1、核準通過，歸檔資料。未經允許，請勿外傳！9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R# hole light load, heavy duty hole, double overloaded static vertical live load; braking force (or traction) and additional vertical wind force. To make the design more reasonable and realis

2、tic, first determine the gravity of rectangular piers linear case Computation of load combinations, and then segmented pier, using heavy-duty or heavy duty hole plus additional longitudinal force in combination with two holes carried pier pressure stability and pier section strength check calculatio

3、n, plus additional longitudinal hole light load combinations pier eccentric force seized count.Afterchecking,checkingall meet the requirement.Keywords: gravity rectangular piers; load calculation; load combinations; pier seized count目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc389639617 1. 緒論 PAGEREF _Toc3896

4、39617 h 1 HYPERLINK l _Toc389639618 1.1 橋梁的組成 PAGEREF _Toc389639618 h 1 HYPERLINK l _Toc389639619 1.1.1 橋梁的上部結構 PAGEREF _Toc389639619 h 1 HYPERLINK l _Toc389639620 1.1.2 橋梁的下部結構 PAGEREF _Toc389639620 h 1 HYPERLINK l _Toc389639621 1.1.3 橋梁的支座 PAGEREF _Toc389639621 h 1 HYPERLINK l _Toc389639622 1.2 橋梁

5、墩臺 PAGEREF _Toc389639622 h 2 HYPERLINK l _Toc389639623 1.3 重力式橋墩 PAGEREF _Toc389639623 h 2 HYPERLINK l _Toc389639624 1.3.1 重力式橋墩的特點 PAGEREF _Toc389639624 h 2 HYPERLINK l _Toc389639625 1.3.2 重力式橋墩的形式 PAGEREF _Toc389639625 h 3 HYPERLINK l _Toc389639626 1.3.3 重力式橋墩的組成 PAGEREF _Toc389639626 h 4 HYPERLIN

6、K l _Toc389639627 1.4 橋墩的設計步驟與內容 PAGEREF _Toc389639627 h 6 HYPERLINK l _Toc389639628 2. 橋墩的尺寸擬定 PAGEREF _Toc389639628 h 7 HYPERLINK l _Toc389639629 2.1 墩帽尺寸的擬定 PAGEREF _Toc389639629 h 7 HYPERLINK l _Toc389639630 2.1.1 墩帽的厚度 PAGEREF _Toc389639630 h 7 HYPERLINK l _Toc389639631 2.1.2 墩帽的平面尺寸 PAGEREF _T

7、oc389639631 h 7 HYPERLINK l _Toc389639632 2.1.3 托盤 PAGEREF _Toc389639632 h 8 HYPERLINK l _Toc389639633 2.1.4 墩帽設計 PAGEREF _Toc389639633 h 9 HYPERLINK l _Toc389639634 2.2 墩身尺寸的擬定 PAGEREF _Toc389639634 h 10 HYPERLINK l _Toc389639635 2.2.1 墩身設計 PAGEREF _Toc389639635 h 11 HYPERLINK l _Toc389639636 3. 荷載

8、的種類與組合 PAGEREF _Toc389639636 h 12 HYPERLINK l _Toc389639637 3.1 荷載種類 PAGEREF _Toc389639637 h 12 HYPERLINK l _Toc389639638 3.1.1 永久荷載(恒載) PAGEREF _Toc389639638 h 12 HYPERLINK l _Toc389639639 3.1.2 可變荷載 PAGEREF _Toc389639639 h 12 HYPERLINK l _Toc389639640 3.2 荷載組合 PAGEREF _Toc389639640 h 18 HYPERLINK

9、l _Toc389639641 3.2.1 橋墩計算的幾種常見的荷載組合 PAGEREF _Toc389639641 h 18 HYPERLINK l _Toc389639642 3.2.2 最不利荷載組合的分析 PAGEREF _Toc389639642 h 19 HYPERLINK l _Toc389639643 3.2.3 荷載組合的有關規定 PAGEREF _Toc389639643 h 20 HYPERLINK l _Toc389639644 3.3 設計資料 PAGEREF _Toc389639644 h 20 HYPERLINK l _Toc389639645 3.4 荷載計算

10、PAGEREF _Toc389639645 h 21 HYPERLINK l _Toc389639646 3.4.1 恒載計算 PAGEREF _Toc389639646 h 21 HYPERLINK l _Toc389639647 3.4.2 豎向靜活載 PAGEREF _Toc389639647 h 22 HYPERLINK l _Toc389639648 3.4.3 制動力(牽引力) PAGEREF _Toc389639648 h 25 HYPERLINK l _Toc389639649 3.4.4 縱向風力 PAGEREF _Toc389639649 h 27 HYPERLINK l

11、_Toc389639650 4. 重力式矩形橋墩的檢算 PAGEREF _Toc389639650 h 29 HYPERLINK l _Toc389639651 4.1 墩身檢算內容 PAGEREF _Toc389639651 h 29 HYPERLINK l _Toc389639652 4.1.1 墩身受壓穩定性檢算 PAGEREF _Toc389639652 h 29 HYPERLINK l _Toc389639653 4.1.2 墩身截面強度檢算 PAGEREF _Toc389639653 h 31 HYPERLINK l _Toc389639654 4.1.3 墩身截面偏心檢算 PAG

12、EREF _Toc389639654 h 36 HYPERLINK l _Toc389639655 4.1.4 墩頂位移檢算 PAGEREF _Toc389639655 h 37 HYPERLINK l _Toc389639656 4.2 墩身截面檢算 PAGEREF _Toc389639656 h 38 HYPERLINK l _Toc389639657 4.2.1 整體縱向穩定性檢算 PAGEREF _Toc389639657 h 38 HYPERLINK l _Toc389639658 4.2.2強度檢算 PAGEREF _Toc389639658 h 40 HYPERLINK l _T

13、oc389639659 4.2.3 合力偏心檢算 PAGEREF _Toc389639659 h 42 HYPERLINK l _Toc389639660 4.2.4 檢算小結 PAGEREF _Toc389639660 h 42 HYPERLINK l _Toc389639661 結論 PAGEREF _Toc389639661 h 43 HYPERLINK l _Toc389639662 致謝 PAGEREF _Toc389639662 h 44 HYPERLINK l _Toc389639663 主要參考文獻 PAGEREF _Toc389639663 h 451. 緒論1.1 橋梁的組

14、成橋梁的組成與橋梁的結構體系有關，如圖1.1所示，通常由以下各部分組成。圖 1.1 橋梁的基本圖式1.1.1 橋梁的上部結構上部結構指橋梁位于支座以上的部分，通常包括橋跨結構和橋面構造兩大部分。橋跨結構是直接承受橋面荷載、交通荷載及跨越障礙的肢體架空結構。對橋梁(簡支梁、連續梁、懸臂梁)而言，主體結構是梁；對拱橋(實體拱、桁拱)而言，主體結構是拱；對索橋(懸索橋、斜拉橋)而言，主體結構是纜索。橋面構造是指橋上的附屬結構或設施，包括公路橋的行車道輔裝，鐵路橋的鋼軌、軌枕、道床，橋梁的伸縮縫、排水防水系統、人行道、安全帶、防護欄、路緣石、欄桿、指示牌、照明系統，以及電氣化鐵路的輸電電纜及電桿等。1

15、.1.2 橋梁的下部結構下部結構是指橋梁支座以下的部分，是將上部結構及其承受的交通荷載傳至地基的結構物，包括橋墩、橋臺以及墩臺的基礎。橋臺設在橋跨結構的兩端，橋墩設在橋跨結構的中間。橋臺除了支承上部結構和傳力之外，還起到將橋梁和路堤銜接并防止路堤下滑和坍塌的作用。為此，通常在橋臺周圍修建椎體護坡、導流堤等防護設施，以保證迎水部分路堤邊坡的穩定，通航河流還常設有防止船只撞擊墩臺的防撞結構等。1.1.3 橋梁的支座橋跨結構與墩、臺之間還設置支座。支座的作用是連接橋跨結構和橋梁墩臺，它們不僅要能夠傳遞很大的荷載，而且要能使橋跨結構產生所需要的變位，部分支座還兼有減振(震)功能。橋梁支座為上部結構提供

16、約束，因此也可將支座看作是上部結構的一部分。1.2 橋梁墩臺橋墩、橋臺為橋梁的下部結構，是橋梁的重要組成部分之一。橋梁墩臺的主要作用是承受上部結構傳來的荷載，并將其及自身重力傳給基礎。橋墩支承相鄰的兩孔橋跨，居于橋梁的中間部位。橋臺居于全橋的兩端，它的前端支承橋跨，后端與路堤銜接，起著支擋臺后路基填土并把橋跨與路連接起來的作用。橋梁墩臺除承受上部結構的作用外，橋墩還受到風力、流水壓力及可能發生的冰壓力、船只和漂浮物的撞擊力，橋臺還需要承受臺背填土及填土上車輛荷載產生的附加側壓力。因此，橋梁墩臺不僅本身應具有足夠的強度、剛度、穩定性，而且對地基的承載能力、沉降量、地基與基礎之間的摩阻力等也都提出

17、了一定的要求。橋梁墩臺的結構型式多種多樣。隨著橋梁建設事業的發展，特別是高等級公路橋梁和城市橋梁的興起，出現了許多造型新穎、輕巧美觀的墩臺結構型式。優秀的橋梁設計，往往注重展現下部結構的功能和造型，使上下部就夠造型協調一致，互為點綴，達到良好的整體效果。橋梁下部結構的發展方向是輕型、薄壁、造型多樣等。橋墩的常見型式有重力式墩、空心式墩、柔性墩、樁(柱)墩、薄壁墩等。橋臺的常見型式有重力式橋臺、輕型橋臺、框架式橋臺、組合式橋臺等。橋梁下部結構的選型應遵循安全耐久，滿足交通要求，造價低，養護維修量少，預制施工方便，工期短，與周圍環境協調，造型美觀的原則。橋梁的墩臺設計與結構受力有關，與水文、流速及

18、河床性質有關，也與地質條件有關。橋梁墩臺要置于穩定可靠的地基上，并通過設計和計算確定基礎形式和埋置深度。橋梁是一個整體，上、下部結構共同工作、互相影響，在某種情況下，橋梁的下部結構很難與上部結構截然分開，因此，要重視下部結構與上部結構的合理組成。對墩梁固結的剛架橋、預應力混凝土連續剛構橋等，尤其如此。同時，還要求橋梁下部結構的造型與周圍的地形、地物條件密切相關，使橋梁整體達到與環境和諧一致的結果。1.3 重力式橋墩1.3.1 重力式橋墩的特點重力式橋墩也稱實體式橋墩，它主要靠自身的重力來平衡外來而保持其穩定，因此墩身比較厚實，可以不配鋼筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。重力式橋墩取材方便，施工

19、簡易，養護工作量小，對抵制外界不利因素如撞擊、侵蝕的能力較強，在中、小跨橋梁，尤其是鐵路橋梁中常被采用。它的缺點是工程量大、自重大，對地基承載力的要求較高，基礎工程量也往往較大。1.3.2 重力式橋墩的形式按墩身水平橫截面形式的不同，常見的重力式橋墩可分為矩形墩、圓端形墩及圓形墩等。對于跨河橋，在選用橋墩形式時主要考慮水流特性，盡量減少墩旁河床的局部沖刷和水壓力，并使水流順暢通過橋下，在此前提下，應力求節省圬工和施工方便。(1)矩形墩矩形橋墩的墩身截面為矩形，如圖1.2所示。與其他幾種重力式橋墩相比，矩形墩的圬工量最省，外形簡單，立模、澆筑等施工也最為方便。但對水流的阻力很大，使水流紊亂，引起

20、橋墩周圍河床的局部沖刷較大。因此，矩形墩一般適用于無水或靜水處、靠近岸邊，以及基礎建于完整堅硬的巖層上、橋孔無壓縮、水流不急的橋梁。對于高出設計水位部分的橋墩，因對水流無影響，也往往采用矩形截面。 圖 1.2 矩形橋墩(2)圓端形墩圓端形墩的墩身截面為矩形長邊的兩端各接一個半圓，如圖1.3所示。它對水流阻力和干擾較小，使水流能順暢通過橋孔，即使水流稍有偏斜，也能順暢通過，減少了對橋墩周圍河床的局部沖刷和水流壓力，因此圓端形墩是水中橋墩使用最廣泛的一種形式。另外，圓端形墩橫橋向長，順橋向短，對承受船撞擊、流水、橫向地震等較為有利，但施工較為麻煩。一般用于常年有水河流，并且水流方向與橋軸法線交角小

21、于15的橋梁。(3)圓形墩圓形墩的墩身截面為圓形，如圖1.4所示。它阻水較小，在各個方向都能適應有水流的情況，不受水流斜交角的限制，適用于河流急彎、流向不固定或與水流斜交角不大于15o的橋梁。由于圓截面的任何一個方向的尺寸都是相同的，不能像其他截面橋墩那樣，根據橋墩縱向和橫向的不同內力與使用要求在不同方向采用不同的尺寸，這就必然要增大工程量，同時也將增大橋墩的阻水面積。對于曲線橋，圓形橋墩的工程量增加更為突出。因此，對于水流斜交角小于15o的橋梁，不宜采用圓形橋墩。圓形橋墩圬工量較大，若使用混凝土塊砌筑建造，費工費時，一般多用混凝土整體澆筑。圓形橋墩采用滑動模板施工較為方便，施工時即使滑模產生

22、扭轉，也不影響墩身外形的變化。 圖 1.3 圓端形橋墩 圖 1.4 圓形橋墩1.3.3 重力式橋墩的組成重力式墩有墩帽、墩身和基礎三部分組成。如圖1.21.4所示。(1)墩帽墩帽也稱之為頂帽，位于橋墩頂部，有飛檐式、托盤式和懸臂式三種。小跨度的鋼筋混凝土梁或較矮的橋墩墩身一般采用直坡的矩形或圓端形橋墩，其墩帽一般采用飛檐式，形狀隨墩身的形狀而定。中、大跨度的普通鋼筋混凝土、預應力混凝土梁或較高的橋墩墩身一般采用變坡。為了節省橋墩圬工，減輕結構自重，可在墩帽下設置托盤過渡，稱為托盤式墩帽，如圖2.1所示。但橋面較寬時，讓墩帽挑出墩身一定長度，稱為懸臂式墩帽，其懸臂長度和寬度根據上部結構的形式、支

23、座的位置及施工荷載的要求確定。懸臂的受力鋼筋可按懸臂梁受力圖式經過計算確定，一般要求懸臂式墩帽的混凝土強度等級較高。墩帽有兩個作用：一，墩帽上要安放橋梁支座，直接支承橋跨結構，因而要承受很大的支撐反力并將橋跨結構傳來的集中力均勻地分散到墩身，所以必須具有一定的厚度；二，墩帽要為架橋施工和養護維修提供必要的工作面。因此，鐵路橋涵設計基本規范規定：墩帽應采用不低于C30的混凝土，厚度不小于0.4 m，一般要求設置兩層鋼筋網，其鋼筋直徑為10 mm，間距為0.2 m。但對單線、等跨、跨度不大于16 m的鋼筋混凝土梁的實體墩墩帽，有下列情況之一時，也可不設置墩帽鋼筋：一，無支座時；二，當地氣象條件不會

24、使墩帽受到凍害影響，且墩帽與墩身為整體灌注，墩帽不帶托盤，厚度等于或大于0.6 m時。 墩帽頂面要設置不小于3%的排水坡(無支座的可以不設)及安置支座的支承墊石平臺，墊石內應鋪設一至二層鋼筋網，鋼筋直徑為10 mm，間距為100 mm。墊石頂面要高出排水坡的上棱。設置平板支座的墩帽，宜將墊石加高100 mm，以便維修支座；設置弧形支座的墩帽(配合跨度為1016 m的鋼筋混凝土梁或預應力混凝土梁)，宜將墊石加高200 mm，以滿足頂梁是能在墩帽和梁底之間安放千斤頂。為在墊石內安放固定支座底板的支座錨固螺栓，通常在施工時先按設計要求預留錨栓孔位置，架梁時再埋入支座錨固螺栓并將其固定。對于托盤式墩帽

25、，在施工時托盤頸縮處往往成為施工裂縫，故應在托盤與墩身的連接處沿周邊布置直徑誒10 mm、間距為200 mm的豎向加強短鋼筋。托盤及設置短鋼筋的墩身部分一般要采用不低于C30的混凝土。必須指出，托盤式頂帽墩身的圬工量雖然增加不多，但當橋墩較矮時，不太美觀。在地震區，一般不采用托盤式頂帽，因頸縮處形成一薄弱斷面，對抗震性能不利。(2)墩身墩身用來承受墩帽傳來的荷載，并把荷載傳遞到基礎中去。由于墩身個截面的內力是自墩身頂部起向下逐漸增大的，為了使各截面的受力均勻，一般都是頂部尺寸較小，底部尺寸較大。因此，墩身的縱、橫兩個方向一般均做成斜坡。高度不大的橋墩，可以做成直坡。高度很大的橋墩，也可以分段做

26、成臺階狀。實體墩身可根據材料供應情況采用混凝土或石砌圬工。為保證橋墩結構的耐久性，混凝土強度等級應不低于C30；石砌圬工的水泥砂漿強度等級不低于M10；石料強度等級應不低于MU50。為了節約水泥，在整體灌注混凝土墩身時，可摻用不超過總體積20%的片石(片石是用爆破方法開采的形狀不規則的石塊，石塊中部最小厚度一般不應小于0.15 m)做成所謂的片石混凝土；墩身也可以用漿砌片石或漿砌塊石(塊石多自成層巖中開采，也可自片石中挑選加工，塊石外形大致方正，厚度不小于0.2 m，長度不小于厚度)。漿砌片石橋墩高度不宜大于20 m，當高度超過15 m時，應在墩身中部用整齊塊石砌一墊層或灌注一層混凝土，其厚度

27、為0.61.0 m。漿砌塊石橋墩高度一般不宜大于2430 m。為使石砌橋墩尺寸整齊，堅固美觀，其外露面應以尺寸較大、外面較平整的石塊鑲面并勾縫。墩高(支承墊石至其頂) 6 m時可用片石鑲面；墩高6 m應全部用塊石鑲面。1.4 橋墩的設計步驟與內容梁橋橋墩的設計過程是：首先選定橋墩形式及擬定各部分尺寸，然后確定各項外力并進行最不利荷載組合，計算各截面的內力，進行配筋(需要配筋時)設計，選取驗算截面并進行驗算。梁橋橋墩各部分詳細尺寸的擬定，根據具體情況可采用標準設計圖紙，也可通過力學計算確定。梁橋橋墩計算的目的在于確定經濟合理的尺寸，并保證其在施工和使用階段的安全。一般梁橋橋墩應滿足兩個方面的要求

28、：一是橋墩本身應具有足夠的強度和穩定性，并且不出現過大的開裂和其他變形；二是橋墩作為一個整體，不致發生超出容許的變位。此外，對于較高的墩臺，需限制墩頂水平位移不超限。為了確保橋墩滿足上述要求，應對橋墩進行下列項目的檢算：(1)墩身受壓穩定性檢算；(2)墩頂截面強度檢算；(3)墩身截面偏心檢算；(4)墩頂彈性水平位移檢算；(5)地基承載力、穩定性和基底沉降檢算。圬工結構的設計理論主要有容許應力法和極限狀態法，目前鐵路規范采用容許應力法。容許應力法的荷載組合值采用使用荷載直接相加，其檢算式表現為應力形式；極限狀態法的荷載組合值則采用考慮分析安全系數的組合計算式，其檢算式表現為荷載效應的形式。除此之

29、外，還應結合施工情況進行必要的檢算。如拱橋在施工過程中可能產生的單向水平推力，可使砌體強度和基底土的承載能力提高，使傾覆和滑動穩定性系數降低。2. 橋墩的尺寸擬定2.1 墩帽尺寸的擬定2.1.1 墩帽的厚度一般有支座的墩帽厚度都采0.5 m(因頂梁或維修需要的支承墊石加高部分不包括在內)；無支座的墩帽厚度可采用0.4 m。2.1.2 墩帽的平面尺寸支座底板的尺寸及位置是決定墩帽平面尺寸的主要依據。為此，應首先搞清楚梁的跨度、梁全長、梁梗中心線位置、支座底板尺寸及梁端縫隙的大小。此外，決定頂帽的平面尺寸時，還要考慮架梁和養護時移梁、頂梁的需要。墩帽縱向寬度如圖2.1所示，可寫為222式中 考慮梁

30、及墩臺的施工誤差設置的梁縫，對鋼筋混凝土或預應力混凝土簡支梁，當跨度16 m時，=60 mm；20 m時，c0=100 mm； 支座中心至梁端的長度； 支座底板的縱向寬度，根據梁的資料確定； 支座底板邊緣至支承墊石邊緣的距離，一般為0.150.2 m，它是為了調整施工誤差和防止支承墊石表面劈裂或支座錨栓松動所需的距離； 支承墊石邊緣至墩帽邊緣的距離，用以滿足頂梁施工的需要，當跨度8 m，=0.15 m；8 m20 m時，=0.25 m；20 m時，=0.4 m。 矩形墩帽的橫向尺寸如圖2.1所示，可寫為22式中 梁梗中心橫向間距，采用標準設計的橋跨時，值可自梁的技術參考表中查出； 支座底板的橫

31、向寬度； 支承墊石邊緣至墩帽邊緣的橫向距離，為了養護及架梁作業的需要，矩形墩帽的不應小于0.5 m；圓端形墩帽支承墊石角至墩帽最近邊緣的最小距離與縱向相同。對于分片式鋼筋混凝土梁及預應力混凝土梁分片架立時，考慮到第一片梁橫向移梁的需要及保證施工、養護人員的安全作業，墩帽橫向寬度一般應采用下列數值：跨度8 m時不小于4 m；跨度8 m20 m時不小于5 m；跨度20 m時不小于6 m。2.1.3 托盤在墩帽縱、橫向尺寸較大時，為使墩身尺寸不致因此過分增大而多用圬工，常在墩帽下設置托盤將縱、橫向尺寸適當收縮，一般在橫向收縮較多，縱向不收縮或少收縮。托盤頂面的形狀與橋墩截面形狀有關，如矩形截面橋墩的

32、托盤頂面仍是矩形，而圓形、圓端形橋墩則為圓端形。托盤頂面縱、橫向尺寸就等于墩帽縱、橫向尺寸減去兩邊飛檐的寬度。托盤底面與墩身相接，其形狀與墩身截面相同。為保證懸出部分的安全，鐵路橋涵設計基本規范規定：托盤底面橫向寬度不宜小于支座下底板外緣的間距；托盤側面與豎直線間的角不得大于45；支承墊石向邊緣外側0.5處墩帽底緣點的豎向線與該底緣點同托盤底部邊緣處的連續夾角不得大于30，如圖2.1所示。圖 2.1 托盤式墩帽尺寸擬定2.1.4 墩帽設計(1)橫向尺寸按照上部結構的布置，以及墩帽橫向寬度一般應用為當跨度20 m時不小于6 m，則22=6 m其中為了調整施工誤差和防止支承墊石表面劈裂或支座錨栓松

33、動所需的距離，支承底板邊緣至支承墊石邊緣的距離采用20 cm；為了養護及架梁作業的需要，支承墊石邊緣至墩帽邊緣的橫向距離采用130 cm。(2)縱向尺寸222=2.7 m其中對于跨度20 m時，因梁和墩臺的施工誤差，梁縫采用10 cm；由跨度和梁的全長可知，支座中心至梁端的長度為30 cm；為滿足頂梁施工的需要，當跨度20 m時，支承墊石邊緣至墩帽邊緣的距離采用40 cm。根據梁的高跨比，一般選用分片式T型梁，按照道碴橋面道碴槽不宜小于3.9 m，橫橋向軌枕長2.6m，橋上設置雙側人行道及欄桿的要求，梁梗中心橫向間距采用2.2 m；支座底板的縱向和橫向寬度根據梁的尺寸分別設置為60 cm和80

34、 cm。有支座墩帽厚度采用0.5m。圖 2.2 托盤式墩帽尺寸（單位：mm）(3)托盤尺寸縱向和橫向兩邊的飛檐各采用20 cm，則托盤頂面的縱向和橫向尺寸分別為5.6 m和2.3 m；托盤縱向尺寸不收縮，橫向尺寸進行收縮，按照鐵路橋涵設計基本規范規定設計，托盤底面橫向尺寸采用3.6 m。托盤高度采用1.5m。托盤式墩帽尺寸如圖2.2所示。2.2 墩身尺寸的擬定采用托盤式墩帽時，墩身頂面尺寸就是托盤底部的尺寸，采用飛檐式墩帽時，墩身頂面尺寸就是墩帽縱、橫向尺寸減去兩邊飛檐的寬度，如圖2.3所示。墩身坡度一般用：1(豎：橫)表示，愈大，坡度愈陡；愈小，坡度愈緩。當墩身較低時(約在6 m以內)，其墩

35、頂及墩底受力相差不大，為了施工方便，可設直坡。墩身較高時，墩身的縱、橫兩個方向均做成斜坡，坡度不緩于20:1，具體數值應根據墩身的受力要求由試算決定。墩身高根據墩頂標高(由軌底標高減去梁在墩臺頂處的建筑高度和墩帽高度求得)和基底埋置深度、基礎厚度來確定。墩身底部尺寸可根據：(墩身頂部尺寸2墩身高)來確定。圖 2.3 墩身尺寸擬定2.2.1 墩身設計 墩身的頂面尺寸即為托盤的底面尺寸，則墩身的縱向尺寸為2.3 m，橫向尺寸為5.6 m；墩身的縱向側面按55:1向下放坡，則墩身底面縱向寬度為3.03 m；墩身的橫向側面按60:1向下放坡，則墩身底面橫向寬度為4.27 m。 根據以上設計，橋墩各細部

36、尺寸如圖2.4所示。圖 2.4 橋墩尺寸（單位：mm）3. 荷載的種類與組合3.1 荷載種類3.1.1 永久荷載(恒載)(1)結構自重：經由支座傳來的恒載力(包括梁、線路設備、道碴或輔裝層及人行道自重)，橋墩自重(包括頂帽重、墩身重、基礎襟邊上的土重)，上部結構的混凝土收縮及徐變得影響。橋跨自重。橋跨自重包括梁和支座、橋面及人行道的重量。梁及支座重可從選用橋跨標準圖中查得。橋面及人行道重量按鐵路橋涵設計基本規范規定為：直線上雙側人行道鋪設木步行板時采用8 kN/m；鋪設鋼筋混凝土或鋼步行板時采用10 kN/m。橋墩上所受橋跨自重壓力等于相鄰兩橋跨通過支座傳來的自重壓力之和，等跨時傳來的橋跨自重

37、壓力作用在橋墩中心線上。橋墩自重。計算橋墩自重時，常將橋墩分成許多簡單的塊體分別計算，最后求和。各種材料重度統一按如下數值采用：鋼筋混凝土(配筋率在3%以內)25 kN/m3，混凝土、片石混凝土、漿砌塊石23 kN/m3，漿砌片石22 kN/m3。(2)水浮力：水中橋墩位于碎石類土、砂類土、粘砂土等透水地基時，基底作用水浮力。當檢算橋墩穩定時，應考慮設計頻率水位的水浮力；而計算基底強度或基底偏心時，應考慮水位的水浮力，此時應考慮襟邊上的土柱浮重(若為地下水時，水位以下為浮重，水位以上采用天然容重)。位于粘性土層上和巖石(破碎、裂隙嚴重者除外)上的基礎，當基礎用混凝土與地基接觸良好不透水時，可不

38、考慮水浮力，當應考慮襟邊上土柱浮力及水柱重。當不確定是否存在水浮力時，應按最不利情況考慮。(3)基礎變位影響力：對于非巖石地基上的超靜定結構，應當考慮由于地基沉降引起的支座長期變位的影響。3.1.2 可變荷載(1)活載：作用在上部結構的列車或汽車荷載，對于鋼筋混凝土柱式等輕型橋墩應計入沖擊力，對于重力式墩臺則不計入沖擊力。我國客貨共線鐵路標準活載采用“中活載”。列車活載通過橋跨以支座反力的方式傳給橋墩，由于橋跨傻瓜列車活載位置不斷變化，傳給橋墩的壓力和影響也不同。設計橋墩時，活載的布置應使橋墩處于最不利的受力狀態。根據設計經驗，檢算中常用的活載加載圖式有單孔重載、單孔輕載、雙孔重載及雙孔空車等

39、，如圖3.1所示。單孔重載(或稱一孔重載)僅在一孔梁上布滿活載，并使五個集中荷載位于所需要檢算橋墩的一側。這種加載圖式能對橋墩產生最大的豎向偏心壓力和較大的縱向水平力(牽引力)，因此豎向力、彎矩都較大，對直線橋墩的截面壓應力、受壓穩定、墩頂縱向彈性水平位移以及基底壓應力驗算可能是最不利的。單孔輕載(或稱一孔輕載)也是在一孔梁上布滿活載，但五個集中荷載位于檢算墩上梁的另一端。這種加載圖式對橋墩的豎向偏心壓力較一孔重載為小，而縱向水平力(制動力)大小與一孔重載相同，彎矩較大，往往是橋墩縱向合力偏心距的控制荷載。直線上橋墩當截面合力偏心距較大時，按應力重分布計算，可能出現最大應力。雙孔重載在檢算橋墩

40、相鄰的兩孔梁上都布置活載，要求使橋墩上兩個支座反力之和達到最大值。由結構力學原理可知，如果相鄰兩孔梁的跨度分別為和，兩孔梁上靜活載分別為和，則當時，檢算墩的支座反力之和為最大。由此可求得加載圖式中的值(即活載在梁上的加載位置)。雙孔重載的支反力和離心力都是最大值，因此計算截面的豎向力與彎矩也最大，它是曲線上橋墩截面橫向的合力偏心距、壓應力、受壓穩定、基底壓應力以及墩頂橫向彈性水平位移驗算的最不利活載組合。 雙孔空車在驗算橋墩的相鄰兩孔梁上均布滿空車活載，按10 kN/m計。這種加載圖式對實體式橋墩一般檢算不控制，但當同時考慮橫向風力等橫向力作用下的橋墩橫向穩定性時可能起控制作用。圖 3.1 檢

41、算橋墩的加載圖式(2)由活載引起的離心力、制動力(或牽引力)、風力、流水壓力、冰壓力、溫度力、支座摩擦力及人群荷載等。制動力或牽引力。橋跨上活載的制動力或牽引力，由車輪傳給鋼軌，再由鋼軌傳給梁，再通過梁的支座傳給墩臺。當支座類型不同時，傳遞的縱向水平力就不同。簡支梁通過各類支座傳給橋墩的制動力(或牽引力)按鐵路橋涵設計基本規范規定為：(1)通過固定支座為全孔的100%；(2)通過滑動支座為全孔的50%；(3)通過滾動支座為全孔的25%；一個橋墩上通常設置相鄰兩孔梁的支座，其一為固定支座，另一位活動支座。兩孔梁通過支座傳給橋墩的制動力，可按上列百分數計算后相加求得。但為了避免出現過大的不合理的計

42、算值，規定兩孔梁傳來制動力之和()，不得大于其中一孔梁(如為不等跨，應取大跨梁)滿布最大活載時由固定支座傳來的制動力()。因此，在雙孔重載情況下橋墩的制動力為=0.1100%0.150%(或25%)如，應采用。梁上制動力作用在軌頂以上2 m，計算橋墩時，為簡化計算，鐵路橋涵設計基本規范規定：可將橋跨上的制動力移至支座鉸中興處，并不計因移動力的作用點而產生的對支座的豎向力或力矩。因此，計算制動力對橋墩檢算截面的制動力矩時，就等于橋墩上的制動力乘以該檢算截面至支座中心的距離。至于制動力或牽引力的方向則應使其產生的力矩與活載壓力偏心力矩的方向相同，使之在檢算截面產生較大的彎矩。應該指出，由于橋上線路

43、上部建筑的連續性和活動支座縱向并不很“活動”，所以不能認為橋上某一孔梁上的制動力僅傳遞至兩相鄰的橋墩上，而應從全橋(包括線路上部的建筑、梁、支座、橋墩臺和橋頭路基)整體分析其制動力的傳遞和分配。對某一橋墩而言，也是在該墩鄰近多孔梁上布置有活載時才有可能出現最大制動力。因此，對橋墩設計影響較大的制動力的傳遞與分別配規律，還需要進行進一步的研究。風力風力是作用在受風物體上的水平力，它的大小可按其所受的風荷載強度 (Pa)乘受風面積(m2)求得。用表示風力，則其值為： (N)風力為水平力，其方向可以垂直于線路(橫風)，也可以平行于線路(縱風)，作用點為受風面積的形心。作用與橋梁上的風荷載強度與風速大

44、小、受風建筑物的高度和形狀及當地地形地貌有關。鐵路橋涵設計基本規范規定：當橋上無車時，作用于橋上的風荷載強度W按下式計算：式中 基本風壓值(Pa)，可按計算，其中(以m/s計)為一般平坦空曠地區離地面20 m高度處頻率為100年一遇的10 min平均最大風速，一般情況下，可從鐵路橋涵設計基本規范中所列的“全國基本風壓分布圖”上查得； 風載體型系數，見表3.1，其他構件為1.3； 風壓高度變化系數，按表3.2采用，風壓隨離地面或常水位的高度而不同，除特殊高墩個別計算外，為簡化計算，全橋均按軌頂高度處的風壓值采用； 地形、地理條件系數，按表3.3采用。表 3.1 橋墩風載體型系數截面形狀長寬比值體

45、型系數 圓形截面/0.8與風向平行的正方形截面/1.4短邊迎風的矩形截面1.20.9長邊迎風的矩形截面1.41.3短邊迎風風圓端形截面0.3長邊迎風的圓端形截面0.81.1表 3.2 風壓高度變化系數離地面或常水位高度(m) 20304050607080901001.001.131.221.301.371.421.471.521.56表 3.3 地形、地理條件系數地形、地理情況一般平坦空曠地區1.0城市、林區盆地和有障礙物擋風時0.850.90山嶺峽谷、埡口、風口區、湖面和水庫1.151.30特殊風口區按實際調查或觀測資料計算計算風力時，應注意下列規定：(1)橋上有車時風荷載強度，規定按式算得

46、的的80%計(約相當于頻率為1/30的風壓強度)，并不大于1250 Pa。在按標準設計中，風荷載強度在有車時采用800 Pa，并不大于1250 Pa；無車時采用1400 Pa。(2)列車的受風面積按3 m高的長方帶計算，其作用點在軌頂以上2 m處。列車不計縱向風力。(3)實體墩及橋面橫向受風面積，按其橋跨橫向受風輪廓面積計算，即梁底至軌頂的高度與左右兩孔橋跨中線所圍成的面積，桁架梁的橫向受風面積，按桁架理論輪廓面積（桁架弦桿重心線間的面積）的0.4倍計算。對于下承桁架在計算有車橫向風力時，列車受風面積應扣除列車高度范圍內被梁部遮擋的部分。各類上承式梁及橋面的縱向風力，因受相鄰梁及橋臺的阻擋可不

47、計算。列車的縱向受風面積很小，亦可不計。下承桁架的縱向風力按其所受橫向風力的40%計算。(4)實體橋墩分別按縱向及橫向輪廓面積計算縱向風力及橫向風力。流水壓力位于水中的橋墩，其上游迎水面因受到流水沖擊影響而產生流水壓力，流水壓力(kN)與水流速度和橋墩平面形狀有關，可按下式計算：式中 橋墩阻水面積(m2),通常自計算水位算至一般沖刷線處(圖3.2)；水的重度，一般采用10 kN/m3；標準自由落體加速度(m/s2)；計算時采用的水流流速(m/s)，檢算穩定性時用設計頻率水位的流速；檢算基底應力或基底偏心時用常水位的流速；試驗測得的橋墩形狀系數，其值可根據橋墩截面形狀按表3.4采用。表 3.4

48、橋墩形狀系數值橋墩截面形狀方形矩形(長邊與水流平行圓形尖端形圓端形值1.471.330.730.670.60流水壓力的分布可假定為倒三角形(因水流速度是近似地隨水深呈三角形分布)，其作用點在計算是采用水位線以下1/3水深處。(4)偶然荷載：地震力、船舶或漂浮物撞擊力及施工臨時荷載。圖 3.2 橋墩阻水面積3.2 荷載組合橋墩荷載組合可分為主要荷載組合與附加荷載組合兩種。主要荷載組合由經常出現的荷載組成，即由恒載、活載(包括沖擊力和離心力)、人群荷載及活載引起的土側壓力等組成；附加組合則由主要組合中的一種或幾種與可能同時作用的一種或幾種其他荷載和外來組成，或是由恒載與活載組成，或根據施工時的受力

49、條件進行施工荷載組合。為使設計比較合理并切合實際情況，在驗算墩臺和基礎時，在荷載的附加組合中有些荷載不需要同時考慮。3.2.1 橋墩計算的幾種常見的荷載組合根據各種荷載發生的幾率不同，對于橋墩計算，可能同時出現的荷載有以下幾種組合情況：(1)主力組合，即同時出現的主力之間的組合。(2)主力加附加力的組合。由于附加力時不經常出現的荷載，所有附加力同時出現并達到最大值的機會極少或幾乎不可能，故鐵路橋涵設計基本規范規定，主力加附加力組合只考慮主力加一個方向（縱向或橫向）的附加力組合。例如考慮縱向制動力和縱向風力與主力的組合時，就不考慮橫向風力和橫向流水壓力；反之，考慮橫向風力和橫向流水壓力與主力組合

50、時就不考慮縱向 制動力和縱向風力。(3)主力加特殊荷載的組合（即主力與某一特殊荷載的組合）。特殊荷載是某一特定條件下出現的荷載，它與各種附加力同時出現的機會也極少和幾乎不可能。故荷載組合中，只考慮主力加某一特殊荷載的組合而不再考慮附加力。3.2.2 最不利荷載組合的分析鐵路橋梁的各種荷載中，對荷載組合起控制作用的是活載。活載的大小和位置（即加載圖式）不僅影響到豎向力，且伴生有制動力（或牽引力）、橫向搖擺力，在曲線上還有離心力。因此活載的加載圖式對分析各檢算項目的最不利荷載組合起控制性作用。例如檢算墩身的合力偏心距，應選用豎向力較小，而力矩相對較大的加載圖式；檢算墩身應力，應選用豎向力和力矩都較

51、大的加載圖式。根據大量設計經驗得知，不同活載加載圖式，對墩身的不同檢算項目起控制作用：(1)單孔輕載的豎向力為最小，縱向力矩又較大，往往是橋墩縱向合力偏心距的控制荷載；又直線上橋墩當截面合力偏心距較大時，按應力重分布計算，還可能出現最大壓應力。(2)單孔重載或雙孔重載的或都較大，對直線橋墩的截面壓應力、受壓穩定、墩頂縱向彈性水平位移的檢算，常識最不利的。(3)雙孔重載的支點反力和離心力都是最大值，因此計算截面的、橫向力矩也最大，它常成為曲線上橋墩截面合力偏心距、壓應力、受壓穩定及墩頂位移檢算的最不利活載圖式。再從主力和主加附兩種荷載組合分析，可明顯看出主加附在結構中產生的內力和應力，要比主力組

52、合大。但是，由于主加附出現的幾率比主力組合要小，因而對材料的容許應力和結構的安全系數取不同的數值（主加附時容許應力提高30%），故不能僅憑哪一種荷載組合的荷載（或應力）大小作為判別的根據。但設計經驗表明，在考慮特殊荷載的情況下，主力組合一般不控制設計，而是由主力加附加力控制。表3.5為根據橋墩設計經驗提供的墩身檢算常用荷載組合，可供橋墩檢算時參考。表 3.5 等跨橋墩檢算常用荷載組合表橋墩類型橋上線路截面合力偏心壓應力及受壓彎曲穩定墩頂彈性水平位移縱向橫向斜向縱向橫向矩形橋墩直線單孔輕載(豎主+縱附)不控制不控制單孔重載或雙孔重載(豎主+縱附)單孔輕載(豎主+縱附)不控制曲線單孔輕載(豎主+縱

53、附)雙孔重載(豎主+橫主+橫附)不必檢算雙孔重載(豎主+橫主+橫附)單孔輕載(豎主+縱附)雙孔重載(豎主 +橫附)圓形橋墩圓形橋墩直線單孔輕載(豎主+縱附)不控制不控制單孔重載或雙孔重載(豎主+縱附)單孔輕載(豎主+縱附)不控制曲線不控制雙孔重載(豎主+橫主+橫附)不控制雙孔重載(豎主+橫主+橫附)單孔輕載(豎主+縱附)雙孔重載(豎主 +橫附)圓端形橋墩直線單孔輕載(豎主+縱附)不控制不控制雙孔重載(豎主 +橫附)單孔輕載(豎主+縱附)不控制曲線單孔輕載(豎主+縱附)雙孔重載(豎主+橫主+橫附)雙孔重載(豎主+橫主+橫附)單孔重載或雙孔重載(豎主+縱附)單孔輕載(豎主+縱附)雙孔重載(豎主 +

54、橫附)3.2.3 荷載組合的有關規定根據某些荷載不可能同時出現和同時出現的幾率很小，有的荷載不同時出現最大值；有的荷載雖然可能同時出現，但并不控制設計等原因，鐵路橋涵設計基本規范對荷載組合規定如下：(1)橫向附加力不與縱向附加力同時計算。(2)流水壓力不與冰壓力組合，兩者也不與制動力或牽引力組合。(3)短跨橋梁常采用特種活載，其制動力或牽引力能通過軌道傳遞至橋頭路基，故可不計制動力或牽引力。(4)曲線上橋墩，當制動力（牽引力）與離心力同時計算時，由于二者不能同時達到最大值，故鐵路橋涵設計基本規范規定制動力按列車豎向靜活載重量的70%計算。3.3 設計資料(1)橋跨結構不等跨20 m24 m道渣

55、橋面鋼筋混凝土梁，設雙側人行道及欄桿；橋全長20.6 m，24.6 m；軌底至梁底高度為2.70 m；軌底至墩頂高度為3.10 m；支座中心至墩頂高度為0.32 m；軌底標高為27.30 m；兩孔梁重分別為1352 kN、1549 kN；道渣橋面及雙側人行道重按每孔梁每延長米36.6 kN/m計算。(2)橋上線路情況 級單線平坡，橋梁位于直線上，設計車速度120 kN/m2。(3)荷載活載：墩臺及橋跨結構均為中活載；風荷載強度：有車：0.8 kN/m2；無車：1.0 kN/m2。(4)水文資料低水位標高為5.60 m；設計水位標高為8.60 m；一般沖刷線標高為3.80 m；局部沖刷標高2.9

56、0 m；設計流速為2.0 m/s。(5)建筑材料頂面采用C25鋼筋混凝土；托盤采用C25普通混凝土；墩身及基礎采用C20普通混凝土。3.4 荷載計算3.4.1 恒載計算(1)由橋跨結構傳來的恒載壓力 =2281.32 kN(2)墩帽及墩身重墩帽體積 m3墩帽重 kN托盤體積 m3托盤重 kN墩身重根據檢算截面的需要分段計算，橋墩分段如圖3.3所示。墩身分段截面積 墩身分段重力 圖 3.3 橋墩分段截面（尺寸單位：mm）表 3.6 墩身重量計算項目分段(m)(m)(m2)(m2)(m)(kN)上2.303.608.2809.34851013.620下2.4823.767上2.4823.7679.

57、34810.47751139.946下2.6643.933上2.6643.93310.47711.66751273.242下2.8454.100上2.8454.10011.66712.93851413.507下3.0304.270合計4840.3153.4.2 豎向靜活載對于各檢算項目的最不利活載圖式為單孔輕載、單孔重載、雙孔重載，現分別計算如下：(1)單孔輕載，活載布置如圖3.4(a)所示。當車在20 m短跨時，根據，可得支點反力(也是靜活載給橋墩的壓力)為=977.075 kN對橋墩中心力矩為 kNm當車在24 m長跨時，根據，可得支點反力(也是靜活載給橋墩的壓力)為=1156.163 k

58、N對橋墩中心力矩為 kNm(2)單孔重載，活載布置如圖3.4 (b)所示。當車在20 m短跨時，支座反力 =1328.125 kN對橋墩中心力矩為 kNm圖 3.4 檢算橋墩的活載圖式（尺寸單位：m）當車在24 m長跨時，支座反力 =1517.038 kN對橋墩中心力矩為 kNm (3) 雙孔重載，活載布置如圖3.4(c)所示。當車頭在20 m短跨時，當時，中墩的支座反力為最大，由此可求得加載圖式中的值為 m 支座反力、分別為 =1033.750 kN =1134.571 kN橋墩所受壓力 kN活載壓力對橋墩中心的力矩為 kNm當車頭在24 m長跨時，當時，中墩的支座反力為最大，由此可求得加載

59、圖式中的值為 m 支座反力、分別為 =950.109 kN =1204.185 kN橋墩所受壓力 kN活載壓力對橋墩中心的力矩為 kNm3.4.3 制動力(牽引力) kN(1)單孔輕載與單孔重載的梁上豎向靜活載相同，故其制動力(或牽引力)也相同，為當車在20 m短跨時，制動力為 kN對墩身底部截面的力矩為 kNm當車在24 m長跨時，制動力為 kN對墩身底部截面的力矩為 kNm雙孔重載的制動力當車頭在20 m短跨時，支座布置有下列兩種情況：a.左孔梁為固定支座傳遞的制動力 kN 右孔梁為滑動支座傳遞的制動力為 kN傳遞到橋墩上的制動力為 kN對墩身底部截面的力矩為 kNmb.左孔梁為滑動支座傳

60、遞的制動力為 kN右孔梁為固定支座傳遞的制動力 kN傳遞到橋墩上的制動力為 kN對墩身底部截面的力矩為 kNm當車頭在24 m長跨時，支座布置有下列兩種情況：a.左孔梁為固定支座傳遞的制動力 kN 右孔梁為滑動支座傳遞的制動力為 kN傳遞到橋墩上的制動力為 kN對墩身底部截面的力矩為 kNmb.左孔梁為滑動支座傳遞的制動力為 kN右孔梁為固定支座傳遞的制動力 kN傳遞到橋墩上的制動力為 kN對墩身底部截面的力矩為 kNm表 3.7 制動力對墩身檢算截面的力矩 分段截面項目距墩頂高度(m)27121722(kNm)620.1821956.7823293.3824629.9825966.5823.