第七章-桥梁支座墩台与基础(课件.pptx

2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章1第一节第一节 桥梁支座桥梁支座一、支座的作用和要求一、支座的作用和要求 q支座支座设置在桥梁的上部结构与墩台之间的结构物q作用与要求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图式q按变位分类按变位分类固定支座与活动支座（多向、单向）q按材料分类按材料分类简易支座、钢支座、钢筋混凝土支座、橡胶支座等 q按功能分类按功能分类常规支座、特殊支座（减震支座、拉力支座等）2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章2桥梁支座的布置方式桥梁支座的布置方式q简支梁桥简支梁桥一端固定，另一端活动（公、铁）一端固定，另一端活动（公、铁）q连续梁桥连续梁桥每联只设一个固定支座，其余为活动每联只设一个固定支座，其余为活动q曲线连续梁桥曲线连续梁桥支座布置会直接影响曲梁的内力分布支座布置会直接影响曲梁的内力分布q坡道上的桥梁坡道上的桥梁固定支座应设在较低一端固定支座应设在较低一端简支梁简支梁连续梁连续梁曲线梁曲线梁2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章3q简易支座简易支座指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 q钢支座钢支座靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动的铸钢支座铸钢支座 平板支座弧形支座摇轴支座辊轴支座 特种钢支座特种钢支座 二、支座类型和构造二、支座类型和构造2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章4弧弧形形钢钢板板支支座座构构造造2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章5球形支座图片球形支座图片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 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章6二、支座类型和构造（续）二、支座类型和构造（续）q钢筋混凝土支座钢筋混凝土支座（较少采用）摆柱式支座 混凝土铰 q橡胶支座橡胶支座（构造简单、加工方便、省钢材、造价低、结构高度小、安装方便）板式橡胶支座板式橡胶支座（纯橡胶、加劲橡胶）盆式橡胶支座盆式橡胶支座2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章7盆式橡胶支座盆式橡胶支座q特点特点将素橡胶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。q应用广泛应用广泛铁路桥常用的TPZ系列和公路桥常用的GPZ系列 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章8盆式橡胶支座图片盆式橡胶支座图片GPZ系列TPZ系列2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章9三、支座的受力与变位分析三、支座的受力与变位分析 q受力受力竖向力自重和活载反力（负反力问题）竖向力自重和活载反力（负反力问题）水平力纵向水平力、横向水平力（尤其对斜、弯桥水平力纵向水平力、横向水平力（尤其对斜、弯桥）q变位变位纵向和横向水平位移纵向和横向水平位移梁端转角梁端转角q反力和变位的组合反力和变位的组合q验算验算强度（拉、压应力，抗剪）强度（拉、压应力，抗剪）稳定（脱空，倾覆，滑移）稳定（脱空，倾覆，滑移）2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章10板式橡胶支座的设计与计算板式橡胶支座的设计与计算q确定平面尺寸a、bq确定厚度hq计算支座转角、验算支座不脱空条件q验算支座的抗滑性能无活载作用有活载作用2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章11第二节第二节 桥墩和桥台桥墩和桥台一、墩台的作用与要求一、墩台的作用与要求q主要作用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地基。q桥墩桥墩支承着相邻的两孔桥跨，居于桥梁的中间部位。除承受上部结构的作用力外，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q桥台桥台居于全桥的两端，前端支承着桥跨，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。还需承受台背填土及填土上车辆荷载产生的附加侧压力。q结构型式结构型式多种多样，发展方向是注意上、下部结构协调一致，结构轻型、薄壁、注意造型等 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章12二、桥墩的类型与构造二、桥墩的类型与构造q常见型式常见型式重力式墩、空心式墩、柔性墩、桩（柱）式墩、薄壁墩等。q重力式桥墩重力式桥墩（实体式桥墩）（实体式桥墩）特点特点：靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，圬工量大 组成组成：墩帽，墩身，（基础）截面截面：矩形墩、圆端形墩、圆形墩等材料材料：天然石材，片石混凝土或混凝土块应用应用：在中、小跨桥梁，尤其是铁路桥梁中常被采用2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章13墩帽构造墩帽构造挑挑臂臂式式墩墩帽帽 圆圆形形墩墩墩墩帽帽 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章14二、桥墩的类型与构造（续）二、桥墩的类型与构造（续）q空心式桥墩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。材料材料混凝土空心墩（50m）和钢筋混凝土空心墩截面截面圆形，圆端形，长方形等数种特点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（钢滑动模板施工），质量好，节省模板支架2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章15铁铁路路圆圆形形空空心心墩墩构构造造清清水水河河桥桥空空心心高高墩墩（连连续续刚刚构构）2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章16二、桥墩的类型与构造（续）二、桥墩的类型与构造（续）q柔性墩柔性墩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2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章17二、桥墩的类型与构造（续）二、桥墩的类型与构造（续）q桩（柱）式墩桩（柱）式墩排架桩墩排架桩墩：将钻孔桩基础向上延伸做为桥墩的墩身，在桩顶浇注盖梁。柱式墩柱式墩：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。2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章18二、桥墩的类型与构造（续）二、桥墩的类型与构造（续）q薄壁墩薄壁墩 钢筋混凝土薄壁墩钢筋混凝土薄壁墩：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。连续刚构桥双薄壁墩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。2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章19二、桥墩的类型与构造（续）二、桥墩的类型与构造（续）虎门大桥辅航道桥双薄壁墩虎门大桥辅航道桥双薄壁墩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章20各种轻型桥墩各种轻型桥墩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章21桥墩图片桥墩图片Y形桥墩形桥墩薄壁桥墩薄壁桥墩梁柱式桥墩梁柱式桥墩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章22桥墩图片（续）桥墩图片（续）刚构桥桥墩刚构桥桥墩菱柱体桥墩菱柱体桥墩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章23桥墩图片（续）桥墩图片（续）异形桥墩异形桥墩悬臂桥墩悬臂桥墩圆柱桥墩圆柱桥墩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章24三、空心高墩的施工三、空心高墩的施工q方方法法滑滑升升模模板板、翻翻升升模模板板、爬爬升升模模板板等等。这这些些施施工工方方法法的的共共同同特特点点是是：模模板板依依附附于于已已浇浇筑筑完完成成的的墩墩壁壁上上，并并随随着着墩墩身身的的逐逐步步加加高而向上升高。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，不能解决变坡问题，现很少采用2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章25三、空心高墩的施工（续）三、空心高墩的施工（续）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2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章26四、桥台的类型与构造四、桥台的类型与构造q重力式桥台重力式桥台（实体式桥台）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 常用类型有矩形桥台、U形桥台、T形桥台、埋式桥台等。矩形U形埋式耳墙式2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章27T T形桥台一般构造形桥台一般构造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。2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章28带翼墙的桥台带翼墙的桥台q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。2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章29四、桥台的类型与构造（续）四、桥台的类型与构造（续）q轻型桥台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）2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章30四、桥台的类型与构造（续）四、桥台的类型与构造（续）q框架式桥台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2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章31四、桥台的类型与构造（续）四、桥台的类型与构造（续）q组合式桥台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。锚锚定定板板式式桥桥台台2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章32五、墩台的设计与计算五、墩台的设计与计算1、墩台的设计荷载及其组合、墩台的设计荷载及其组合 桥墩的荷载组合桥墩的荷载组合：（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2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章33桥墩的荷载组合桥墩的荷载组合：（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2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章34桥墩的荷载组合桥墩的荷载组合：（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。铁路：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）公2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章35桥台的荷载组合桥台的荷载组合：q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2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章36五、墩台的设计与计算（续）五、墩台的设计与计算（续）2、墩台的验算内容、墩台的验算内容q设计过程设计过程选定墩台型式及拟定各部分尺寸；然后计算各项外力和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。q验算要求验算要求墩台本身：强度，稳定性及偏心 扩大基础：基底应力、整体稳定性高桥墩：墩顶弹性水平位移超静定桥梁结构：基底沉陷量q计算理论计算理论：容许应力法（铁路）和极限状态法（公路）q验算对象验算对象：墩台身一般视为偏心受压构件 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章37第三节第三节 桥梁基础桥梁基础 一、基础的作用与要求一、基础的作用与要求q桥梁基础桥梁基础桥梁结构物直接与地基接触的最下部分q地基地基承受基础传来的荷载的那一部分地层（岩层或土层）q要求要求地基和基础必须具有足够的强度和稳定性，变形也应在容许范围之内q基础类型基础类型根据埋置深度，分为浅置基础和深基础浅置基础：埋深较浅（一般小于5m），扩大基础深基础（深水基础）：桩基础，沉井，沉箱，管柱等q基础选型基础选型取决于地质条件、水文条件、荷载特性、桥梁结构型式及使用要求，以及材料的供应和施工技术等因素q重要性重要性隐蔽工程，控制施工进度，造价比例q桥梁结构的整体性桥梁结构的整体性 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章38二、基础的类型与构造二、基础的类型与构造1、浅置基础、浅置基础q刚性扩大基础刚性扩大基础，又称明挖基础，直接在墩台下开挖基坑修建而成 q平面形状平面形状常为矩形，也有其它形式q立面形状立面形状可为单层或多层台阶，与地基承载力及上部荷载大小等有关q襟边襟边：20cm50cm q刚性角刚性角：30 45 q常用材料常用材料混凝土、片石混凝土、浆砌片石等q特点特点稳定性好、施工简便、取材容易 q基坑开挖2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章392、桩（及大型管柱）基础、桩（及大型管柱）基础 q适用情况适用情况当墩台所处位置的覆盖层很厚，适于承力的地基很深，或施工水位较高时q组成组成若干根桩和承台q分类分类按承台位置按承台位置：高桩承台和低桩承台基础 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章40q分类（续）分类（续）按施工方法按施工方法：按基础传力方式按基础传力方式：柱桩，摩擦桩按材料划分按材料划分：钢筋混凝土桩，钢桩，钢管混凝土桩（管柱）按横截面划分按横截面划分：圆形，环形，方形等2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章41桩的平面和立面布置桩的平面和立面布置q平面布置平面布置：行列式，梅花式q立面布置立面布置：竖直桩，斜桩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章42管柱管柱q大直径钢筋混凝土大直径钢筋混凝土桩（桩（15m左右）左右）q施工阶段为管形结施工阶段为管形结构，使用阶段以柱构，使用阶段以柱的形式受力的形式受力q薄壳圆柱形管节薄壳圆柱形管节（需接长），不耐（需接长），不耐捶击，振动法下沉捶击，振动法下沉q管内钻孔至基岩，管内钻孔至基岩，放钢筋骨架笼，灌放钢筋骨架笼，灌注混凝土注混凝土q结构体系：高、低结构体系：高、低承台的立柱承台的立柱1、管柱；2、承台；3、墩身；4、嵌固于岩层；5、钢筋骨架；6、低水位；7、岩层；8、覆盖层；9、钢管靴2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章43武武汉汉长长江江大大桥桥管管柱柱基基础础2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章44桩桩的的构构造造：灌灌注注桩桩配配筋筋图图2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章45桩的构造：预制钢筋混凝土方桩桩的构造：预制钢筋混凝土方桩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章46桩基础的承台桩基础的承台q形状形状矩形和圆端形q平面尺寸平面尺寸根据其上部墩台身底面尺寸及其桩的平面布置而定q承台厚度承台厚度 不宜小于1.5mq材料材料钢筋混凝土，一般不低于15号q钢筋布置钢筋布置：见图2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章47（旋转）钻孔设备（旋转）钻孔设备钻机钻机钻头钻头2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章48套管法施工钻孔桩套管法施工钻孔桩2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章49打桩设备打桩设备桩架柴油锤振动打桩机2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章503、沉井及沉箱基础、沉井及沉箱基础q沉井基础沉井基础混凝土井筒，一边在筒内挖土，一边靠它的自重不断下沉到设计标高的方法来完成施工，沉箱沉箱q特点特点埋置深度可以很大、整体性强、稳定性好，施工期较长 （1）沉井底节在人工筑岛上浇筑；（2）沉井开始下沉及接高；（3）沉井已下沉至设计位置；（4）进行封底及墩身工作。2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章51沉井分类沉井分类按下沉方式按下沉方式：就地建造下沉，浮运就位下沉按建筑材料按建筑材料：钢，混凝土沉井，钢筋混凝土沉井等按平面形状按平面形状：圆形、矩形及圆端沉井等按竖直剖面形状按竖直剖面形状：竖直式、倾斜式及阶梯式 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章52沉井基本构造沉井基本构造q组成组成刃脚、井壁、隔墙、井孔、凹槽、射水管和探测管、封底、顶盖（或承台）等 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章53深水沉井基础（深水沉井基础（10m以上水深）施工以上水深）施工q水上工作面水上工作面的建立浮式承重体系（常用者，用船舶或浮箱组合，用锚绳、锚碇保持其水上固定位置）插到水底的劲性承重体系（如海上工作平台）q沉井沉井：岸边制造（壳体结构，利用水浮力承托），浮运或拖运至墩位工点q沉落过程沉落过程由压水（气）、灌注混凝土等措施，控制入水深度及平稳性q基本施工过程基本施工过程沉井底节（通常为双层板壁钢壳）制作浮船组抛锚定位沉井底节悬浮水中沉井接高下沉（钢气筒辅助）沉井落进河床沉井接高土中下沉井上围堰（钢板桩，沉井顶面标高通常低于最低水位）安装水下清基沉井封底建造承台墩身2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章54南南京京长长江江大大桥桥沉沉井井基基础础2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章55大大贝贝耳耳特特桥桥沉沉井井基基础础2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章56采用大吨位浮吊施工沉井采用大吨位浮吊施工沉井2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章57复式基础复式基础q沉井加管柱沉井加管柱（适应于很厚的软弱覆盖层，减少管柱的自由长度，南京长江大桥）q双壁钢围堰钻岩双壁钢围堰钻岩基础基础（采用能自浮的双层外壁结构，结合管柱钻岩工艺，演化形成，九江长江大桥）2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章58双壁钢围堰钻岩基础双壁钢围堰钻岩基础（1）围堰浮运就位；（2）封底钻孔；（3）抽水后灌注承台和墩身；（4）水下切除部分围堰 2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章59锁口钢管桩锁口钢管桩钢管板桩，焊接钢管的联接部而形成墙壁，用于港口内壁或防波堤，也用于一般基础工程或桥梁基础等。主要特点：1)设计经济合理。2)对水平和垂直载荷的支撑力好，强度高。3)适用大部分地基情况。6)桩壁形式样。7)容易调整桩壁高度。8)易于施工，缩短工程时间。9)防水效果好，可安全准确地施工。2024年4月20日李亚东桥梁工程概论 第七章60思考题思考题q固定支座和活动支座的基本布置方式固定支座和活动支座的基本布置方式q支座的分类支座的分类q板式、盆式橡胶支座的工作机理板式、盆式橡胶支座的工作机理q桥梁墩台的基本组成桥梁墩台的基本组成q常用重力式、轻型桥梁墩台常用重力式、轻型桥梁墩台q重力式桥墩的检算项目重力式桥墩的检算项目q刚性扩大基础的基本构造刚性扩大基础的基本构造q桩基础的分类桩基础的分类q陆地（浅水）沉井基础的施工陆地（浅水）沉井基础的施工