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桥梁墩台基础概念及受力特点
日期:2015-5-12 10:15:42 作者:佚名 来源:本站原创
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当道路、铁路、渠道、管线等遇到障碍(如山谷、河流以及其他路线等)而中断时,所修建的用以跨越桥梁的上部结构是跨越结构,其总的受力体系一般为水平结构体系。

墩台支承桥梁上部结构并形成跨越空间,其中,桥台是指桥梁的两端支承结构,桥墩是指除桥台外的中间支承结构。基础是桥梁土中隐蔽结构,是与地基(承受人工结构物荷载的地表层岩土)直接接触,并把所受之荷载全部传给地基的结构部分。常用的基础类型主要依其埋置深度划分为浅基础和深基础,深基础多以桩与沉井基础为主。墩台与基础工程统称为桥梁下部结构。桥台除与桥墩一样支撑上部结构传递荷载外,还是桥梁与道路衔接过渡的结构物,所以它除外形复杂外,还受到路堤填土的各种土压力作用桥梁上下部结构划分:梁式桥以支座划分,支座以上(含支座)为上部结构,支座以下为下部结构;拱桥是以拱脚划分;对其他结构桥梁,则是将桥面以下的竖向结构划为桥梁的下部结构(如连续刚构桥),斜拉桥和悬索桥加劲梁下支承索塔部分称为塔墩,其基础称为塔墩基础。

墩台基础受力特点

桥梁墩台与基础是一个连续一体的受力体系,上部结构下传的力和下部结构自身受到的力.由墩台顶帽至基础底面,层层平衡和传递,所以从总体概略来讲,下部结构是一个压弯体系。早期的设计多以重力式实体圬工结构为主,现今随着大跨、高桥,尤其是城市宽桥的建设,墩台设计趋向纤细、美观、空透方向发展,增加了艺术处理的构思,采用众多受力复杂的梁柱构架(这些知识在后面将专门讲述),所以设计计算要采用简化、适用的分析模型,对组成构架的各构件的内力和变形加以验算和配筋,以保证对下部结构要求的整体强度、稳定性和适宜刚度。

桥梁墩台基础不仅受与上部桥梁结构同样因素的影响(如汽车和人群荷载、风力、温度影响力等),而且由于自身是水下土中的结构物,还受水流和水中的漂流物、流冰、船舶等撞击作用。这些力的作用方向,主要是横桥方向。桥梁基础还受到地基土性质变化所产生的各种因素的作用,如在冻土地区,就会受到土在冻结时产生的各种冻胀力的作用。由于上部结构体系的不同,上部结构对墩台基础的作用状态也不同,所受的力有梁式结构传下来的竖向反力,也有拱式结构产生的很大的水平推力,还有索吊体系桥梁(悬索桥和斜拉桥)、T 形刚构桥梁等产生的正、负反力作用。

上述各种外力作用,既有顺桥方向的,又有横桥方向的,有时还是同时作用,所以墩台基础是一个空间受力结构。不同地区、不同河流,甚至同一座桥上不同位置的墩台基础,其所受到的各种力的作用状态和组合都是不同的,可能是顺桥方向控制设计,也可能是横桥方向控制设计。当两种情况不能明确判断时,则两种情况都要进行验算。

在这里还要强调一点,《公路桥涵地基与基础设计规范》( JTG D63-2007)(以下简称《公桥基规》)对于作用于下部结构的一部分影响很大的作用(荷载),如土压力、制动力、冰压力、船筏撞击力等,因其作用随机性较大,变化幅值大,所以计算规定与取值比较粗略。尤其是地基土,由于土体性状的复杂性,规范提供的计算参数变幅范围较大,虽然普遍应用性较强,但降低了实际应用的精确性。由于下部结构设计中考虑的各种作用参数具有一定的粗略性,因此下部结构计算不可能有十分精确的解析结果。设计者要依据工程的重要性和对具体的自然条件、水文地质条件的了解,并考虑施工的主导工艺本质特点和影响,结合以往的经验和教训,经过分析判断,选取合理可靠的计算参数。

下部结构施工的自然和技术条件与上部结构相比,难以预计的因素多,变数较大,结构设计又不易大规模变更,必须用临时的施工措施来应对出现的问题。因此,下部结构,尤其是复杂的大型基础,依据关键性自然因素和技术条件在理论及经验指导下确定主导的施工方法十分重要。在实际工程中,下部结构发生意外事故和施工偏差的情况往往多于上部结构,是一个风险性很大的施工环节。统计资料表明,桥梁灾难性破坏,绝大部分是由于下部结构破坏所致。从防灾、减灾、保证桥梁安全使用的设防标准考虑,下部结构是最关键的部位之一。

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