不等跨铁路桥梁重力式矩形桥墩的设计及内力计算 - 图文(4)

兰州交通大学毕业设计（论文）

1. 绪论

1.1 桥梁的组成

桥梁的组成与桥梁的结构体系有关，如图1.1所示，通常由以下各部分组成。

图 1.1 桥梁的基本图式

1.1.1 桥梁的上部结构

上部结构指桥梁位于支座以上的部分，通常包括桥跨结构和桥面构造两大部分。 桥跨结构是直接承受桥面荷载、交通荷载及跨越障碍的肢体架空结构。对桥梁(简支梁、连续梁、悬臂梁)而言，主体结构是梁；对拱桥(实体拱、桁拱)而言，主体结构是拱；对索桥(悬索桥、斜拉桥)而言，主体结构是缆索。

桥面构造是指桥上的附属结构或设施，包括公路桥的行车道辅装，铁路桥的钢轨、轨枕、道床，桥梁的伸缩缝、排水防水系统、人行道、安全带、防护栏、路缘石、栏杆、指示牌、照明系统，以及电气化铁路的输电电缆及电杆等。

1.1.2 桥梁的下部结构

下部结构是指桥梁支座以下的部分，是将上部结构及其承受的交通荷载传至地基的结构物，包括桥墩、桥台以及墩台的基础。桥台设在桥跨结构的两端，桥墩设在桥跨结构的中间。桥台除了支承上部结构和传力之外，还起到将桥梁和路堤衔接并防止路堤下滑和坍塌的作用。为此，通常在桥台周围修建椎体护坡、导流堤等防护设施，以保证迎水部分路堤边坡的稳定，通航河流还常设有防止船只撞击墩台的防撞结构等。

1.1.3 桥梁的支座

桥跨结构与墩、台之间还设置支座。支座的作用是连接桥跨结构和桥梁墩台，它们不仅要能够传递很大的荷载，而且要能使桥跨结构产生所需要的变位，部分支座还兼有减振(震)功能。桥梁支座为上部结构提供约束，因此也可将支座看作是上部结构的一部

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分。

1.2 桥梁墩台

桥墩、桥台为桥梁的下部结构，是桥梁的重要组成部分之一。桥梁墩台的主要作用是承受上部结构传来的荷载，并将其及自身重力传给基础。桥墩支承相邻的两孔桥跨，居于桥梁的中间部位。桥台居于全桥的两端，它的前端支承桥跨，后端与路堤衔接，起着支挡台后路基填土并把桥跨与路连接起来的作用。桥梁墩台除承受上部结构的作用外，桥墩还受到风力、流水压力及可能发生的冰压力、船只和漂浮物的撞击力，桥台还需要承受台背填土及填土上车辆荷载产生的附加侧压力。因此，桥梁墩台不仅本身应具有足够的强度、刚度、稳定性，而且对地基的承载能力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出了一定的要求。

桥梁墩台的结构型式多种多样。随着桥梁建设事业的发展，特别是高等级公路桥梁和城市桥梁的兴起，出现了许多造型新颖、轻巧美观的墩台结构型式。优秀的桥梁设计，往往注重展现下部结构的功能和造型，使上下部就够造型协调一致，互为点缀，达到良好的整体效果。桥梁下部结构的发展方向是轻型、薄壁、造型多样等。

桥墩的常见型式有重力式墩、空心式墩、柔性墩、桩(柱)墩、薄壁墩等。桥台的常见型式有重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台等。

桥梁下部结构的选型应遵循安全耐久，满足交通要求，造价低，养护维修量少，预制施工方便，工期短，与周围环境协调，造型美观的原则。桥梁的墩台设计与结构受力有关，与水文、流速及河床性质有关，也与地质条件有关。桥梁墩台要置于稳定可靠的地基上，并通过设计和计算确定基础形式和埋置深度。

桥梁是一个整体，上、下部结构共同工作、互相影响，在某种情况下，桥梁的下部结构很难与上部结构截然分开，因此，要重视下部结构与上部结构的合理组成。对墩梁固结的刚架桥、预应力混凝土连续刚构桥等，尤其如此。同时，还要求桥梁下部结构的造型与周围的地形、地物条件密切相关，使桥梁整体达到与环境和谐一致的结果。

1.3 重力式桥墩 1.3.1 重力式桥墩的特点

重力式桥墩也称实体式桥墩，它主要靠自身的重力来平衡外来而保持其稳定，因此墩身比较厚实，可以不配钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。重力式桥墩取材方便，施工简易，养护工作量小，对抵制外界不利因素如撞击、侵蚀的能力较强，在中、小跨

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桥梁，尤其是铁路桥梁中常被采用。它的缺点是工程量大、自重大，对地基承载力的要求较高，基础工程量也往往较大。

1.3.2 重力式桥墩的形式

按墩身水平横截面形式的不同，常见的重力式桥墩可分为矩形墩、圆端形墩及圆形墩等。对于跨河桥，在选用桥墩形式时主要考虑水流特性，尽量减少墩旁河床的局部冲刷和水压力，并使水流顺畅通过桥下，在此前提下，应力求节省圬工和施工方便。

(1)矩形墩

矩形桥墩的墩身截面为矩形，如图1.2所示。与其他几种重力式桥墩相比，矩形墩的圬工量最省，外形简单，立模、浇筑等施工也最为方便。但对水流的阻力很大，使水流紊乱，引起桥墩周围河床的局部冲刷较大。因此，矩形墩一般适用于无水或静水处、靠近岸边，以及基础建于完整坚硬的岩层上、桥孔无压缩、水流不急的桥梁。对于高出设计水位部分的桥墩，因对水流无影响，也往往采用矩形截面。

图 1.2 矩形桥墩

(2)圆端形墩

圆端形墩的墩身截面为矩形长边的两端各接一个半圆，如图1.3所示。它对水流阻力和干扰较小，使水流能顺畅通过桥孔，即使水流稍有偏斜，也能顺畅通过，减少了对桥墩周围河床的局部冲刷和水流压力，因此圆端形墩是水中桥墩使用最广泛的一种形式。另外，圆端形墩横桥向长，顺桥向短，对承受船撞击、流水、横向地震等较为有利，但施工较为麻烦。一般用于常年有水河流，并且水流方向与桥轴法线交角小于15°的桥

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梁。

(3)圆形墩

圆形墩的墩身截面为圆形，如图1.4所示。它阻水较小，在各个方向都能适应有水流的情况，不受水流斜交角的限制，适用于河流急弯、流向不固定或与水流斜交角不大于15o的桥梁。由于圆截面的任何一个方向的尺寸都是相同的，不能像其他截面桥墩那样，根据桥墩纵向和横向的不同内力与使用要求在不同方向采用不同的尺寸，这就必然要增大工程量，同时也将增大桥墩的阻水面积。对于曲线桥，圆形桥墩的工程量增加更为突出。因此，对于水流斜交角小于15o的桥梁，不宜采用圆形桥墩。圆形桥墩圬工量较大，若使用混凝土块砌筑建造，费工费时，一般多用混凝土整体浇筑。圆形桥墩采用滑动模板施工较为方便，施工时即使滑模产生扭转，也不影响墩身外形的变化。

图 1.3 圆端形桥墩 图 1.4 圆形桥墩

1.3.3 重力式桥墩的组成

重力式墩有墩帽、墩身和基础三部分组成。如图1.2～1.4所示。 (1)墩帽

墩帽也称之为顶帽，位于桥墩顶部，有飞檐式、托盘式和悬臂式三种。小跨度的钢筋混凝土梁或较矮的桥墩墩身一般采用直坡的矩形或圆端形桥墩，其墩帽一般采用飞檐式，形状随墩身的形状而定。中、大跨度的普通钢筋混凝土、预应力混凝土梁或较高的桥墩墩身一般采用变坡。为了节省桥墩圬工，减轻结构自重，可在墩帽下设置托盘过渡，称为托盘式墩帽，如图2.1所示。但桥面较宽时，让墩帽挑出墩身一定长度，称为悬臂式墩帽，其悬臂长度和宽度根据上部结构的形式、支座的位置及施工荷载的要求确定。

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