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​墩(台)身截面验算

futao 桥梁拆除 2019-04-18 688 0
川渝拆除17713551981

墩(台)身截面验算

根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999)(以下简称为《公结设统标》)的规定,结构设计采用概率极限状态设计原则和分项系数表达的方法。圬工桥涵结构除了按承载能力极限状态进行设计外,并应根据桥涵的结构特点,采取相应的构造措施来保证其

正常使用极限状态的要求。同时为了与其他结构形式保持基本相同的可靠水平,圬工桥涵结构的承载力极限状态,应按表2-5规定的设计安全等级进行设计。

公路圬工桥涵设计安全等级表2-5

公路圬工桥涵设计安全等级表2-5

注:本表所列特大、大、中桥等系指《公桥通规》规定的桥梁、涵洞,按其单跨径分类确定,对多孔不等跨桥梁,以其最多跨径为准。本表冠以“重要”的大桥和小桥,系指高速公路和一级公路上,国防公路上及城市附近交通繁忙公路上的桥。

公路圬工桥涵结构按承载力极限状态设计时,应采用下列表达式:

y0S ≤R(FA,C1)(2-11)

式中:S—一作用效应组合设计值,按《公桥通规》的规定计算;

R(-)——构件承载力设计值函数;

fA——材料强度设计值;

a.——几何参数设计值,可采用几何标准值a,即设计文件规定。

(一)砌体受压构件

砌体(包括砌体与混凝土组合)受压构件,根据《公与桥规》,由表2-6规定的受压偏心距限制范围内的承载力应按下列公式计算:

Y0Na<94f.(2-12)式中:

N.——轴向力设计值;

A——构件截面面积,对于组合截面按强度比换算;

f.——砌体或混凝土轴心抗压强度设计值;对组合截面采用标准层轴心抗压强度设计值;

9——构件轴向力的偏心距e和长细比β对受压构件承载力的影响系数。

受压构件偏心距限值表2-6

受压构件偏心距限值表2-6

砌体偏心受压构件承载力影响系数9,按下列公式计算:


(2-13)(2-13)


(2-14)(2-14)

(2-15)(2-15)

式中:9.、,—一在x、y方向偏心受压构件承载力影响系数;x、y*、y方向截面重心至偏心方向的截面边缘的距离,见图2-64;e.、e.——轴向力在x、y方向的偏心距,e.=M1/N1、e,=M.a/Na,其值不应超过表2-6及图2-64所示在x、y方向的规定值,其中M、Ma分别为绕x轴、y轴的弯矩设计值,Na为轴向力设计值,见图2-65;m——截面形状系数,对于圆形截面取2.5;对于T形或U形截面取3.5;对于箱形截面或矩形截面(包括两端设有曲线形或圆弧形的矩形墩身截面)取8.0;i.、i,—一弯曲平面内的截面回转半径,=、1./A,=、I,/A;1.、J,分别为截面绕x轴和绕y轴的惯性矩,A为截面面积;对于组合截面,A、l、l,应按弹性模量比换算(按《公桥规》计算);对于矩形截面,,=b//12,i=h//12,b、h见图2-65。

—一与砂浆强度等级有关的系数,当砂浆强度等级大于或等于M5或为组合构件时,α为0.002;当砂浆强度为0时,α为0.013;B.、β,——构件在x、y方向长细比对承载力的影响系数,当B,、B,小于3时取3。

图2-64受压构件编心距

图2-64受压构件编心距

图2-65砌体构件偏心受压

图2-65砌体构件偏心受压

N-轴向力;e-保心距;-截面重心至偏心方向截面边缘的距离计算砌体偏心受压构件承载力的影响系数p时,构件长细比B.、B,按下列公式计算:


(2-16)(2-16)


(2-17)(2-17)

式中:ya——不同砌体材料构件的长细比修正系数,按表2-7的规定采用;

LO——构件计算长度,按表2-8的规定采用;

IX.IY——弯曲平面内的截面回转半径,对于等截面构件,见承载力影响系数e的规定;对于变截面构件,可取等代截面回转半径。

长细比修正系数y。表2-7

长细比修正系数y。表2-7

构件计算长度l。表2-8

构件计算长度l。表2-8

注:l为构件支点间长度。

(二)混凝土偏心受压构件

混凝土构件和砌体构件的偏心受压承载力计算,如按弹性状态,两者可采用同一计算方法。如果进入塑性状态,两者并不一致。砌体是由单块石块用砂浆衬垫黏结而成;混凝土则相对来讲较为匀质,其整体性较好。所以在塑性状态砌体的承载力计算公式不可应用于混凝土结构

混凝土偏心受压构件,在规定的受压偏心距限值范围内,当按受压承载力计算时,假定受压区的法向应力图形为矩形,其应力取混凝土抗压强度设计值,此时,取轴向力作用点与受压区法向应力的合力作用点相重合的原则[图2-66a)]确定受压区面积A.,受压承载力应按下列公式计算:

Y0N%≤fa4.(2-18)

a)单向偏心受压

a)单向偏心受压

b)双向偏心受压

b)双向偏心受压

图2-66混凝土构件偏心受压

1-受压区重心(法向压应力合力作用点);2-截面重心轴;e-单向偏心受压偏心距;。-单向偏心受压法向应力合力作用点距重心轴距离;“,-双向偏心受压在x方向、y方向的偏心距;0。、“一双向偏心受压法向应力合力作用点,在x方向的偏心距;A。-受压区面积;1。b。-矩形截面受压区高度、宽度

1.单向偏心受压

受压区高度h。应按下列条件确定[图2-66a)]:

矩形截面的受压承载力可按下列公式计算:

yoN.≤f.b(h-2e)(2-20)式中:N,一轴向力设计值;

——弯曲平面内轴心受压构件弯曲系数,按表2-9采用;fa——混凝土轴心抗压强度设计值,按《公与桥规》表3.3.2的规定采用;e.——受压区混凝土法向应力合力作用点至截面重心的距离;e——轴向力的偏心距;b——矩形截面的宽度;h——矩形截面的高度。

当构件弯曲平面外长细比大于弯曲平面内长细比时,尚应按轴心受压构件验算其承载力。

混凝土轴心受压构件弯曲系数表2-9

混凝土轴心受压构件弯曲系数表2-9

注:1.。为计算长度。

2.在计算0/b或l。i时,b或;的取值:对于单向偏心受压构件,取弯曲平面内截面高度或回转半径;对于轴心受压构件及双向偏心受压构件,取截面短边尺寸或截面最小回转半径。

2.双向偏心受压

受压区高度和宽度,应按图2-66b)确定下列条件:

ey=e,

(2-22)矩形截面的偏心受压承载力可按下列公式计算:

YoN.≤efa[(h-2e,)(6-2e-)](2-23)式中:p——轴心受压构件弯曲系数,见表2-9;e。—受压区混凝土法向应力合力作用点在y轴方向至截面重心距离;e。——受压区混凝土法向应力合力作用点在x轴方向至截面重心距离;e,——轴向力y轴方向的偏心距;e,——轴向力x轴方向的偏心距。

当轴向力的偏心距e超过表2-6偏心距限值时,构件承载力应按下列公式计算:

单向偏心

(2-24)(2-24)双向偏心

(2-25)(2-25)式中:.—一轴向力设计值;A——构件截面面积,对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面面积;W—单向偏心时,构件受拉边缘的弹性抵抗弯矩,对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面弹性抵抗矩;W、W一—双向偏心时,构件x方向受拉边缘绕y轴的截面弹性抵抗矩和构件y方向受拉边缘绕x轴的截面弹性抵抗矩,对于组合截面应按弹性模量比换算为换算截面弹性

抵抗矩;fad——构件受拉边层的弯曲抗拉强度设计值,按《公与桥规》表3.3.2、表3.3.3-4和表

3.3.4-3采用;e——单向偏心时,轴向力偏心距;e-、e,——双向偏心时,轴向力在x方向和y方向的偏心距;

9——砌体偏心受压构件承载力影响系数或混凝土轴心受压构件弯曲系数,意义同前。

按弹性模量比换算截面面积、弹性抵抗矩(或惯性矩),可参见《公桥坛规》第4.0.6条的规定。

桥梁墩台身强度验算截面位置,常选取墩台身截面突变处和墩台身与基础界面处,采用悬臂式墩台帽的墩台身,还应对与墩台帽交界的墩台身截面进行验算。当桥墩较高时,由于危险截面不一定是在墩身底部,需沿墩身每隔2~3m选取一个验算截面。

(三)偏心距限值规定

偏心距限值的制定是考虑承载力极限状态。当偏心距较小时,由于圬工的弹塑性性能,截面应力呈曲线分布,但全截面受压。当偏心距增大时,截面上离轴向力较远一侧边缘的应力减小,且由受压逐步过渡到受拉;在近轴向力侧边缘,则压应力有所提高;当受拉边缘的应力大于圬工的弯曲抗拉强度时,将产生裂隙。随着裂隙的开展,受压面积逐渐减小,荷载对实际受压面积的偏心距也逐渐减小,使该受压部分具有局部受压性质,此时承载力有所提高。《公结设统标》5.1.5条规定轴向力偏心距不应超过0.6y(y为单偏心时截面重心至偏心方向截面边缘距离,以下相同)。

圬工结构容许出现裂缝,但裂缝宽度应予控制。正常使用极限状态采用荷载标准值,其值均为极限荷载的0.5~0.6倍,所以当等于极限荷载的0.5~0.6倍时出现裂缝的偏心距,作为偏心距的限制。从抗压强度、裂缝、截面稳定三个方面综合考虑。表2-6的偏心距限值是合适的,并规定如下两点:

(1)混凝土结构单向偏心的受拉一边或双向偏心的各受拉一边,当设有不小于截面面积0.05%的纵向钢筋时,表内规定值可增加0.1s。

(2)表中s值为截面或换算截面重心至偏心方向截面边缘的距离(图2-64)。

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