第7章桥梁支座、墩台和基础课件.ppt

第七章 桥梁支座、墩台与基础,本章主要内容,第一节 桥梁支座,第二节 桥墩和桥台,第三节 桥梁基础,上部结构是桥梁的桥跨结构，桥梁除了上部结构外还包括支座和下部结构。本章将就桥梁的支座、桥墩、桥台、基础等结构内容的特点进行介绍。课程的内容涉及到这些重要构件的作用与分类、设计与施工要点等方面的内容。,桥台,桥墩,支座,基础,2,第七章 知识点结构逻辑关系,进入教学,进入教学,进入教学,3,第一节 桥梁支座,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。,第一节 桥梁支座,一、支座概述：（1）作用和要求,传递荷载,适应变形,4,一、支座概述（2)分类,第一节 桥梁支座,一、支座概述：（2）支座分类,支座分类,按“变位能力”,按“使用功能”,固定支座,活动支座,单向活动支座,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,特殊支座,减震支座,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。,5,一、支座概述（3)布置,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,第一节 桥梁支座,一、支座概述（3)支座的布置方式,简支梁,连续梁,曲线梁,坡桥,6,二、支座类型与构造,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,7,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,弧形钢板支座示意,8,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,摇轴支座示例,9,辊轴支座示意,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,10,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,11,3.钢筋混凝土支座,分类 摆柱式支座钢筋混凝土摆柱放在梁底与支承垫石之间，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,二、支座类型与构造,12,4.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。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,13,橡胶支座图片,板式橡胶支座,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,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,14,滑板橡胶支座构造,二、支座类型与构造,第一节 桥梁支座,15,盆式橡胶支座,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,二、支座类型与构造,16,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,17,二、支座类型与构造,第一节 桥梁支座,18,（5）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,LRB铅芯橡胶支座,铅芯,拉压支座（ALD）,19,（6）新型支座,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,软钢阻尼支座-C型钢支座,软钢阻尼支座-E型钢支座,20,（6）新型支座,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,速度锁定（LUB）支座,21,（6）新型支座,第一节 桥梁支座,二、支座类型与构造,摩擦摆式消能支座,22,三、支座的受力与变位分析,受力竖向力自重和活载反力（注意负反力问题）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,第一节 桥梁支座,三、支座计算概述,支座的负反力问题,23,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计算支座转角、验算支座不脱空条件验算支座的抗滑性能,结构重力产生的反力,结构重力+1/2汽车荷载产生的反力,制动力,返回,24,第二节 桥墩和桥台,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、造型多样等施工技术因地制宜，与材料、环境等有关,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。,桥台,桥墩,25,二、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。,二、桥墩的类型与构造,第二节 桥墩和桥台,重力式墩,空心式墩,桩柱式墩,薄壁墩,26,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,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,实体式桥墩,27,墩帽构造,挑臂式墩帽,圆形墩墩帽,铁路,公路,纵桥向,横桥向,尺寸满足支座布置、架梁以及养护维修要求,二、桥墩的类型与构造,第二节 桥墩和桥台,28,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,2.空心式桥墩t,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,29,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,墩梁固结,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,铁路空心式桥墩的示例,30,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,31,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,3.柔性墩,柔性墩的抗撞击性能较差，设计中应予以重视。,九江桥柔性墩船舶撞击视频,32,单排桩墩,柱式墩示例,盖梁,系梁,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。,33,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：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。,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,5.薄壁墩,34,虎门大桥辅航道桥双薄壁墩,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,35,各种轻型桥墩,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,36,桥墩图片示例,Y形桥墩,薄壁独柱式桥墩,梁柱式桥墩,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,37,桥墩图片示例,刚构桥异形桥墩,菱柱体桥墩,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,38,异形桥墩,悬臂桥墩,圆柱桥墩,第二节 桥墩和桥台,二、桥墩的类型与构造,桥墩图片示例,39,40,三、空心高墩的施工,方法滑升模板、翻升模板、爬升模板等。这些施工方法的共同特点是：模板依附于已浇筑完成的墩壁上，并随着墩身的逐步加高而向上升高。,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，不易解决变坡问题，采用不多,第二节 桥墩和桥台,三、空心高墩的施工,滑模施工动画示例,41,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,第二节 桥墩和桥台,三、空心高墩的施工,42,高墩施工图片,第二节 桥墩和桥台,三、空心高墩的施工,43,第二节 桥墩和桥台,三、空心高墩的施工,三、空心高墩的施工,滑模施工,边浇便顶（升）模板,爬模施工,浇完再顶（升）模板,翻模施工,浇完再翻（升）模板,苏通桥爬模施工视频,44,用塔吊配合翻模施工。采用72cm钢管作立柱，浇注索塔下横梁和上横梁。,钢管支架,吊机提升模板,钢管支架,劲性骨架,混凝土桥塔的翻模施工示例,第二节 桥墩和桥台,三、空心高墩的施工,45,四、桥台的类型与构造,（d）耳墙式,第二节 桥墩和桥台,四、桥台的类型与构造,1.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。,（d）耳墙式桥台,46,铁路T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,第二节 桥墩和桥台,四、桥台的类型与构造,47,带翼墙的桥台示意,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。,第二节 桥墩和桥台,四、桥台的类型与构造,八字形桥台,一字形桥台,翼墙,翼墙,前墙,48,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）,第二节 桥墩和桥台,四、桥台的类型与构造,2.轻型桥台,49,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）,第二节 桥墩和桥台,四、桥台的类型与构造,3.框架式桥台,50,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。,锚定板式桥台,分离式,结合式,第二节 桥墩和桥台,四、桥台的类型与构造,4.组合式桥台,51,五、墩台的设计与计算,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,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,52,（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,53,（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）,公路,第二节 桥墩和桥台,五、墩台的设计与计算,54,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,第二节 桥墩和桥台,五、墩台的设计与计算,2.桥台的设计荷载及其组合,55,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。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,返回,56,第三节 桥梁基础t,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,第三节 桥梁基础,一、基础的作用与要求,基础,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）,57,二、基础的类型与构造,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,1.浅置基础,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造扩大基础,58,2、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,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,墩身,承台,桩身,松软土层,持力层,59,二、基础的类型与构造桩基础,第三节 桥梁基础,（3）分类:A按承台位置,水上高桩承台基础,水下高桩承台基础,低桩承台基础,高桩承台基础,低桩承台基础,60,二、基础的类型与构造桩基础,第三节 桥梁基础,（3）分类:B按施工方法分类,预制桩,就地灌注桩,打入桩,埋入桩,机械成孔桩,人工挖孔桩,钻孔桩（旋转式钻机成孔）,冲孔桩（重力冲击钻机成孔）,桩基成孔方法,桩身浇筑方法,桩身入土方法,成孔设备,桩基护壁方法,钢套管,泥浆护壁,混凝土护壁,61,二、基础的类型与构造桩基础,第三节 桥梁基础,（3）分类3:C按传力方式分类,柱桩,摩擦桩,端承桩、嵌岩桩,62,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,钢管桩,钢管混凝土桩（管桩）,按桩身截面,圆形,圆管形,方形,63,桩的平面和立面布置示意,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,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,64,管柱基础示意,大直径钢筋混凝土桩（1.55m左右）施工阶段为管形结构，使用阶段以柱的形式受力薄壳圆柱形管节（需接长），不耐捶击，振动法下沉管内钻孔至基岩，放钢筋骨架笼，灌注混凝土结构体系：高、低承台的立柱,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,管柱,承台,墩身,嵌固于岩层,钢筋骨架,（5）关于管柱基础,65,武汉长江大桥管柱基础,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,66,桩的构造示例：灌注桩配筋图,承台,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,（6）桩身构造,67,桩基础的承台,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,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,（7）承台构造,68,（旋转）钻孔设备示例,钻机,钻头,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,69,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,金刚钻头,70,二、基础的类型与构造桩基础,第三节 桥梁基础,71,套管法施工钻孔桩,注意水下混凝土灌注时的“断桩”,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,72,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,套管法施工钻孔桩演示,73,打桩设备示例,桩架,柴油锤,振动打桩机,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,74,二、基础的类型与构造桩基础,第三节 桥梁基础,75,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,第三节 桥梁基础,76,钻孔桩施工示例：吊装钢筋笼,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,77,第三节 桥梁基础,二、基础的类型与构造桩基础,钻孔桩施工动画示例,桩基础施工视频示例（杭州湾大桥）,78,3.沉井及沉箱基础,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,沉箱,79,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,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）沉井已下沉至设计位置；（4）进行封底及墩身工作。,80,（1)沉井分类,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,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,沉井截面,沉井立面,81,（2)沉井基本构造,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,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,82,（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,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,83,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,第三节 桥梁基础,沉井基础施工过程演示,84,南京长江大桥沉井基础,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,85,采用大吨位浮吊施工沉井,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,86,海口世纪大桥浮运钢沉井就位,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-沉井及沉箱,87,4.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）,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,88,（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,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,89,江安长江大桥双壁钢围堰加钻孔灌注桩基础,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,90,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。,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,91,美国New Bay Bridge基础施工图片,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,92,美国New Bay Bridge基础施工图片,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,93,美国Sidney Lanier Bridge锁口板桩围堰,形成矩形框架，将interlocking sheet piles沿四周打入,围堰内抽水、加固和桩基础施工,第三节 桥梁基础,二、基础类型与构造-复式基础,返回,