不等跨铁路桥梁重力式矩形桥墩的设计及内力计算 - 图文(9)

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表 3.1 桥墩风载体型系数K1 截面形状 v风 ???长宽比值 圆形截面 / 体型系数K1 0.8 v风 ???与风向平行的正方形截面 / 1.4 v风???短边迎风的矩形截面 l/b?1.5 l/b＞1.5 1.2 0.9 v风 ???长边迎风的矩形截面 l/b?1.5 l/b＞1.5 1.4 1.3 v风???短边迎风风圆端形截面 l/b?1.5 0.3 v风??? 长边迎风的圆端形截面 l/b?1.5 l/b＞1.5 0.8 1.1 表 3.2 风压高度变化系数K2 离地面或常水位高度(m) ≤20 K2 30 1.13 40 1.22 50 1.30 60 1.37 70 1.42 80 1.47 90 1.52 100 1.56 1.00 表 3.3 地形、地理条件系数K3 地形、地理情况 一般平坦空旷地区 城市、林区盆地和有障碍物挡风时 山岭峡谷、垭口、风口区、湖面和水库 特殊风口区

K3 1.0 0.85～0.90 1.15～1.30 按实际调查或观测资料计算 16

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计算风力时，应注意下列规定：

(1)桥上有车时风荷载强度，规定按式W?K1?K2?K3?W0算得的W的80%计(约相当于频率为1/30的风压强度)，并不大于1250 Pa。在按标准设计中，风荷载强度在有车时采用W?K1?K2?800 Pa，并不大于1250 Pa；无车时采用W?K1?K2?1400 Pa。

(2)列车的受风面积按3 m高的长方带计算，其作用点在轨顶以上2 m处。列车不计纵向风力。

(3)实体墩及桥面横向受风面积，按其桥跨横向受风轮廓面积计算，即梁底至轨顶的高度与左右两孔桥跨中线所围成的面积，桁架梁的横向受风面积，按桁架理论轮廓面积（桁架弦杆重心线间的面积）的0.4倍计算。对于下承桁架在计算有车横向风力时，列车受风面积应扣除列车高度范围内被梁部遮挡的部分。各类上承式梁及桥面的纵向风力，因受相邻梁及桥台的阻挡可不计算。列车的纵向受风面积很小，亦可不计。下承桁架的纵向风力按其所受横向风力的40%计算。

(4)实体桥墩分别按纵向及横向轮廓面积计算纵向风力及横向风力。 ③流水压力

位于水中的桥墩，其上游迎水面因受到流水冲击影响而产生流水压力，流水压力

P(kN)与水流速度和桥墩平面形状有关，可按下式计算：

P?KA?wv22gn

式中 A——桥墩阻水面积(m2),通常自计算水位算至一般冲刷线处(图3.2)；

?w——水的重度，一般采用10 kN/m3；

gn——标准自由落体加速度(m/s2)；

v——计算时采用的水流流速(m/s)，检算稳定性时用设计频率水位的流速；检

算基底应力或基底偏心时用常水位的流速；

K——试验测得的桥墩形状系数，其值可根据桥墩截面形状按表3.4采用。

表 3.4 桥墩形状系数K值

桥墩截面形状 K值 方形 1.47 矩形(长边与水流平行 1.33 圆形 0.73 尖端形 0.67 圆端形 0.60 流水压力的分布可假定为倒三角形(因水流速度是近似地随水深呈三角形分布)，其作用点在计算是采用水位线以下1/3水深处。

(4)偶然荷载：地震力、船舶或漂浮物撞击力及施工临时荷载。

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图 3.2 桥墩阻水面积

3.2 荷载组合

桥墩荷载组合可分为主要荷载组合与附加荷载组合两种。主要荷载组合由经常出现的荷载组成，即由恒载、活载(包括冲击力和离心力)、人群荷载及活载引起的土侧压力等组成；附加组合则由主要组合中的一种或几种与可能同时作用的一种或几种其他荷载和外来组成，或是由恒载与活载组成，或根据施工时的受力条件进行施工荷载组合。

为使设计比较合理并切合实际情况，在验算墩台和基础时，在荷载的附加组合中有些荷载不需要同时考虑。

3.2.1 桥墩计算的几种常见的荷载组合

根据各种荷载发生的几率不同，对于桥墩计算，可能同时出现的荷载有以下几种组合情况：

(1)主力组合，即同时出现的主力之间的组合。

(2)主力加附加力的组合。由于附加力时不经常出现的荷载，所有附加力同时出现并达到最大值的机会极少或几乎不可能，故《铁路桥涵设计基本规范》规定，主力加附加力组合只考虑主力加一个方向（纵向或横向）的附加力组合。例如考虑纵向制动力和纵向风力与主力的组合时，就不考虑横向风力和横向流水压力；反之，考虑横向风力和横向流水压力与主力组合时就不考虑纵向 制动力和纵向风力。

(3)主力加特殊荷载的组合（即主力与某一特殊荷载的组合）。特殊荷载是某一特定条件下出现的荷载，它与各种附加力同时出现的机会也极少和几乎不可能。故荷载组合中，只考虑主力加某一特殊荷载的组合而不再考虑附加力。

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3.2.2 最不利荷载组合的分析

铁路桥梁的各种荷载中，对荷载组合起控制作用的是活载。活载的大小和位置（即加载图式）不仅影响到竖向力，且伴生有制动力（或牵引力）、横向摇摆力，在曲线上还有离心力。因此活载的加载图式对分析各检算项目的最不利荷载组合起控制性作用。例如检算墩身的合力偏心距，应选用竖向力较小，而力矩相对较大的加载图式；检算墩身应力，应选用竖向力和力矩都较大的加载图式。

根据大量设计经验得知，不同活载加载图式，对墩身的不同检算项目起控制作用： (1)单孔轻载的竖向力N为最小，纵向力矩My又较大，往往是桥墩纵向合力偏心距的控制荷载；又直线上桥墩当截面合力偏心距较大时，按应力重分布计算，还可能出现最大压应力。

(2)单孔重载或双孔重载的My或N都较大，对直线桥墩的截面压应力、受压稳定、墩顶纵向弹性水平位移的检算，常识最不利的。

(3)双孔重载的支点反力和离心力都是最大值，因此计算截面的N、横向力矩Mx也最大，它常成为曲线上桥墩截面合力偏心距、压应力、受压稳定及墩顶位移检算的最不利活载图式。

再从主力和主加附两种荷载组合分析，可明显看出主加附在结构中产生的内力和应力，要比主力组合大。但是，由于主加附出现的几率比主力组合要小，因而对材料的容许应力和结构的安全系数取不同的数值（主加附时容许应力提高30%），故不能仅凭哪一种荷载组合的荷载（或应力）大小作为判别的根据。但设计经验表明，在考虑特殊荷载的情况下，主力组合一般不控制设计，而是由主力加附加力控制。

表3.5为根据桥墩设计经验提供的墩身检算常用荷载组合，可供桥墩检算时参考。

表 3.5 等跨桥墩检算常用荷载组合表

桥墩类型 桥上线路 纵向 单孔轻载(竖直线 矩形桥墩 曲线 主+纵附) +横主+横附) 主+纵附) 单孔轻载(竖双孔重载(竖主不必检算 双孔重载(竖主+横主+横附) 主+纵附) 主 +横附) 不控制 不控制 纵附) 主+纵附) 单孔轻载(竖双孔重载(竖截面合力偏心 压应力及受压弯曲稳定 横向 斜向 单孔重载或双孔重载(竖主+纵向 单孔轻载(竖不控制 横向 墩顶弹性水平位移 圆形直线 桥墩单孔轻载(竖不控制 主+纵附) 不控制 单孔重载或双孔重载(竖主+纵附) 单孔轻载(竖不控制 主+纵附)

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圆形曲线 桥墩 单孔轻载(竖圆端形桥单孔轻载(竖墩 曲线 主+纵附) +横主+横附) +横主+横附) 纵附) 主+纵附) 主 +横附) 双孔重载(竖主双孔重载(竖主单孔重载或双孔重载(竖主+单孔轻载(竖双孔重载(竖直线 主+纵附) 不控制 不控制 双孔重载(竖主 +横附) 主+纵附) 不控制 +横主+横附) 双孔重载(竖主不控制 双孔重载(竖主+横主+横附) 主+纵附) 单孔轻载(竖不控制 主 +横附) 单孔轻载(竖双孔重载(竖3.2.3 荷载组合的有关规定

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