桥墩构造设计与计算

【导读】   多跨桥的中间支承结构称为桥墩。桥墩分为实体墩、柱式墩、和排架墩等。按平面形状可分为矩形墩、尖端形墩、圆形墩等。建筑桥墩的材料可用木料、石料、混凝土、钢筋混凝土、钢材等。桥墩的位置和桥梁上部结构的分跨布置密切相关。做好了桥墩，对设计师来说也是可以独当一面的本领。本文详细解读桥墩构造设计与计算……

梁式桥墩

 

梁式桥墩受力状态  

上部结构： 受弯受剪

下部结构： 竖向——通过支座传来的上部结构恒、活载(汽、挂车)和自身自重；水平--顺桥向：制动力、温度影响力、风力、地震力等；横桥向：水压力、冰撞击力、风力、地震力等。

1.实体式桥墩(重力式)    

特点: 利用自身重量(包括桥跨结构重)平衡外力，而保证桥墩的稳定。圬工结构：砖、石、砼结构，不设受力钢筋仅配构造钢筋。为了减少圬工体积，墩帽有时设计成悬臂式或托盘式。

缺点： 圬工体积大，自重和阻水面积大，要求地基土承载力较高。

适用条件： 较大的大、中型桥梁(跨度大、受支座反力大、增加自重和稳定性)；流冰、漂流物较多的河流中，因体积大不怕碰撞。砂石料方便地区，可就地取材。

2.空心墩    

材质一般有砼、钢筋混凝土、预应力混凝土。构造含横隔板、检查口、通风口。

适用范围：高桥墩圬工量减少的较多，特别是跨山谷的(下面无水)桥梁，不宜在流速大并夹有大量泥沙和可能有船舶、冰、漂流物撞击的河流中应用。

3.柱式墩    

构造： 墩身为柱，下面配桩或刚性扩大基础，有时采用桩柱一体为桩柱式。

特点： 轻巧，圬工量小。必须采用钢筋砼或预应力混凝土，特别是单柱式必须采用预应力混凝土。

适用条件： 桥跨不大于30米，墩高不高于10米情况。

4.柔性排架墩    

由柔性桩柱墩(柱式)、主梁和刚性墩台组成的一联或多联的连续铰接刚架体系，既桥梁的上、下部构成一个共同承受外力和变形的整体.将上部结构传来的水平力(制动力、温度影响力等)传到全桥各柔性墩台或相邻的刚性墩台上，使其整体受力，以减少柔性墩所受到的水平力，从而达到减少墩身截面的目的。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.既由固定支座将各墩柱连接成一联，有时通过连续桥面或主梁为连续梁连成一联。

温度墩为两排靠在一起又互不联系的柱墩，为的是在温度变化情况下，联与联之间互不影响，往往在每联之间设温度墩.为承受较大的水平力有时在每联中设刚性墩，刚性墩为重力式墩或双排墩(注意双柱墩是横桥向的而双排墩是顺桥向的)。

5.刚构式    

为了减轻墩身自重和减少阻水面积，有时采用刚构墩，刚构墩形式多样，有横桥向刚构、顺桥向刚构或横桥向顺桥向均刚构，有X形、V形、Y形、树叉形等等.比较美观，多用于城市桥梁。

6.薄壁墩    

(1)钢筋混凝土薄壁墩： 钢筋混凝土薄壁墩是一种新型桥墩，截面形式有板壁形、I形、箱形等，圆形的薄壁空心墩也是钢筋混凝土薄壁墩的类型之一。板壁形的薄壁墩构造简单、轻巧、圬工体积少，适用于地基承载力较弱的地区。薄壁墩的高度一般不大于7m，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。如图为我国已建成的薄壁墩的实例。该桥桥墩中距14.1m，墩高4.8m，墩厚0.35m，墩厚为高度的1/13.7。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些。一字形薄壁墩在墩位的横向也可做成v形、Y形或其它形状。

(2)双薄壁墩： 双薄壁墩是在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁刚结(或铰结)的桥墩。钢筋混凝土双薄壁墩可增加桥梁刚度.减少丰梁支点负弯矩，增加桥梁美观。图7—24为虎门大桥辅航道桥，是150m 270m 150m三跨连续一刚构桥，两个江中墩采用双薄壁墩。墩高约30m，箱形截面，箱壁与梁内横隔板联为一体。

梁桥桥墩构造要求、尺寸拟定

 

一、墩台帽  

1.材料： 必须20#以上砼或钢筋混凝土。

2.作用： 支承上部结构，并将相邻两孔桥上的恒、活载传至墩上。

3.构造： 除设置构造钢筋外，为使受力均匀，支座下应布置一层或多层钢筋网，作用加强局部分散支座传来的集中力。

4.厚度(高度)：

中、小跨径 h≥30cm

大跨径 h≥40cm

5.钢筋网尺寸：

顺桥向=全宽

横桥向≥2a (a为支座横桥向宽度)

6.尺寸拟定：

确定因素： 支座放置：主要考虑因素，起码能摆开主梁；

墩身尺寸： 墩帽>墩身；施工条件：考虑上部结构施工时，机器设备的放置，如高空架设 法放导梁、顶推法放滑块等；

抗震要求： 横桥向放置挡块，防止主梁地震时滑落.顺桥向墩帽要在一定宽度以上，防止顺桥向主梁落。

e.对桥台： 需要考虑桥面宽度(包括人行道)和连接线路路基宽度衔接。

顺桥向(窄边)：

横桥向：

7.悬臂式墩帽： 混凝土标号要高一些，端部最小高度h ≥30～40㎝ ,并且需要进行受力钢筋配筋验算。

8.齿槛式墩帽： 当桥墩两侧跨径不同时，为了找平两侧主梁建筑高度差，墩帽做成齿槛式.此时注意调整两边支座中心到桥墩中心的距离，以平衡两侧主梁恒载对桥墩产生的弯矩。

 

二、墩身  

1.构造要求： 圬工结构，石砌必须用≥25#砂浆，素砼≥15#

2.受力特点： 边缘应力大，重力实心.

3.防冲撞措施：

a.采用高标号砼抹面

b.在迎水面设钢筋网(钢筋直径10～20㎜,垂直间距10～20㎝,水平间距离20㎝)

c.设破冰棱(当冰厚大于0.5m,流冰速度1 m/s时)

4.尺寸拟定

墩高： 墩顶标高至墩底标高(基础顶面标高)控制整个桥面竖向设 计 ,由此得到桥面标高往往控制整个桥梁造价和整个道路的造价。

梁底标高=设计水位 0.5～1m(或通车、通航净空)

墩顶标高=梁底标高-支座高度-墩帽厚

桥面标高=梁底标高 主梁高 铺装

基底标高=河床标高-一般冲涮-局部冲涮-最小埋置深度

墩底标高=基底标高 基础厚

墩身底截面： 按20:1～30:1由墩顶截面放坡得到。

重力式桥墩墩身强度验算通式：

重力式桥墩抗压强度验算：

*验算不能通过时，修改墩身截面尺寸，重新验算。

重力式桥墩截面偏心距验算：

重力式桥墩墩顶水平位移计算：

重力式桥墩基底土的承载力、偏心距验算：

重力式桥墩整体稳定性验算：

拱桥桥墩

 

一、拱桥桥墩与梁桥桥墩不同之处  

拱是推力结构，它给与桥墩(台)以较大的水平推力；桥墩的相对水平位移将给拱肋以较大的附加内力，所以拱桥墩台 对地基的要求比静定的梁桥墩台为高；梁式桥桥面与支座顶的高差就是承重结构(主梁)的建筑高度， 而在上承式或下承式拱桥桥面到拱座之间还有拱上结构的高度，水平力对桥墩产生更大的弯矩。

1.普通墩： 重力式和柱式(桩柱式)—同梁式桥，一般不承受恒载水平推力(左右两跨相互抵消)或只承受经过相抵消后尚余的不平衡推力。

2.单向推力墩(分段墩)： 用于当一侧桥孔毁坏时，能承受单向的恒载水平推力，以保证另一侧不致倾塌。为了施工时拱架的多次周转。

a.悬臂墩： 在桩柱式墩上加一对悬臂，拱脚支承在悬臂端。当一孔坍塌时，邻孔恒载单向推力对桩柱身产生的弯矩，被恒载竖直反力产生的反向弯距抵消一部分，从而减少桩拄的弯距，而能够承受拱的单向恒载推力。

b.斜撑墩：  在两侧对称地增设钢筋混凝土斜撑和水平拉杆，用来提高抵抗水平推力。只用于桥不太高、旱地情况。

c.重力式单向推力墩： 将普通墩的尺寸加大，以承受单向恒载推力。

3.交接墩(变坡墩)： 当桥墩两侧的孔径不等时，恒载水平推力不平衡是，调整拱座标高位置使其在不同起拱线标高以上或将墩做成不对称形式，而使两孔推力对桥墩基底弯矩大致相等，或使恒载压力线接近墩的轴线和基底面积形心(变坡在长水位以下)。

拱桥桥墩构造尺寸拟定

1.墩帽：

横桥向： 由拱肋的两边边肋的距离决定。

顺桥向：

2.墩身： 两侧边坡20:1～30:1放坡或在常水位以下做成变坡以增加稳定性。

2018版新规范规定

配有普通箍筋(或螺旋筋)的轴心受压构件(沉桩、钻/挖孔桩除外)，其钢筋设置应符合下列规定：

配有螺旋式或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件，其钢筋的设置应符合下列规定：

当偏心受压构件的截面高度大于或等于600mm时，在侧面应设置直径为10-16mm的纵向构造钢筋，必要时应设置复合箍筋。

公路箱梁匝道桥的桥墩，宜满足下列要求：

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