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德阳破桩头桥墩作用量值计算

futao 桥梁拆除 2019-04-17 364 0
川渝拆除17713551981

德阳破桩头桥墩作用量值计算

各作用量值确定计算,必须按《公桥通规》的规定和要求办理。现将直接作用于墩台基础上且影响较大的作用量值计算作一简单介绍。

(一)汽车荷载

汽车荷载在公路工程结构中通常被视为主导和可变作用。公路桥涵设计时,汽车荷载的计算图式、荷载等级及其标准值、加载方法和纵横向折减等应符合下列规定:

(1)汽车荷载分为公路一I级和公路一Ⅱ级两个等级。

(2)汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载;桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。

(3)各级公路桥涵设计的汽车荷载等级应符合表1-4的规定。

各级公路桥涵的汽车荷载等级表1-4

各级公路桥涵的汽车荷载等级表1-4

二级公路为干线公路且重型车辆多时,其桥涵的设计可采用公路一I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时,其桥涵设计所采用的公路一

Ⅱ级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数,车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。

(4)车道荷载的计算图示见图1-3。

image.png

图1-3车道荷载

①公路一I级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5kN/m;集中荷载标准值按以下规定选取:桥梁计算跨径小于或等于5m时,P=180kN;桥梁计算跨径等于或大于50m时,Pk=360kN;桥梁计算跨径在5~50m时,P.值采用直线内插求得。计算剪力效应时,上述集中荷载标准值P1应乘以1.2的系数。

②公路一Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qu和集中荷载标准值P.按公路一I级车道荷载的0.75倍采用。

③车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上;集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。

(5)车辆荷载的立面、平面尺寸见图1-4,主要技术指标规定见表1-5。

a)立面布置

a)立面布置


b)平面尺寸

b)平面尺寸

图1-4车辆荷载的立面、平面尺寸(尺寸单位:m)

公路一I级和公路一Ⅱ级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。

车辆荷载的主要技术指标表1-5

车辆荷载的主要技术指标表1-5

(6)车道荷载横向分布系数应按设计车道数(图1-5)布置车辆荷载进行计算。

(7)多车道桥梁上的汽车荷载应考虑多车道折减。当桥涵设计车道数等于或大于2时,由汽车荷载产生的效应按表1-6规定的多车道折减系数进行折减,但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。

image.png

图1-5车辆荷载横向布置(尺寸单位:m)

(8)大跨径桥梁上的汽车荷载应考虑纵向折减。当桥梁计算跨径大于150m时,应按表1-7规定的纵向折减系数进行折减。当为多跨连续结构时,整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。

横向折减系数表1-6

横向折减系数表1-6

纵向折减系数表1-7

image.png

(二)汽车荷载冲击力

汽车荷载冲击力应按下列规定计算:

(1)钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台,应计算汽车的冲击作用。

(2)填料厚度(包括路面厚度)等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。

(3)支座的冲击力,按相应的桥梁取用。

(4)汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数u。

(5)冲击系数u可按下式计算,即:

r当f<1.5Hz时,A=0.05当1.5H2≤f≤14Hz时,u=0.17671nf-0.0157(1-6)

【当f>14Hz时,u=0.45式中:f——结构基频(Hz)。

(6)汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。

(三)汽车荷载引起的土侧压力

汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载。

车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力,可按下式换算成等代均布土层厚度h(单位:m)计算:

image.png(1-7)

式中:y——土的重度(kN/m3);G——布置在B×l。面积内的车轮的总重力(kN),计算挡土墙的土压力时,车辆荷载应按《公桥通规》规定作横向布置(图1-5),车辆外侧车轮中线距路面边缘0.5m,计算中涉及多车道加载时,车轮总重力应按规定进行折减;o—桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度(m),对于墙顶以上有填土的路堤式挡土墙,

1。为破坏棱体范围内的路基宽度部分;B——桥台横向全宽或挡土墙的计算长度(m)。

(四)汽车荷载制动力

汽车荷载制动力可按下列规定计算和分配:

(1)汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载(不计冲击力)计算,并应按表1-7的规定执行,对使桥梁墩台产生最不利纵向力的加载长度进行纵向折减。

一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规定的车道荷载标准值在加载长度上

计算的总重力的10%计算,但公路一I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN;公路一

Ⅱ级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN。同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的2倍;同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍;同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。

(2)制动力的着力点在桥面以上1.2m处,计算墩台时,可移至支座中心或支座底座面上。

计算刚构桥、拱桥时,制动力的着力点可移至桥面上,但不计因此而产生的竖向力和力矩。

(3)设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续梁排架式柔性墩台,应根据支座与墩台的抗推刚度的刚度集成情况分配和传递制动力。设有板式橡胶支座的简支梁刚性墩台,按单跨两端的板式橡胶支座的抗推刚度分配制动力。

(4)设有固定支座、活动支座(滚动或摆动支座、聚四氟乙烯板支座)的刚性墩台传递的制动力,按表1-8的规定采用。每个活动支座传递的制动力,其值不应大于其摩阻力;当大于摩阻力时,按摩阻力计算。

(五)汽车荷载离心力

汽车荷载离心力是一种伴随车辆在弯道桥行驶时所产生的惯性力,其以水平力的形式作用于桥梁,当弯道桥的曲线半径等于或小于250m时,弯道桥的墩台应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷载离心力标准值为车辆荷载(不计冲击力)标准值乘以离心力系数C。离心力系数的计算式为:

(1-8)(1-8)


式中:v—设计速度(km/h),应按桥梁所在路线设计速度采用;R——曲线的曲率半径(m)。

刚性墩台各种支座的制动力表1-8

刚性墩台各种支座的制动力表1-8

注:固定支座按T,计算,活动支座按0.30T、(聚四氟乙烯支座)计算或0.25T(滚动或摆动支座)计算,7a和T;分别为与固定支座或活动支座相应的单跨跨径的制动力,桥墩承受的制动力为上述固定支座与活动支座传递的制动力之和。

离心力作用点在桥面上,计算多车道桥梁的汽车荷载离心力时,车辆荷载标准值应乘以表1-6规定的横向折减系数。(六)土的重力及土侧压力

计算土的重力时,土的重度和内摩擦角、台背与填土间外摩擦角应根据调查或试验确定,当无实际资料时,可按表1-9采用。

土的重度、内摩擦角和台背与填土间外摩擦角表1-9

土的重度、内摩擦角和台背与填土间外摩擦角表1-9

基础襟边上水位以下的土重力,当基底考虑浮力时采用浮重;当基底不考虑浮力时,视其是否透水采用天然重力或饱和重力。另外,还应根据验算项目要求,计入襟边土层以上水柱的重力。浮土重度的计算式为:

(1-9)(1-9)

式中:e——土的孔隙比;yo——土的固体颗粒重度,一般采用27kN/m2。

作用于桥台台身墙背土侧压力的类型除与填土性质和土与墙背之间的接触状况有关外,主要还与台身的位移方向和位移量有关。根据台身位移方向不同,产生三种不同的土压力。

1.静止土压力

台身墙体处于固定不动状态,作用在台背上的土压力为静止土压力。静止土压力标准值的计算公式为:

(1-10)(1-10)

(1-11)(1-11)

(1-12)(1-12)

式中:e;——任一高度h处的静土压力强度(kN/m);

——压实土的静土压力系数;y——土的重度(kN/m3);

9——土的内摩擦角();h——填土顶面至任一点的高度(m);H——填土顶面至基底高度(m);E,——高度H范围内单位宽度的静土压力标准值(kN/m)。

当验算倾覆和滑动稳定时,墩、台前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压力可按静土压力计算。拱桥桥台可能向路堤方向移动时,其台背土压力稳定性验算按静止土压力计算。

2.主动土压力

台身墙体离开填土向前(桥跨向)移动,台背土体达到主动极限平衡状态,作用在台背上的土压力为主动土压力的标准值可按下列公式计算(图1-6)。

图1-6主动土压力图

图1-6主动土压力图

(1)当土层特性无变化且无汽车荷载时,作用在桥台前后的主动土压力标准值的计算式为:

(1-13)(1-13)

(1-14)(1-14)

式中:E——主动土压力标准值(kN);u——中间参数值;y——土的重度(kN/m2);B——桥台的计算宽度(m);H——计算土层高度(m);

β——填土表面与水平面的夹角,当计算台后的主动土压力时,B按图1-6a)取正值;当计算台前的主动土压力时,B按图1-6b)取负值;x——桥台台背与竖直面的夹角,俯台背(图1-6)时为正值,反之为负值;

8——台背与填土间的摩擦角,可取8=9/2。

主动土压力的着力点自计算土层底面算起,C=H/3。

(2)当土层特性无变化但有汽车荷载作用时,作用在桥台后的主动土压力标准值在B=0°

时的计算式为:

(1-15)(1-15)

式中:h——汽车荷载的等代均布土层厚度(m)。

主动土压力的着力点自计算土层底面算起,

image.png

(3)当βB=0时,破坏棱体破裂面与竖直线间夹角0的正切值的计算式为:(1-16)(1-16)

其中,w=x+6+9。当土层特性有变化或受水位影响时,宜分层计算土的侧压力。

3.被动土压力

台身墙体向后(路堤向)移动推压填土,并最终达到被动极限平衡状态,此时台背土压力达到最大值,称为被动土压力。在此情况下,桥台已产生结构不容许产生的过大位移量,所以

一般设计验算时不使用被动土压力。

图1-7柱的土侧压力计算宽度

图1-7柱的土侧压力计算宽度

4.桩柱式墩台土压力作用宽度确定承受土侧压力的柱式墩台,作用在柱上的土侧压力计算宽度,按下列规定采用(图1-7)。

(1)当l;≤D时,作用在每根柱上的土侧压力计算宽度按下式计算:

(1-17)(1-17)

式中:b——土侧压力计算宽度(m);D——柱的直径或宽度(m);L.——柱间净距(m);n——柱数。

(2)当l>D时,应根据柱的直径或宽度来考虑柱间空隙的折减。当D≤1.0m时,作用在每一柱上的土侧压力宽度的计算式为:

 (1-18) (1-18)

当D>1.0m时,作用在每一柱上的土侧压力宽度的计算式为:(1-19)(1-19)

式中各符号意义同前。

5.压实填土重力的竖向和水平压力强度标准值

竖向压力强度:q.=yh(1-20)

水平压力强度:qh=iyh(1-21)

(1-22)(1-22)

式中:y——土的重度(kN/m2);h——计算截面至路面顶的高度(m);入——侧压系数。(七)水的浮力

水的浮力可按下列规定采用:

(1)基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台,当验算稳定时,应考虑设计水位的浮力;当验算地基应力时,仅考虑最低水位的浮力,或不考虑水的浮力。

(2)基础嵌入不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。

(3)作用在桩基承台底面的浮力,应考虑全部底面积。对桩嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者,不应考虑桩的浮力,在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。

(4)当不能确定地基是否透水时,应以透水或不透水两种情况与其他作用组合,取其最不利者。

(八)流水压力

作用在桥墩上的流水压力标准值的计算式为:(1-23)(1-23)

式中:F——流水压力标准值(kN);

y——水的重度(kN/m3);

v——设计流速(m/s);

A——桥墩阻水面积(m2),计算至一般冲刷线处;

g——重力加速度,g=9.81m/s2;

K——桥墩形状系数,见表1-10。

桥墩形状系数表1-10

桥墩形状系数表1-10

流水压力合力的着力点,假定在设计水位线以下0.3倍水深处。

当流速大于10m/s时,应考虑水流的动力作用因素,即考虑水流的脉动冲击压力。

(九)冰压力

对具有竖向前棱的桥墩,冰压力可按下述规定采用。

(1)冰对桩或墩产生的冰压力标准值的计算式为:

F;=mC,buRk(1-24)

式中:F,——冰压力标准值(kN);

m——桩或墩迎冰面形状系数,可按表1-11取用;

C——冰温系数,可按表1-12取用;

b——桩或墩迎冰面投影宽度(m);

t——计算冰厚(m),可取实际调查的最大冰厚;

R——冰的抗压强度标准值(kN/m2),可取当地冰温0℃时的冰抗压强度;当缺乏实测资料时,对海冰可取Rk=750kN/m2;对河冰,流冰开始时,

R;k=750kN/m2,最高流冰水位时,可取Rk=450kN/m2。

桩或墩迎冰面形状系数m表1-11

桩或墩迎冰面形状系数m表1-11

冰温系数C.表1-12

冰温系数C.表1-12

注:1.表列冰温系数可直线内插。

2.对海冰,冰温取结冰期最低冰温;对河冰,取解冻期最低冰温。

当冰块流向桥轴线的角度9≤80°时,桥墩竖向边缘的冰荷载应乘以sing予以折减。冰压力合力作用在计算结冰水位以下0.3倍冰厚处。

(2)当流冰范围内桥墩有倾斜表面时,冰压力应分解为水平分力和竖向分力。

水平分力:

F;=moC,Ru'tang(1-25)

竖向分力:

F:=Fi/tang(1-26)式中:F;——冰压力的水平分力(kN);F:——冰压力的竖向分力(kN);

β——桥墩倾斜的棱边与水平线的夹角();Rk——冰的抗弯强度标准值(kN/m2),取Rk=0.7Rk;mo——系数,mo=0.2b/t,但不小于1.0。

受冰作用的部位宜采用实体结构。对于具有强烈流冰的河流中的桥墩,应采取必要的防护措施或防撞破冰的保护设施。

(十)温度作用

温度对下部结构产生的作用主要集中在柔性墩上,其影响主要有以下3种。

(1)因年温变化,桥面系发生伸缩变形在柔性墩上产生的温度应力。

(2)因太阳辐射在空心壁板式高墩出现不均匀温度分布时,由于墩壁内外表面温差产生的温度自约束应力和支承约束应力。

(3)寒流降温出现不均匀温度分布时,由于墩壁内外表面产生负温差的温度自约束应力和支承约束应力。

对于中小跨径采用梁墩固结的柔性排架墩,主要是第一种影响。对于应用于大跨径高桥上的空心高墩,则三种影响都要考虑。同时还要考虑由于太阳侧晒,墩身朝阳面与背阴面温差使墩身挠曲而产生的对结构的影响作用。

温度对空心壁板式高墩的作用是比较复杂的,现行《公桥通规》对此还没有具体规定,而其作用影响又普遍认为较大,故设计者应对此予以充分重视。

(十一)支座摩擦阻力

支座摩擦阻力标准值的计算式为:

F=uW(1-27)式中:W——作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应;u——支座的摩擦系数,无实测数据时可按表1-13取用。

支座摩擦系数表1-13

支座摩擦系数表1-13

(十二)船舶或漂流物的撞击作用

位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台,设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用。

其撞击作用标准值可按下列规定采用或计算。

(1)当缺乏实际调查资料时,内河上船舶撞击作用的标准值可按表1-14采用。

内河船舶撞击作用标准值表1-14

内河船舶撞击作用标准值表1-14

四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩,顺桥方向的撞击作用可按表1-14所列数值的50%考虑。

(2)当缺乏实际调查资料时,海轮撞击作用的标准值可按表1-15采用。

海轮撞击作用的标准值 表1-15

海轮撞击作用的标准值 表1-15

(3)可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩,应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥墩的位置和外形、水流流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素,进行桥墩防撞设施的设计。当设有与墩台分开的防撞击的防护结构时,桥墩可不计船舶的撞击作用。

(4)漂流物横桥向撞击力标准值的计算式为:

(1-28)(1-28)

式中:W——漂流物重力(kN),应根据河流中漂流物情况,按实际调查确定;v——水流速度(m/s);

——撞击时间(s),应根据实际资料估计,在无实际资料时,可用1s。

(5)内河船舶的撞击作用点,假定为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或长度的中点。海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点。

对于风荷载、地震作用等的计算,可参考《公桥通规》和《公抗设则》的相关规定。



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