第三章-桥台构造与设计

桥梁墩台基础第三章桥台构造与设计主讲内容12锚定板桥台设计计算原则铁路重力式桥台构造与设计轻型桥台构造与设计3桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计一、桥台构造及主要尺寸拟定桥台的组成顶帽底面线以下，基墙顶面以上部分基墙顶面以下部分桥台顶帽底面线以上部分台顶台身基础锥体填土锥体护坡桥台桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（一）台顶构造防水层A详图B详图ABi=3%C10混凝土前墙在T形桥台中，台顶由顶帽、道碴槽和承托道碴槽的台顶圬工组成。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（一）台顶构造顶帽道碴槽台顶圬工™道碴槽道碴槽的用途道碴槽的用途：用来铺放道碴、承托轨枕、钢轨等线路设备。道碴槽的构造道碴槽的构造：：道碴槽的两侧及前端有挡土墙，以防止道碴向外坍落。道碴槽宽度应使道碴坡角落于挡墙内侧，为此要求道碴槽顶部外侧间的宽度不小于3.9m。桥台的两侧挡碴墙顶要低于轨底不小于0.2m，以便于抽换道碴槽内的轨枕。道碴槽前端直立的挡碴墙又叫胸墙，胸墙中心是桥台定位的控制点，胸墙线的平面投影就是桥台的横向定位线。道碴槽应设有不小于3﹪的排水坡和防水设施。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（二）台身构造台身后墙背部常做成后仰形式，可使台身的重心后移，平衡一部分台后路基填土推力所产生的力矩，并使台后土压力有所减少。非埋式桥台台身前墙表面常做成竖直的。台身是顶帽底面线以下、基墙顶面以上部分。台身的横截面形状，常用它来为桥台命名。Ｔ台的前墙承托顶帽，后墙承托台顶道碴槽。（三）基础构造桥台基础的构造在后面有关章节中讲述。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（四）附属建筑锥体填土锥体护坡锥体填土路基前方伸入桥台部分呈锥体状，称桥台锥体填土，其作用是保持台后路基稳定，并使桥台与路基很好的衔接，增加桥台的稳定。锥体及台后一段路基填方，在顺线路方向上，上方不小于桥台高度加2m、下方不小于2m长度范围内，均应以渗水土填筑，并严格夯实；确有困难时，除严寒区外，可用一般粘土填筑，但应夯实达最佳密度的90％，且需加强排水措施。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（四）附属建筑锥体填土锥体护坡锥体护坡锥体护坡是为了保护锥体填土免受洪水冲刷，保证台后线路稳定而设。锥体护坡一般沿锥体填土坡面全高进行铺砌，并根据水流流速及流冰、流木等情况决定铺砌标准。铺砌标准有浆砌片石、双层干砌片石和单层干砌片石铺砌三种。为防止锥体填土被水掏走，在干砌片石铺砌时，应加设厚度不小于10cm的碎石或卵石垫层。锥体护坡的坡脚埋入河床深度，应考虑一般冲刷的影响。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（五）桥台长度的确定桥台长度轨底路肩桥台前墙≥0.3m≥0.75m桥台长度是指胸墙前缘到台尾的长度，也是道碴槽的长度。桥台长度是根据填土高度和《桥规》对桥台与路堤连接的有关规定来决定的，其具体方法如下：桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计桥台长度轨底路肩桥台前墙≥0.3m≥0.75m1.非埋式桥台长度确定方法(1)在设计图上将桥台前缘与铺砌面或一般冲刷线的交点当作坟脚点①，这时，将路肩至铺砌面或一般冲刷线的高度作为填土高度H。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计1.非埋式桥台长度确定方法桥台长度轨底路肩桥台前墙≥0.3m≥0.75m(2)锥体坡面与桥台侧面相交线的坡度应符合：在路肩以下第一个6m的高度不得陡于l:l；6m至12m的高度，不得陡于l:1.25；大于12m时，不得陡于l:1.5。根据填土高度及锥体坡面的规定，自坡脚点①将锥体坡面线在设计图上作出，从而决定锥体在路肩高度处的位置②。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计桥台长度轨底路肩桥台前墙≥0.3m≥0.75m1.非埋式桥台长度确定方法(3)桥台台尾上部应伸入路堤最少0.75m，以保证桥台与路堤的可靠连接。按此要求从②点水平地向路堤方向延伸0.75m即可确定台尾位置③和求得桥台长度d。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计桥台长度轨底路肩桥台前墙≥0.3m≥0.75m1.非埋式桥台长度确定方法(4)为了保护支座，使其不被冰雪或杂物污染阻塞，还应保证垫石后缘至锥体填土坡的距离不个于0.3m。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.埋式桥台长度确定方法重力式埋入式桥台的锥体坡度、锥体坡面与垫石后缘的距离及台尾伸入路基的要求与非埋入式桥台的相同，但埋入式桥台的锥体可伸出桥台前缘。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.埋式桥台长度确定方法0（1）按锥体坡面距垫石后缘不小于0.3m的要求作1：1坡面线与路肩线相交得①点.桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.埋式桥台长度确定方法0（2）自①点水平地向路堤方向延伸0.75m定台尾位置②和得出桥台长度d桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.埋式桥台长度确定方法0（3）按要求画全锥体坡面线。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.埋式桥台长度确定方法0（4）为了使伸入桥孔的锥体能保持稳定，《桥规》要求锥体坡面线与桥台前缘相交处应高出设计频率水位0.25m。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.埋式桥台长度确定方法0（5）如不能满足，应在设计频率水位加0.25m处增设一平台，将锥体坡面前移。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（六）桥台顶帽尺寸拟定桥台顶帽尺寸拟定原则及各项规定和桥墩顶帽基本相同。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计二、桥台荷载计算（一）作用在桥台上的荷载1.垂直恒载它包括：线路设备、桥跨自重阻力，台顶和台身自重、基础自重，覆土自重。2.列车活载及其影响力它包括：桥跨活载支座反力，台顶垂直活载，桥跨及台顶的列车制动力(或牵引力)，曲线桥上的离心力，列车横向摇摆力以及台后路堤填土上因垂直活载引起的活载土压力。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（一）作用在桥台上的荷载3.填土土压力包括台后填土，基础后填土、前墙及其基础加宽部分以及台前填土所产生的土压力等。4.其它如风力、水浮力等。在以上的各项荷载中，垂直恒载活载的计算方法与桥墩同。下面仅介绍荷载计算中与桥墩的不同点。桥梁墩台基础（二）恒载土压力路堤填土对桥台背作用的侧压力可按库伦(楔体极限平衡)理论推导的主动土压力计算。当填土表面是一水平面时，整个台背所受主动土压力为：22221cos()2sin()sincoscos()[1]cos()cosaEHBφαγφδφαδαδαα+=+−+−212aHBγλ=（kN）第三章桥台构造与设计台背主动土压力的方向和台背法线成角。为了检算桥台的方便，常将倾斜方向的分解成水平分力和竖直分力桥梁墩台基础δaExEyE2211cos()cos()22xaaxEEHBHBδαγλδαγλ=−=−=2211sin()sin()22yaayEEHBHBδαγλδαγλ=−=−=主动土压力系数台背竖直（）台背仰斜（）300.3010.2910.078300.2330.2330.015330.2670.2560.076330.1960.1950.018400.1990.1870.068400.1330.1320.0200α=111195tgα−′==°φaλxλyλφaλxλyλ°°°°°°第三章桥台构造与设计桥梁墩台基础主动土压力作用点的位置通常由台背土压力的强度图形确定。库仑理论假定土压力强度图形沿台背高度成直线变化。如图所示填土表面为一平面的情况下，压力强度图形为三角形，距填土表面深度H处的压力强度，故土压力作用点距计算部分底面高度为H/3。()haHkPaσλγ=第三章桥台构造与设计桥梁墩台基础1.台背直墙部分主动土压力当台背宽度为B（m）时，直墙AB所受主动土压力可近似按下式求得：2111111122EHBHBσγλ==（kN）的作用点可近似认为在直墙的/3处，作用方向与直墙背的法线成角。1E1Hδ的水平方向分力为：在竖直方向分力为：1E1E2211111111coscos22xaaxEEHBHBδγλδγλ===yaayBHBHEE1211211121sin21cosλγδλγδ===第三章桥台构造与设计桥梁墩台基础2.斜墙部分主动土压力计算桥台斜墙BC部分的土压力时，常采用延长墙背法，即将墙背向上延伸与换算土面相交，按斜墙背倾角和换算土面为水平的情况计算并得出其土压力的强度图形，这时与斜墙BC相应的压力强度图形的体积就是斜墙BC所受的土压力。α[]22121221()2aaEHHHHBλγλγ=++22211(2)2aHHHBλ=+第三章桥台构造与设计桥梁墩台基础3.基础部分主动土压力基础横向宽度与直、斜墙部分宽度B不相同，基础背面是竖直的，它与墙背的斜度也不同，因此基础高度范围内的主动土压力计算应与斜墙分开而单独考虑。B基3121()aHHσγλ′=+31231()aHHHσγλ=++33312EHBσσ′=+基基（）第三章桥台构造与设计桥梁墩台基础4.前墙加宽及其基础部分主动土压力T台前墙加宽背面上作用着锥体填土的土压力。从图可知，桥台锥体填土面与桥台侧面交线为折线形。00cos()()sin()EAtgBBθφγθθψ+=−+32111(33)3(2)xHaHhHhZHaHh+−+=⎡⎤++⎣⎦2前前前2前前第三章桥台构造与设计桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（三）活载土压力桥台所受的活载梁上活载台顶活载活载土压计算方法可根据检算桥台时的活载布置按力学原理求得台后滑动土楔上活载所引起的上压力？计算方法桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计当台后填土顶面有连续均布活载压力强q(kPa)作用时，活载土压的计算是将q换算成为与填土容重相同的当量均布土层，亦即将均市活载q换算成等效厚为h活的土体。即：活载土压计算方法γqh=桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（四）其他荷载计算1.离心力曲线桥的桥台须计及梁上及台顶传来的离心力。台上离心力按台上竖向活载乘以离心力率计算，其作用点仍在轨顶以上2m；梁上离心力计算方法与桥墩同。2.制动力或牵引力台顶部分的制动或牵引力仍按竖向活载的10%计算，作用点按移至轨底计算。对台后填土部分活载所产生的制动力（或牵引力），因考虑到该力可经过钢轨传至填土破坏棱柱体以外的路基上，故规定可不予计算。其它与桥墩相同。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计3.风力桥台由于被台后填土及锥体填土所掩埋，其台前受风面积又很小，故桥台本身的纵、横向风力一般可不计算。梁部风力计算与桥墩中计算方法相同。其它荷载计算方法参照桥墩有关项计算。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计三、桥台检算内容与台身截面检算与桥墩检算项目相同应力检算偏心检算受压稳定检算台顶水平位移检算基础和地基的检算1.桥台检算内容耳墙检算（查用标准图除外）U型桥台及T型桥台一般都可满足强度、受压稳定和偏心限值的要求,可以不检算;埋式桥台或耳墙式桥台的台身尺寸相对地较小,常须经过检算（套用标准图纸者除外）。桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计2.桥台台身截面检算特点（1）桥台检算不像直线上桥墩仅需计及主力加附加力组合。有侧向主力的作用，竖向恒载也较大主力组合常可能控制应力和稳定性检算主力加附加力组合控制偏心检算有主力组合，也有主力加附加力组合桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（2）桥台需按前后两端两种情况进行应力和偏心的验算桥台结构的形状和受力在纵向都是不对称的制动力或牵引力的方向可以指向桥孔，也可以指向路堤桥台可能在检算截面前端产生最大应力或偏心，也可能在后端产生最大应力或偏心桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计（3）桥台检算的活载布置情况较桥墩复杂，下面介绍几种常用的图式。a.检算前端应力和偏心的活载布置制动力活载情况Ⅰ制动力活载情况Ⅰ活载情况Ι，常用于直线桥台的前端检算活载情况Ιa，常用于曲线桥桥台的前端检算桥梁墩台基础第一节铁路重力式桥台构造与设计b.检算后端应力和偏心的活载布置制动力活载情况Ⅱ制动力活载情况Ⅱ活载情况Ⅱ，常用于直线桥台的后端检算