墩台上，并能够适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素所产生的变位，使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算模式。第一节桥梁支座一、支座概述：（1）作用和要求传递荷载适应变形3桥梁支座、墩台与基础一、支座概述（2)分类第一节桥梁支座一、支座概述：（2）支座分类支座分类按“变位能力”按“使用功能”固定支座活动支座单向活动支座多向活动支座按“受力材料”简易支座混凝土支座钢支座橡胶支座常规支座特殊支座减震支座拉力支座等支座选用－根据支点反力、位移量及位移形式、抗震减震要求等。4桥梁支座、墩台与基础一、支座概述（3)布置•简支梁桥—一端固定，另一端活动（公、铁）•连续梁桥—每联只设一个固定支座，其余为活动•曲线连续梁桥—支座布置会直接影响曲梁的内力分布（球面，多向）•坡道上的桥梁—固定支座应设在较低一端第一节桥梁支座一、支座概述（3)支座的布置方式简支梁连续梁曲线梁坡桥5桥梁支座、墩台与基础二、支座类型与构造第一节桥梁支座二、支座类型与构造1.简易支座¾在梁底和墩台顶面之间设置垫层（油毛毡、石棉板或铅板等）来支承上部结构。仅适于跨度10m以下的公路桥和4m以下的铁路板桥。2.钢支座¾靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动的铸钢支座（构造复杂，用钢量大，高度大，定期养护）新型钢支座平板支座弧形支座摇轴支座辊轴支座6桥梁支座、墩台与基础第一节桥梁支座二、支座类型与构造弧形钢板支座示意7桥梁支座、墩台与基础第一节桥梁支座二、支座类型与构造摇轴支座示例8桥梁支座、墩台与基础辊轴支座示意第一节桥梁支座二、支座类型与构造9桥梁支座、墩台与基础新型钢支座•主要型式：不锈钢或合金钢支座，滑板钢支座，球面支座•特点：–采用不锈钢或高级合金钢支座，并封闭在油箱内，以防生锈；–对承受接触应力的部分进行表面硬化处理，以提高其容许承载力；–将支座的转动部分制成钢制或黄铜制成的球冠形，在钢制球冠的上下分别设置聚四氟乙烯板，构成球面（型）支座。德国克劳茨·阿莫高级钢支座1、基层钢板；2、硬钢层；3、不锈钢辊轴第一节桥梁支座二、支座类型与构造10桥梁支座、墩台与基础球面（型）钢支座1上支座板；2下支座板；3球冠钢衬板；4球面聚四氟乙烯板；5平面聚四氟乙烯板；6不锈钢板第一节桥梁支座二、支座类型与构造11桥梁支座、墩台与基础3.钢筋混凝土支座•分类–摆柱式支座－钢筋混凝土摆柱放在梁底与支承垫石之间，它的上下两端各放置一个弧形固定钢支座。摆柱由C40或C50号混凝土制成–混凝土铰－最简单、最廉价的中心可转动的支座（弗莱西奈铰，圆柱形铰），支座高度小，构造简单，用钢量少；但不能抵抗拉力，不能调整高度，转动量少，不便于更换和修理•很少采用第一节桥梁支座二、支座类型与构造12桥梁支座、墩台与基础4.橡胶支座•特点：构造简单、加工方便、省钢材、造价低、结构高度小、安装方便，对宽桥、曲线桥和斜桥均具有较好的适应性–板式橡胶支座•纯橡胶支座•加劲橡胶支座•四氟滑板式支座（加大水平位移量）•形状：矩形，圆形，球冠圆板•活动机理：不均匀弹性压缩和剪切变形。•构造：无需连接，无活动固定支座之分。–盆式橡胶支座第一节桥梁支座二、支座类型与构造13桥梁支座、墩台与基础橡胶支座图片↑板式橡胶支座↑四氟滑板橡胶支座→←球冠橡胶支座－纯橡胶球冠，高4－8mm，可克服安装后产生的偏压、脱空现象，对坡桥，无需在梁底进行调平第一节桥梁支座二、支座类型与构造14桥梁支座、墩台与基础滑板橡胶支座构造二、支座类型与构造第一节桥梁支座15桥梁支座、墩台与基础盆式橡胶支座•特点－将素橡胶圆板置于圆形钢盆内来加强橡胶。橡胶在受压后的变形由于受到钢盆的约束，处于三向受压状态，只要钢盆不破坏，橡胶就永远不会丧失承载力。•活动机理－利用橡胶块在三向受力状态下具有流体的性质（适度不均匀压缩）来实现转动；依靠聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的低摩擦系数来实现水平位移。•应用广泛－铁路桥常用的TPZ系列和公路桥常用的GPZ系列第一节桥梁支座二、支座类型与构造t16桥梁支座、墩台与基础盆式橡胶支座•承载能力大•水平位移量大•摩擦系数小•建筑高度低•节省钢材特点：第一节桥梁支座二、支座类型与构造17桥梁支座、墩台与基础盆式橡胶支座图片GPZ系列TPZ系列第一节桥梁支座二、支座类型与构造18桥梁支座、墩台与基础二、支座类型与构造第一节桥梁支座19桥梁支座、墩台与基础（5）特殊支座：铅芯支座、拉压支座、测力支座、调高支座等第一节桥梁支座二、支座类型与构造20桥梁支座、墩台与基础三、支座的受力与变位分析•受力–竖向力－自重和活载反力（注意负反力问题）–水平力－纵向水平力、横向水平力（尤其对斜、弯桥）•变位–纵向和横向水平位移–梁端转角•反力和变位的荷载组合•验算–强度（拉、压应力，抗剪）–稳定（脱空，倾覆，滑移）•分析与产品选用第一节桥梁支座三、支座计算概述支座的负反力问题21桥梁支座、墩台与基础第一节桥梁支座三、支座的受力与变位分析板式橡胶支座的设计与计算•确定平面尺寸面积•确定厚度h•计算支座转角、验算支座不脱空条件•验算支座的抗滑性能][σσ≤=eckcAR][γγtgttgel≤Δ=][γtgtleΔ≥][θθtgtg≤elgeGktAGRΔ≥4.1μ结构重力产生的反力bkelgeckFtAGR+Δ≥4.1μ结构重力+1/2汽车荷载产生的反力制动力22桥梁支座、墩台与基础第二节桥墩和桥台9墩台设计－与结构受力有关，与水文、流速及河床性质有关，也与地质条件有关。桥梁墩台要置于稳定可靠的地基上，并通过设计和计算确定基础形式和埋置深度。9结构型式－多种多样，发展方向是注意上、下部结构协调一致，结构轻型、薄壁、造型多样等9施工技术－因地制宜，与材料、环境等有关第二节桥墩和桥台一、墩台的作用与要求¾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墩台基础。23桥梁支座、墩台与基础二、桥墩的类型与构造•常见型式－重力式墩、空心式墩、柔性墩、桩（柱）式墩、薄壁墩等。二、桥墩的类型与构造第二节桥墩和桥台重力式墩空心式墩桩柱式墩薄壁墩24桥梁支座、墩台与基础第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造1.重力式桥墩¾特点：靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，圬工量大¾组成：墩帽，墩身，（基础）¾截面：矩形墩、圆端形墩、圆形墩等¾材料：天然石材，片石混凝土或混凝土块¾应用：在中、小跨桥梁，尤其是铁路桥梁中常被采用实体式桥墩25桥梁支座、墩台与基础墩帽构造←挑臂式墩帽←圆形墩墩帽铁路公路纵桥向横桥向尺寸满足支座布置、架梁以及养护维修要求二、桥墩的类型与构造第二节桥墩和桥台26桥梁支座、墩台与基础第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造2.空心式桥墩实体墩向轻型化发展的一种较好的结构型式，尤其适用于高桥墩。¾材料－混凝土空心墩（50m）和钢筋混凝土空心墩¾截面－圆形，圆端形，箱形等数种，立面：直坡，侧坡，阶梯¾特点－充分利用材料强度，可节省材料，减轻桥墩自重，进而也能减少基础工程量。施工速度快（滑动模板施工），质量好，节省模板支架空心式桥墩的截面形式示例27桥梁支座、墩台与基础清水河桥空心高墩（连续刚构）横隔板局部加厚或设置实体段墩梁固结第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造铁路空心式桥墩的示例28桥梁支座、墩台与基础第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造3.柔性墩¾是桥墩轻型化的途径之一，它是在多跨桥的两端设置刚性较大的桥台，中墩均为柔性墩。同时，在全桥除在一个中墩上设置活动支座外，其余墩台均采用固定支座29桥梁支座、墩台与基础单排桩墩柱式墩示例盖梁系梁第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造4.桩（柱）式墩¾排架桩墩：将钻孔桩基础向上延伸做为桥墩的墩身，在桩顶浇注盖梁。¾柱式墩：目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式，特别是在桥宽较大的城市桥和立交桥中，采用这种桥墩既能减轻墩身重量，节约圬工材料，又较美观。30桥梁支座、墩台与基础¾钢筋混凝土薄壁墩：一种新型桥墩，截面型式有板壁形、I形、箱形等，构造简单、轻巧、圬工体积少。¾连续刚构桥双薄壁墩：在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁刚接的桥墩。可增加桥梁刚度，减少主梁支点负弯矩，增加桥梁美观，省去支座，方便施工。第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造5.薄壁墩31桥梁支座、墩台与基础虎门大桥辅航道桥双薄壁墩第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造32桥梁支座、墩台与基础各种轻型桥墩第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造33桥梁支座、墩台与基础桥墩图片示例Y形桥墩薄壁独柱式桥墩梁柱式桥墩第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造34桥梁支座、墩台与基础桥墩图片示例刚构桥异形桥墩菱柱体桥墩第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造35桥梁支座、墩台与基础异形桥墩悬臂桥墩圆柱桥墩第二节桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造桥墩图片示例36桥梁支座、墩台与基础37桥梁支座、墩台与基础三、空心高墩的施工•方法－滑升模板、翻升模板、爬升模板等。•这些施工方法的共同特点是：模板依附于已浇筑完成的墩壁上，并随着墩身的逐步加高而向上升高。1.顶架；2.辐射梁；3.内围圈；4.外围圈；5.内模板；6.外模板；7.调径螺丝杆；8.调模螺丝杆；9.行程套管；10.顶杆；11.吊篮；12.栏杆；13.液压千斤顶。→滑模施工：20世纪70年代初期开始应用，工艺要求高，不易解决变坡问题，采用不多第二节桥墩和桥台三、空心高墩的施工38桥梁支座、墩台与基础←翻模施工，从90年代开始研制应用，结构简单，应用广泛爬模施工，从80年代开始研制应用，需要塔吊和液压系统，应用不多第二节桥墩和桥台三、空心高墩的施工39桥梁支座、墩台与基础高墩施工图片第二节桥墩和桥台三、空心高墩的施工40桥梁支座、墩台与基础四、桥台的类型与构造（d）耳墙式第二节桥墩和桥台四、桥台的类型与构造1.重力式桥台实体式桥台¾主要靠自重来平衡台后的土压力。桥台台身多用石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造¾常用类型有矩形桥台、U形桥台、T形桥台、埋式桥台等。（d）耳墙式桥台41桥梁支座、墩台与基础铁路T形桥台一般构造1.台帽；2.道碴槽；3.后墙；4.基础；5.锥体；6.路堤；7.前墙；8.胸墙；9.托盘第二节桥墩和桥台四、桥台的类型与构造42桥梁支座、墩台与基础带翼墙的桥台示意•按结构形式，桥台还可分为带翼墙和不带翼墙两大类。翼墙位于桥台两侧，多采用八字形和一字形，翼墙的作用是：挡住桥台两侧的路基填土，保证桥头路基稳定，并引导水流顺畅地进入桥孔。带翼墙的桥台主要用于公路桥梁。第二节桥墩和桥台四、桥台的类型与构造43桥梁支座、墩台与基础•轻型桥台－利用结构本身的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。主要用于公路桥。–薄壁轻型桥台：常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等–支撑梁轻型桥台（适于小跨度桥，略）第二节桥墩和桥台四、桥台的类型与构造2.轻型桥台44桥梁支座、墩台与基础•框架式桥台－在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它所受的土压力较小，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。双柱框架式墙式（填土高度较大时）第二节桥墩和桥台四、桥台的类型与构造3.框架式桥台45桥梁支座、墩台与基础•组合式桥台－桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，而台的土压力由其它结构来承受，形成组合式桥台。→锚定板式桥台分离式结合式第二节桥墩和桥台四、桥台的类型与构造4.组合式桥台46桥梁支座、墩台与基础五、墩台的设计与计算桥墩的荷载组合：（1）最大竖向力组合。用来验算墩身强度和基底最大应力。铁公第二节桥墩和桥台五、墩台的设计与计算1.桥墩的设计荷载及其组合47桥梁支座、墩台与基础（2）按桥墩各截面在顺桥向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。用来验算墩身强度，基底应力、偏心及桥墩的稳定性。铁公第二节桥墩和桥台五、墩台的