桥梁支座墩台与基础课件

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1、1第七章本章主要内容2007年6月18日桥梁支座、墩台与基础第一节 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第一节 桥梁支座一、支座概述：（1）作用和要求2007年6月18日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。传递荷载适应变形2007年6月18日3桥梁支座、墩台与基础一、支座概述（2)分类第一节 桥梁支座支座分类按“变位能力”按“使用功能”一、支座概述：（2）支座分类固定支座活动支座单向活动支座

2、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减震支座特殊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。2007年6月18日4一、支座概述（3)布置桥梁支座、墩台与基础第一节 桥梁支座一、支座概述（3)支座的布置方式简支梁桥一端固定，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简支梁连续梁曲线梁坡桥5桥梁支座、墩台与基础第一节 桥梁支座二、支座类型与构造1.简易支座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

3、10m以下的公路桥和4m以下的铁路板桥。2.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（构造复杂，用钢量大，高度大，定期养护）新型钢支座2007年6月18日二、支座类型与构造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2007年6月18日二、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2007年6月18日二、支座类型与构造摇轴支座示例8桥梁支座、墩台与基础第一节 桥梁支座2007年6月18日二、支座类型与构造辊轴支座示意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

4、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。2007年6月18日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2007年6月18日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2007年6月18日11桥梁支座、墩台与基础分类 摆柱式支座钢筋混凝土摆柱放在梁底与支

5、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3.钢筋混凝土支座二、支座类型与构造2007年6月18日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

6、。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2007年6月18日13桥梁支座、墩台与基础橡胶支座图片第一节 桥梁支座板式橡胶支座二、支座类型与构造四氟滑板橡胶支座球冠橡胶支座纯橡胶球冠，高48mm，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14桥梁支座、墩台与基础二、支座类型与构造第一节 桥梁支座滑板橡胶支座构造2007年6月18日2007年6月18日15桥梁支座、墩台与基础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

7、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 桥梁支座盆式橡胶支座二、支座类型与构造t2007年6月18日16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第一节 桥梁支座二、支座类型与构造特点：17桥梁支座、墩台与基础第一节 桥梁支座2007年6月18日二、支座类型与构造GPZ系列TPZ系列盆式橡胶支座图片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2007年6月18日2007年6月18日19桥梁支座、墩台与基础（5

8、）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）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2007年6月18日第一节 桥梁支座三、支座计算概述 受力 竖向力自重和活载反力（注意负反力问题）支座的负反力问题 Rck 1.4Ge Ag l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 验算支座的抗滑性能2007年6月

9、18日 c =RckAeltetg=ltg tg te 计算支座转角、验算支座不脱空条件 tg tg 结构重力+1/2汽车荷载产生的反力+Fbkte l RGk 1.4Ge Agte结构重力产生的反力制动力212007年6月18日22桥梁支座、墩台与基础第二节桥墩和桥台第二节 桥墩和桥台一、墩台的作用与要求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。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。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、造型多样等施工技

10、术因地制宜，与材料、环境等有关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。第二节 桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造重力式墩2007年6月18日空心式墩桩柱式墩薄壁墩2007年6月18日24桥梁支座、墩台与基础第二节 桥墩和桥台1.重力式桥墩特点：靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定，圬工量大组成：墩帽，墩身，（基础）截面：矩形墩、圆端形墩、圆形墩等材料：天然石材，片石混凝土或混凝土块应用：在中、小跨桥梁，尤其是铁路桥梁中常被采用二、桥墩的类型与构造实体式桥墩25圆形墩墩帽铁路公路2007年6月18日纵桥向横桥向挑臂式墩帽二、桥墩的类型与构

11、造尺寸满足支座布置、架梁以及养护维修要求桥梁支座、墩台与基础第二节 桥墩和桥台墩帽构造2007年6月18日26桥梁支座、墩台与基础第二节 桥墩和桥台2.空心式桥墩二、桥墩的类型与构造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。材料混凝土空心墩（50m）和钢筋混凝土空心墩截面圆形，圆端形，箱形等数种，立面：直坡，侧坡，阶梯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2007年6月18日27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桥梁支座、墩台与基础第二节 桥墩和桥台墩梁

12、固结二、桥墩的类型与构造铁路空心式桥墩的示例2007年6月18日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2007年6月18日29柱式墩示例桥梁支座、墩台与基础第二节 桥墩和桥台二、桥墩的类型与构造4.桩（柱）式墩排架桩墩：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：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单排桩墩较美观。盖梁系梁2007年6月18日43桥梁支座、墩台与基础轻型桥台利用结构本身的抗

13、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）四、桥台的类型与构造第二节 桥墩和桥台2.轻型桥台2007年6月18日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）四、桥台的类型与构造第二节 桥墩和桥台3.框架式桥台2007年6月18日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

14、，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四、桥台的类型与构造第二节 桥墩和桥台4.组合式桥台2007年6月18日46桥梁支座、墩台与基础五、墩台的设计与计算第二节 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2007年6月18日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、墩台的设计与计算2007年6月18日48桥梁支座、墩台与基础（3）按桥墩各截面在横桥

15、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）公第二节 桥墩和桥台五、墩台的设计与计算2007年6月18日49桥梁支座、墩台与基础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五、墩台的设计与计算第二节 桥墩和桥台2.桥台的设计荷载及其组合2007年6月18日50桥梁支座、墩台与基础设计过程选定墩台型式及拟定各

16、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。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：基底沉陷量计算理论：容许应力法（铁路）和极限状态法（公路）验算对象：墩台身一般视为偏心受压构件特例：连续刚构桥的墩上部结构的一部分第二节 桥墩和桥台3.墩台的验算内容五、墩台的设计与计算2007年6月18日51第三节桥梁基础桥梁基础桥梁结构物直接与地基接触的部分地基承受基础传来的荷载的那一部分地层（岩层或土层）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基础

17、类型根据埋置深度，分为浅置基础和深置基础 浅置基础：埋深较浅（一般小于5m），扩大基础 深置基础（深水基础）：桩基础，沉井，沉箱，管柱等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重要性隐蔽工程，控制施工进度，造价比例桥梁结构的整体性考虑（上、下部结构与基础共同作用及相互影响）桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础一、基础的作用与要求2007年6月18日52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平面形状常为矩形，也有其它形式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襟边：20cm50cm刚性角：30 45常

18、用材料混凝土、片石混凝土、浆砌片石等特点稳定性好、施工简便、取材容易基坑开挖的支护二、基础的类型与构造1.浅置基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造扩大基础2007年6月18日53桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础2、桩（及大型管柱）基础（1）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。（2）组成：若干根桩和承台墩身承台桩身松软土层持力层2007年6月18日54二、基础的类型与构造桩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础水上高桩承台基础水下高桩承台基础低桩承台基础（3）分类:A按承台位置高桩承台基础低桩承台基础

19、二、基础的类型与构造桩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础预制桩（3）分类:B按施工方法分类打入桩埋入桩桩身浇筑方法就地灌注桩2007年6月18日桩身入土方法钻孔桩（旋转式钻机成孔）成孔设备冲孔桩（重力冲击钻机成孔）55桩基成孔方法桩基护壁方法机械成孔桩人工挖孔桩钢套管泥浆护壁混凝土护壁56二、基础的类型与构造桩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础（3）分类3:C按传力方式分类柱桩摩擦桩2007年6月18日端承桩、嵌岩桩57桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础（3）分类:D其它分类方式钢筋混凝土桩按桩身材料按桩身截面2007年6月18日钢管桩钢管混凝土桩（管桩

20、）圆形圆管形方形2007年6月18日58平面布置：行列式，梅花式立面布置：竖直桩，斜桩行列式梅花式桩的平面和立面布置示意桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础（4）桩的布置形式60桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础武汉长江大桥管柱基础2007年6月18日二、基础的类型与构造桩基础2007年6月18日61桩的构造示例：灌注桩配筋图二、基础的类型与构造桩基础承台桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础（6）桩身构造2007年6月18日62桩的构造示例：预制钢筋混凝土方桩桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础2007年6月18日63桥梁支座、墩台与基础第

21、三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础（7）承台构造 形状矩形和圆端形 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 承台厚度 不宜小于1.5m 材料钢筋混凝土，一般不低于15号 钢筋布置：见图桩基础的承台2007年6月18日64（旋转）钻孔设备示例钻机钻头桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础（8）桩基施工及施工设备65桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日二、基础的类型与构造桩基础金刚钻头66二、基础的类型与构造桩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日二、基础的

22、类型与构造桩基础注意水下混凝土灌注时的“断桩”套管法施工钻孔桩6768桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日二、基础的类型与构造桩基础套管法施工钻孔桩演示2007年6月18日69打桩设备示例桩架柴油锤振动打桩机桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础70二、基础的类型与构造桩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日2007年6月18日71人工挖孔桩作业完成桩基和承台二、基础的类型与构造桩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础72桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础钻孔桩施工示例：吊装钢筋笼2007年6月18日二、基础的类型与构造桩基

23、础2007年6月18日73桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础的类型与构造桩基础t钻孔桩施工动画示例桩基础施工视频示例（杭州湾大桥）74桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础3.沉井及沉箱基础OpenCaisson沉井2007年6月18日二、基础类型与构造-沉井及沉箱Caisson沉箱沉箱2007年6月18日75二、基础类型与构造-沉井及沉箱桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁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

24、计位置；（4）进行封底及墩身工作。2007年6月18日76按下沉方式：就地建造下沉，浮运就位下沉按建筑材料：钢，混凝土沉井，钢筋混凝土沉井等按平面形状：圆形、矩形及圆端形沉井等按竖直剖面形状：竖直式、倾斜式及阶梯式桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础（1)沉井分类二、基础类型与构造-沉井及沉箱沉井截面沉井立面2007年6月18日77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）等桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础（2)沉井基本构造二、基础类型与构造-沉井及沉箱2007年6月18日78（3)深水沉井基础（10m以上水深）施工水上工作面的建立 浮式承重体系（常用者，用船舶

25、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）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桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础类型与构造-沉井及沉箱2007年6月18日79二、基础类型与构造-沉井及沉箱桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础沉井基础施工过程演示80

26、桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日二、基础类型与构造-沉井及沉箱南京长江大桥沉井基础81桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2007年6月18日二、基础类型与构造-沉井及沉箱采用大吨位浮吊施工沉井2007年6月18日82海口世纪大桥浮运钢沉井就位桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础类型与构造-沉井及沉箱83桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础4.复式基础 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）双壁钢围堰钻岩基础（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）2007年6月18日二、基础类型与构造-复式基础200

27、7年6月18日84（1）围堰浮运就位；（2）封底钻孔；（3）抽水后灌注承台和墩身；（4）水下切除部分围堰双壁钢围堰钻岩基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础类型与构造-复式基础R10407002100600500800R850725160652900532007年6月18日85江安长江大桥双壁钢围堰加钻孔灌注桩基础封底砼壁仓砼承台242.8(15月历年最高水位）239.6(承台顶）233.6(封底砼顶）（河床面）228.4(10%施工冲刷线）2080160246.6(钢围堰顶）245.6(10施工水位）160215.6（基岩面）213.2（弱风化岩面）225.6（钢围堰底）卵石质土2

28、15.6砂500D250R3.55R1200说明：1.图中尺寸标高以m 计，其它以cm 计；2.钢围堰总高21.0m，高度向分为4节，水平向分为8 块；3.钢围堰施工过程中其水头差不得大于6.0m；4.围堰下沉至设计标高后，其顶面纵横设计中心线与设计位置偏差不大于0.2+h/100米，其斜度不大于1/100。岩196.6（桩底）桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础2400二、基础类型与构造-复式基础桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础锁口钢管桩2007年6月18日二、基础类型与构造-复式基础钢管板桩，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

29、)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)桩壁形式多样。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。862007年6月18日87美国New Bay Bridge基础施工图片桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础类型与构造-复式基础2007年6月18日88美国New Bay Bridge基础施工图片桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础二、基础类型与构造-复式基础2007年6月18日89美国Sidney Lanier Bridge锁口板桩围堰桥梁支座、墩台与基础第三节 桥梁基础形成矩形框架，将interlocking sheet piles沿四周打入二、基础类型与构造-复式基础围堰内抽水、加固和桩基础施工