墩台基础课件.ppt
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1、第1页,共123页。第一节第一节 桥梁墩台桥梁墩台一、一、概述概述二二 、梁桥桥墩的类型与构造、梁桥桥墩的类型与构造三三 、梁桥桥台的类型与构造、梁桥桥台的类型与构造四四 、梁桥桥墩台的设计与计算、梁桥桥墩台的设计与计算第2页,共123页。一、一、概述概述1 1、墩台的作用与要求、墩台的作用与要求2 2、墩台的组成、墩台的组成3 3、墩台的施工、墩台的施工第3页,共123页。桥墩、桥台为桥梁的下部结构,是桥梁的重要组成部分之桥墩、桥台为桥梁的下部结构,是桥梁的重要组成部分之一。一。桥梁墩台的主要作用是承受上部结构传来的荷载桥梁墩台的主要作用是承受上部结构传来的荷载,并将它并将它及本身自重传给地
2、基。及本身自重传给地基。桥墩支承相邻的两孔桥跨,居于桥梁的中间部位。桥墩支承相邻的两孔桥跨,居于桥梁的中间部位。桥台居于全桥的两端,它的前端支承桥跨桥台居于全桥的两端,它的前端支承桥跨,后端与路基衔后端与路基衔接,起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。接,起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。1 1、墩台的作用与要求、墩台的作用与要求第4页,共123页。桥梁墩台除承受上部结构的作用力外,桥墩还受到风桥梁墩台除承受上部结构的作用力外,桥墩还受到风力、流水压力及可能发生的冰压力、船只和漂流物的撞击力,力、流水压力及可能发生的冰压力、船只和漂流物的撞击力,桥台还需承受台背填土
3、及填土上车辆荷载产生的附加侧压力。桥台还需承受台背填土及填土上车辆荷载产生的附加侧压力。因此,桥梁墩台不仅本身应具有足够的强度、刚度和因此,桥梁墩台不仅本身应具有足够的强度、刚度和稳定性,而且对地基的承载能力稳定性,而且对地基的承载能力 沉降量、地基与基础之间沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求。的摩阻力等也都提出一定的要求。第5页,共123页。2 2、墩台的组成、墩台的组成桥梁墩桥梁墩(台台)主要由墩主要由墩(台台)帽、墩帽、墩(台台)身和基础三部分组成身和基础三部分组成(图图9 91)1)。组组成成墩台帽墩台帽墩台身墩台身基础基础第6页,共123页。第7页,共123页。二二
4、、梁桥桥墩的类型与构造梁桥桥墩的类型与构造1 1、实体式桥墩、实体式桥墩2 2、空心式桥墩、空心式桥墩3 3、桩柱式桥墩、桩柱式桥墩4 4、柔性桥墩、柔性桥墩5 5、薄壁桥墩、薄壁桥墩6 6、框架式桥墩、框架式桥墩7 7、立交桥的桥墩布置于构造特点、立交桥的桥墩布置于构造特点8 8、高桥墩、高桥墩第8页,共123页。1 1、实体式桥墩、实体式桥墩(1 1)矩形墩)矩形墩(2 2)圆端形桥墩)圆端形桥墩(3 3)圆端形桥墩)圆端形桥墩 实体桥墩由一个实体结构组成,按其截面尺寸及重量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。的不同又可分为实体重力式桥
5、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(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。较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。第9页,共123页。第10页,共123页。它的外形简单,施工方便、圬工数量较省。但对水它的外形简单,施工方便、
6、圬工数量较省。但对水流的阻力很大,引起局部冲刷较大。一般用于无水或静流的阻力很大,引起局部冲刷较大。一般用于无水或静水处。在水流影响小或不通航河流上的桥墩,或靠近河水处。在水流影响小或不通航河流上的桥墩,或靠近河岸的桥墩、也可采用这种形式。岸的桥墩、也可采用这种形式。(l)(l)矩形墩矩形墩 第11页,共123页。(2)(2)圆端形墩圆端形墩 它的截面是矩形两端各接一个半圆,施工稍麻烦,它的截面是矩形两端各接一个半圆,施工稍麻烦,但较适合水流通过,可减少局部冲刷。一般用于水流斜但较适合水流通过,可减少局部冲刷。一般用于水流斜交角小于交角小于1515的桥梁的桥梁,是水中桥墩使用最广泛的一种形式。
7、是水中桥墩使用最广泛的一种形式。第12页,共123页。其截面为圆形,圬工较多,且施工较麻烦其截面为圆形,圬工较多,且施工较麻烦,但其流水特但其流水特性较前两种形式好。一般用于河流急弯、流向不固定或与性较前两种形式好。一般用于河流急弯、流向不固定或与水流斜交角大于水流斜交角大于1515的桥梁。的桥梁。(3)(3)圆形墩圆形墩 第13页,共123页。第14页,共123页。第15页,共123页。第16页,共123页。第17页,共123页。实体桥墩由一个实体结构组成,按其截面尺寸及重量的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。不同又可分为实体重力式桥墩
8、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(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、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覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上第18页,共123页。实体轻型桥墩可用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料实体轻型桥墩可用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材
9、料做成,此结构显著减少了圬工体积,但其抗冲冲击力较差,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、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重力式桥墩墩帽厚度一般不小于0.4m0.4m,中小跨梁桥也不应小,中小跨梁桥也不应小于于0.3m0.3m,并设有,并设有5050100mm100mm的檐口。的檐口。第19页,共
10、123页。2 2、空心式桥墩、空心式桥墩 空心桥墩有两种形式:一种为部分镂空实体桥墩,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。另一种为薄壁空心桥墩。在一些高大的桥墩中、为了减少污工体积,节约材料,在一些高大的桥墩中、为了减少污工体积,节约材料,减轻自重,减少软弱地基的负荷,也可将墩身内部做成减轻自重,减少软弱地基的负荷,也可将墩身内部做成空腔体、即所谓空心桥墩。这种桥墩在外形上与实体重空腔体、即所谓空心桥墩。这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大的差别,只是自重较实体重力式的轻,力式桥墩并无大的差别,只是自重较实体重力式的轻,因此,它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。因此
11、,它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。第20页,共123页。第21页,共123页。第22页,共123页。3 3、桩(柱)式桥墩、桩(柱)式桥墩 柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。它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。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。柱式桥墩以根据桥宽的需要以及地物地
12、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形截面,墩身可以直接与梁相接。第23页,共123页。第24页,共123页。柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋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)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,以减传递到全桥的各个柔性墩台,或
13、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目的4 4、柔性桥墩、柔性桥墩第25页,共123页。第26页,共123页。第27页,共123页。框架式桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压挠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,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必要时可做成双层或多层的框架5 5、框架式桥墩、框架式桥墩第28页,共123页。第29页,共123页。第30页,共123页。三、桥墩防撞三、桥墩防撞 流冰对桥墩的危害主要
14、表现在大面积流冰对桥墩的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,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(冰厚大于在中等以上流冰河道(冰厚大于0.5 m0.5 m,流水速度,流水速度1 m/s1 m/s左左右)及有大量漂流物的河道,应在迎水方向设置破冰棱体右)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,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
15、定抵抗船舶冲击荷载的能力,还要考虑采用缓冲装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,不使其破坏桥墩的冲击荷载,不使其破坏第31页,共123页。第32页,共123页。第33页,共123页。第34页,共123页。第35页,共123页。第36页,共123页。第37页,共123页。3.3.柔性墩柔性墩 为充分发挥桥墩的承载为充分发挥桥墩的承载(受压受压)能力,可让各墩能力,可让各墩(台台)具具有不同的抗剪刚度,并用梁使其连接在一起。对多跨桥,有不同的抗剪刚度,并用梁使其连接在一
16、起。对多跨桥,可在其两端设置刚性较大的桥台,中间各墩均采用柔性墩,可在其两端设置刚性较大的桥台,中间各墩均采用柔性墩,其顺桥方向的墩身尺寸很小其顺桥方向的墩身尺寸很小);同时,全桥除在一个中墩;同时,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。上设置活动支座外,其余墩台均采用固定支座。传统的简支梁一端设置固定支座,另一端为活动支座。传统的简支梁一端设置固定支座,另一端为活动支座。在顺桥方向,桥梁墩台之间的水平联系被完全隔断,各桥墩在顺桥方向,桥梁墩台之间的水平联系被完全隔断,各桥墩单独承担梁上传来的制动力或牵引力。为抵抗强大的水平力单独承担梁上传来的制动力或牵引力。为抵抗强大的水
17、平力作用,桥墩截面不得不做得较大,形成作用,桥墩截面不得不做得较大,形成“胖柱胖柱。第38页,共123页。理论分析和实验表明理论分析和实验表明:作用在桥梁上的水作用在桥梁上的水 平力将按各平力将按各墩台的抗剪刚度进行分配;因此,作用在每个柔性墩上的墩台的抗剪刚度进行分配;因此,作用在每个柔性墩上的水平力极小水平力极小,绝大部分水平力由桥台承担。这样,桥墩就可绝大部分水平力由桥台承担。这样,桥墩就可以采用柔性的单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥墩,达到以采用柔性的单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥墩,达到节省材料、使桥墩轻型化的目的节省材料、使桥墩轻型化的目的 。第39页,共123页。由于柔性墩在布置上
18、,只设一个活动支座。当桥梁孔数较多且桥由于柔性墩在布置上,只设一个活动支座。当桥梁孔数较多且桥较长时,柔性墩固定支座的墩顶位移量过大而处于不利状态较长时,柔性墩固定支座的墩顶位移量过大而处于不利状态,活动支座活动支座的活动量要求也要大,刚性桥台的支座所受的水平力也大。的活动量要求也要大,刚性桥台的支座所受的水平力也大。因此,多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联。两个活动支座之间或刚性台与因此,多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联。两个活动支座之间或刚性台与第一个活动支座间称为一联,见图第一个活动支座间称为一联,见图7-217-21。每联设置一个刚性墩每联设置一个刚性墩(台台),刚性墩宜布置在地基较好和
19、地形较,刚性墩宜布置在地基较好和地形较高的地方。一联长度的划分视地形构造和受力情况确定。高的地方。一联长度的划分视地形构造和受力情况确定。第40页,共123页。第41页,共123页。桩式桥墩是将钻孔桩基础向上延伸作为桥墩的墩身,在桩顶浇注盖梁。桩式桥墩是将钻孔桩基础向上延伸作为桥墩的墩身,在桩顶浇注盖梁。桩式墩在墩位的横向可以是一根、两根或数根桩。在一个墩台纵向设置一排桩时,桩式墩在墩位的横向可以是一根、两根或数根桩。在一个墩台纵向设置一排桩时,称为单排桩墩。如设置两排时称为双排桩。称为单排桩墩。如设置两排时称为双排桩。排架桩墩采用钢筋混凝土结构,盖梁截面可用矩形或排架桩墩采用钢筋混凝土结构,
20、盖梁截面可用矩形或T T形,等截面或变截面。形,等截面或变截面。单排桩墩一般适用于墩高不超过单排桩墩一般适用于墩高不超过45m45m的中小跨梁桥。双排桩墩的承载能力的中小跨梁桥。双排桩墩的承载能力和稳定性都较强,但墩身高度不宜大于和稳定性都较强,但墩身高度不宜大于10m10m。排架桩墩材料用量经济,施工简单,适合在平原地区建桥使用,一般排架桩墩材料用量经济,施工简单,适合在平原地区建桥使用,一般跨度不大于跨度不大于13m13m。有漂流物和流速过大的河道,桩墩容易受到冲击和磨损,。有漂流物和流速过大的河道,桩墩容易受到冲击和磨损,不宜采用。不宜采用。4.桩桩(柱柱)式墩式墩(1 1)排架桩墩)排
21、架桩墩第42页,共123页。4.4.桩桩(柱柱)式墩式墩(1 1)桩)桩(柱柱)式墩的特点式墩的特点(2 2)桩)桩(柱柱)式墩的分类式墩的分类(3 3)桩)桩(柱柱)式墩的构造式墩的构造第43页,共123页。柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。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。交桥。(1 1)桩)桩(柱柱)式墩的特点式墩的特点第44页,共123页。(2 2)桩)桩(柱柱)式墩的分
22、类式墩的分类1 1)单柱式墩)单柱式墩2 2)双柱式墩)双柱式墩3 3)多柱式墩)多柱式墩4 4)哑铃式墩)哑铃式墩5 5)混合双柱式墩)混合双柱式墩第45页,共123页。第46页,共123页。第47页,共123页。第48页,共123页。柱式桥墩的墩身沿桥横向常由柱式桥墩的墩身沿桥横向常由1 1 4 4根立柱组成,柱身为根立柱组成,柱身为0.60.6 1.5m1.5m的大直径的大直径圆柱或方形、六角形等其它形式,使墩身具有较大的强度和刚度。当墩身高度大圆柱或方形、六角形等其它形式,使墩身具有较大的强度和刚度。当墩身高度大于于6 6 7m7m时,可设横系梁加强柱身横向联系。时,可设横系梁加强柱身
23、横向联系。(3 3)桩)桩(柱柱)式墩的构造式墩的构造 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,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对于上部结构为大悬臂箱形截面,墩身可以直接与梁相接。第49页,共123页。第50页,共123页。(1 1)薄壁墩的特点)薄壁墩的特点(2 2)薄壁墩的分类)薄壁墩的分类(3 3)薄壁墩的构造)薄壁墩的构造 5.5.薄壁桥墩薄壁桥墩第51页,共12
24、3页。(1 1)薄壁墩的特点)薄壁墩的特点 板壁形的薄壁墩构造筒单、轻巧、圬工体积少板壁形的薄壁墩构造筒单、轻巧、圬工体积少适用于地基承载力较弱的适用于地基承载力较弱的地区。地区。薄壁墩的高度一般不大于薄壁墩的高度一般不大于7m7m,由于墩身受压受弯,因此要配有适量的受力钢,由于墩身受压受弯,因此要配有适量的受力钢筋和构造钢筋。筋和构造钢筋。薄壁墩与排架桩墩比较,圬工用量多,但对漂流物及流冰的抵抗能力要强薄壁墩与排架桩墩比较,圬工用量多,但对漂流物及流冰的抵抗能力要强。第52页,共123页。(2 2)薄壁墩的分类)薄壁墩的分类板壁形(一字形)板壁形(一字形)工字形工字形箱箱 形形双薄壁墩双薄壁
25、墩钢筋混凝土薄壁墩截面形式有钢筋混凝土薄壁墩截面形式有第53页,共123页。(3 3)薄壁墩的构造)薄壁墩的构造第54页,共123页。第55页,共123页。第56页,共123页。双薄壁墩是在墩位上有两个相互平行的墩壁主梁刚结双薄壁墩是在墩位上有两个相互平行的墩壁主梁刚结(或铰结或铰结)的桥墩。钢筋混凝土双薄壁墩可增加桥梁刚度,减的桥墩。钢筋混凝土双薄壁墩可增加桥梁刚度,减少主梁支点负弯矩,增加桥梁美观。少主梁支点负弯矩,增加桥梁美观。图图7-24为虎门大桥辅航道桥,是为虎门大桥辅航道桥,是150m+270m+150m三跨三跨连续一刚构桥两个江中墩采用双薄壁墩。墩高约连续一刚构桥两个江中墩采用双
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