桩柱式桥墩的计算方法

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：桩柱式桥墩的计算包括盖梁计算和桩身计算两个部分。桩柱式墩台通常采用钢筋混凝土构件。桩柱式墩的盖梁内力计算。按照《规范》第8.2.1条规定：双柱式墩台，当盖梁的刚度与柱的线刚度比大于5时，盖梁可按简支梁计算。汽车荷载的最大支反力用主梁支反力的纵向影响线计算。

桩柱式桥墩的计算包括盖梁计算和桩身计算两个部分。

桩柱式桥墩盖梁的计算内容包括：①恒载及其内力计算；②活载及其内力计算；③施工吊装荷载及其内力计算；④荷载组合及其内力包络图；⑤配筋计算。

桩柱式墩台通常采用钢筋混凝土构件。在构造上，桩柱的钢筋伸入到盖梁内，与盖梁的钢筋绑扎成整体。因此，盖梁与柱刚接成刚架结构。当盖梁的跨高比l/h满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）（以下简称《规范》）第8.2.2条要求时，盖梁可按以下方式计算：

1）墩台盖梁与柱应按刚构计算。当盖梁与柱的线刚度（EI/l）之比大于5时，双柱式墩台盖梁可按简支梁计算，多柱式墩台盖梁可按连续梁计算。以上E、I、l分别为梁或柱混凝土的弹性模量、毛截面惯性矩、梁计算跨径或柱计算长度。

计算连续梁盖梁支座的负弯矩时，考虑柱支撑宽度的影响，圆形截面柱可换算为边长等于0.8倍直径的方形截面柱。

2）按简支梁计算的盖梁，其计算跨径应取l_c和1.15l_n两者较小者，其中l_c为盖梁支承中心之间的距离，l_n为盖梁的净跨径。在确定盖梁的净跨径时，圆形截面柱可换算为边长等于0.8倍直径的方形截面柱。当盖梁作为连续梁或刚构分析时，计算跨径可取支承中心的距离。

与计算普通双悬臂梁和连续梁内力不同的是：活载的轮重不是直接作用在盖梁上面，而是通过设置在盖梁上一些固定位置的支座来传递活载反力的。即是说，作为梁式桥，上部结构的结构重力与汽车荷载是在主梁位置通过支座以集中力的形式作用于盖梁上，所以作用力的作用位置是固定的，而其作用力的大小随着汽车横向布置不同而变化。汽车横向布置则是依据盖梁验算截面产生最大内力的不利状况而确定的。这样，就涉及将汽车荷载如何在横桥向分配至各主梁上，这种横向分配与主梁结构计算时的横向分配是不同的，分配合理与否直接影响盖梁设计的安全度。

（1）汽车横向布置及横向分配系数一般计算盖梁时汽车横向布置及横向分配系数计算可做如下考虑：

1）单柱式墩台盖梁。在计算盖梁支点负弯矩及各主梁位置截面的剪力时，汽车横桥向非对称布置（即按规范要求靠一侧布置），横向分配系数按偏心压力法计算。

2）双柱式墩台盖梁。在计算盖梁柱顶处负弯矩时，汽车横桥向采用非对称布置，横向分配系数采用偏心压力法计算；在计算盖梁跨中正弯矩时，汽车横桥向采用对称布置，横向分配系数采用杠杆法计算。

3）多柱式墩台盖梁。汽车横桥向要按盖梁各控制截面内力影响线来布置，横向分配系数采用杠杆法计算；同时要注意由于多柱式墩台上部桥面比较宽，人行道亦相应较宽，边梁可能是在人行道下，所以应注意由于杠杆法计算横向分配系数边梁偏小，而用非对称布置偏心压力法计算边梁又偏大的问题。

（2）盖梁内力计算时墩柱支承宽度影响的考虑由于支承盖梁的墩柱面积较大，简化成点支承使盖梁内力计算偏大而显得太保守，所以《规范》第4.2.4条规定应考虑支承宽度影响。

1）负弯矩削峰。在计算盖梁柱顶截面负弯矩时，可采用负弯矩包络图在柱顶处削峰的方法减小负弯矩值。削峰宽度理论认为方柱时为柱宽b，圆柱时为0.886d（d为直径）。但支承宽度对内力的影响除与柱宽有关外，还与盖梁跨度、高度和宽度有关，这是一个很复杂的问题，考虑墩柱尺寸小于盖梁尺寸，建议在实际设计时，方形柱取0.9b，圆形柱取（0.5～0.7）d。

2）正弯矩减小跨径。在计算简化为双悬臂简支梁或连续梁跨中正弯矩时，采用减小跨径的方法来考虑支承宽度的影响（图7.6-23b）。

图7.6-23 盖梁考虑支承宽度的计算

a）负弯矩削峰 b）正弯矩减小跨径

跨中跨径为

l′=l₀-（0.5～0.7）d或0.9b

悬臂跨径为

l₁′=l₁-（0.5～0.7）d或0.9b

3）在计算盖梁正、负弯矩时，作用于支承宽度内的主梁荷载可忽略不计。

【例7.6-4】桩柱式墩的盖梁内力计算。

设计荷载公路—Ⅱ级；

桥面净宽（7+2×0.25）m（图7.6-24）；

上部构造六孔一联等跨装配式钢筋混凝土T形梁，标准跨径为20m，计算跨径为19.50m，由5片梁组成，梁距1.6m。梁下设板式橡胶支座，其尺寸为180mm×200mm×28mm。

桥梁下部结构采用双柱式墩台，桩式基础，设2根桩、1.6m厚承台，柱的计算高度为8m，桥墩各部尺寸如图7.6-25所示。

图7.6-24 盖梁的受力图（尺寸单位：cm）

图7.6-25 桥墩各部尺寸（尺寸单位：cm）

图7.6-26 计算截面的具体位置（尺寸单位：cm）

盖梁的基本尺寸如下：

盖梁顺桥向的宽度 b=120cm；

盖梁横桥向的宽度 B=740cm；

盖梁的高度为110cm，盖梁的悬臂长为100cm。

墩身采用双柱式，柱径为100cm，横向间距420cm。已知主梁的冲击系数μ=0.18。

计算在汽车荷载作用下盖梁截面3-3和截面5-5的内力，计算截面的具体位置如图7.6-26所示。

解答：（1）确定盖梁的计算简图双柱式桥墩，是由盖梁和墩柱组成并嵌固在承台上的刚架。按照《规范》第8.2.1条规定：双柱式墩台，当盖梁的刚度与柱的线刚度比大于5时，盖梁可按简支梁计算。因此，首先核算盖梁的刚度与柱的刚度。

盖梁的线刚度

柱的线刚度

盖梁的刚度与柱的刚度比

k_b/k_c=5.16＞5

因此，盖梁可按简支梁计算。

（2）汽车荷载的支反力汽车荷载在桥梁顶面上的纵向位置和横向位置均是可动的。汽车荷载两个方向均是可动的影响通过两个计算步骤来考虑。根据汽车荷载并不直接压在盖梁上，是通过各片主梁支座的支反力传递到盖梁上这个特点，首先通过汽车荷载在主梁上的纵向移动，求出主梁支座支反力的最不利效应。再将此最不利效应的支反力在盖梁上横向移动，求出盖梁各项指定内力的最不利效应。

汽车荷载的最大支反力用主梁支反力的纵向影响线计算。盖梁是两跨主梁的支承，支反力的纵向影响线涉及两跨，跨径为19.5m，延伸相交，竖坐标峰值为1.013，主梁支反力的纵向影响线如图7.6-27所示。