1、核准通过，归档资料。未经允许，请勿外传！核准通过，归档资料。未经允许，请勿外传！兰州交通大学毕业设计（论文）任务书课题 不等跨铁路桥梁重力式矩形桥墩内力计算及设计姓名 专业 工程力学 班级9JWKffwvG#tYM*Jg hole light load, heavy duty hole, double overloaded static vertical live load; braking force (or traction) and additional vertical wind force. To make the design more reasonable and realist
2、ic, first determine the gravity of rectangular piers linear case Computation of load combinations, and then segmented pier, using heavy-duty or heavy duty hole plus additional longitudinal force in combination with two holes carried pier pressure stability and pier section strength check calculation
3、, plus additional longitudinal hole light load combinations pier eccentric force seized count.After checking, checking all meet the requirement.Keywords: gravity rectangular piers; load calculation; load combinations; pier seized count目录1. 绪论 11.1 桥梁的组成 .11.1.1 桥梁的上部结构 .11.1.2 桥梁的下部结构 .11.1.3 桥梁的支座
4、.11.2 桥梁墩台 .21.3 重力式桥墩 .21.3.1 重力式桥墩的特点 .21.3.2 重力式桥墩的形式 .31.3.3 重力式桥墩的组成 .41.4 桥墩的设计步骤与内容 .62. 桥墩的尺寸拟定 72.1 墩帽尺寸的拟定 .72.1.1 墩帽的厚度 .72.1.2 墩帽的平面尺寸 .72.1.3 托盘 .82.1.4 墩帽设计 .92.2 墩身尺寸的拟定 .102.2.1 墩身设计 .113. 荷载的种类与组合 123.1 荷载种类 .123.1.1 永久荷载(恒载) 123.1.2 可变荷载 .123.2 荷载组合 .183.2.1 桥墩计算的几种常见的荷载组合 .183.2.2
5、 最不利荷载组合的分析 .193.2.3 荷载组合的有关规定 .203.3 设计资料 .203.4 荷载计算 .213.4.1 恒载计算 .213.4.2 竖向静活载 .223.4.3 制动力(牵引力) 253.4.4 纵向风力 .274. 重力式矩形桥墩的检算 294.1 墩身检算内容 .294.1.1 墩身受压稳定性检算 .294.1.2 墩身截面强度检算 .314.1.3 墩身截面偏心检算 .364.1.4 墩顶位移检算 .374.2 墩身截面检算 .384.2.1 整体纵向稳定性检算 .384.2.2 强度检算 404.2.3 合力偏心检算 .424.2.4 检算小结 .42结论 .4
6、3致谢 .44主要参考文献 .451. 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
7、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
8、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
9、，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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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 1.21.4 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
15、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。悬臂的受力钢筋可按悬臂梁受力图式经过计算确定，一般要求悬臂式墩帽的混凝土强度等级较高。墩帽有两个作用：一，墩帽上要安放桥梁支座，直接支承桥跨结构，因而要承受很大的支撑反力并将桥跨结构传来的集中力均匀地分散到墩身，所以必须具有一定的厚度；二，墩帽要为架桥施工和养护维修提供必要的工作面。因此， 铁路桥涵设计基本规范规定：墩帽应采用不低于 C30 的混凝土，厚度不小于 0.4 m，一般要求设置两层钢筋网，其钢筋直径为 10 mm，间距为 0.2 m。但对单线、等跨、跨度不大于 16
16、m 的钢筋混凝土梁的实体墩墩帽，有下列情况之一时，也可不设置墩帽钢筋：一，无支座时；二，当地气象条件不会使墩帽受到冻害影响，且墩帽与墩身为整体灌注，墩帽不带托盘，厚度等于或大于 0.6 m 时。 墩帽顶面要设置不小于 3%的排水坡(无支座的可以不设)及安置支座的支承垫石平台，垫石内应铺设一至二层钢筋网，钢筋直径为 10 mm，间距为 100 mm。垫石顶面要高出排水坡的上棱。设置平板支座的墩帽，宜将垫石加高 100 mm，以便维修支座；设置弧形支座的墩帽(配合跨度为 1016 m 的钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁)，宜将垫石加高 200 mm，以满足顶梁是能在墩帽和梁底之间安放千斤顶。为在垫石内
17、安放固定支座底板的支座锚固螺栓，通常在施工时先按设计要求预留锚栓孔位置，架梁时再埋入支座锚固螺栓并将其固定。对于托盘式墩帽，在施工时托盘颈缩处往往成为施工裂缝，故应在托盘与墩身的连接处沿周边布置直径诶 10 mm、间距为 200 mm 的竖向加强短钢筋。托盘及设置短钢筋的墩身部分一般要采用不低于 C30 的混凝土。必须指出，托盘式顶帽墩身的圬工量虽然增加不多，但当桥墩较矮时，不太美观。在地震区，一般不采用托盘式顶帽，因颈缩处形成一薄弱断面，对抗震性能不利。(2)墩身墩身用来承受墩帽传来的荷载，并把荷载传递到基础中去。由于墩身个截面的内力是自墩身顶部起向下逐渐增大的，为了使各截面的受力均匀，一般
18、都是顶部尺寸较小，底部尺寸较大。因此，墩身的纵、横两个方向一般均做成斜坡。高度不大的桥墩，可以做成直坡。高度很大的桥墩，也可以分段做成台阶状。实体墩身可根据材料供应情况采用混凝土或石砌圬工。为保证桥墩结构的耐久性，混凝土强度等级应不低于 C30；石砌圬工的水泥砂浆强度等级不低于 M10；石料强度等级应不低于 MU50。为了节约水泥，在整体灌注混凝土墩身时，可掺用不超过总体积 20%的片石 (片石是用爆破方法开采的形状不规则的石块，石块中部最小厚度一般不应小于 0.15 m)做成所谓的片石混凝土；墩身也可以用浆砌片石或浆砌块石(块石多自成层岩中开采，也可自片石中挑选加工，块石外形大致方正，厚度不
19、小于 0.2 m，长度不小于厚度)。浆砌片石桥墩高度不宜大于 20 m，当高度超过 15 m 时，应在墩身中部用整齐块石砌一垫层或灌注一层混凝土，其厚度为 0.61.0 m。浆砌块石桥墩高度一般不宜大于 2430 m。为使石砌桥墩尺寸整齐，坚固美观，其外露面应以尺寸较大、外面较平整的石块镶面并勾缝。墩高(支承垫石至其顶) 6 m 时可用片石镶面；墩高H 6 m 应全部用块石镶面。H1.4 桥墩的设计步骤与内容梁桥桥墩的设计过程是：首先选定桥墩形式及拟定各部分尺寸，然后确定各项外力并进行最不利荷载组合，计算各截面的内力，进行配筋(需要配筋时)设计，选取验算截面并进行验算。梁桥桥墩各部分详细尺寸的
20、拟定，根据具体情况可采用标准设计图纸，也可通过力学计算确定。梁桥桥墩计算的目的在于确定经济合理的尺寸，并保证其在施工和使用阶段的安全。一般梁桥桥墩应满足两个方面的要求：一是桥墩本身应具有足够的强度和稳定性，并且不出现过大的开裂和其他变形；二是桥墩作为一个整体，不致发生超出容许的变位。此外，对于较高的墩台，需限制墩顶水平位移不超限。为了确保桥墩满足上述要求，应对桥墩进行下列项目的检算：(1)墩身受压稳定性检算；(2)墩顶截面强度检算；(3)墩身截面偏心检算；(4)墩顶弹性水平位移检算；(5)地基承载力、稳定性和基底沉降检算。圬工结构的设计理论主要有容许应力法和极限状态法，目前铁路规范采用容许应力
21、法。容许应力法的荷载组合值采用使用荷载直接相加，其检算式表现为应力形式；极限状态法的荷载组合值则采用考虑分析安全系数的组合计算式，其检算式表现为荷载效应的形式。除此之外，还应结合施工情况进行必要的检算。如拱桥在施工过程中可能产生的单向水平推力，可使砌体强度和基底土的承载能力提高，使倾覆和滑动稳定性系数降低。2. 桥墩的尺寸拟定2.1 墩帽尺寸的拟定2.1.1 墩帽的厚度一般有支座的墩帽厚度都采 0.5 m(因顶梁或维修需要的支承垫石加高部分不包括在内)；无支座的墩帽厚度可采用 0.4 m。2.1.2 墩帽的平面尺寸支座底板的尺寸及位置是决定墩帽平面尺寸的主要依据。为此，应首先搞清楚梁的跨度、梁
22、全长、梁梗中心线位置、支座底板尺寸及梁端缝隙的大小。此外，决定顶帽的平面尺寸时，还要考虑架梁和养护时移梁、顶梁的需要。墩帽纵向宽度 如图 2.1 所示，可写为C 2 2 20c13c4式中 考虑梁及墩台的施工误差设置的梁缝，对钢筋混凝土或预应力混凝土简0c支梁，当跨度 16 m 时， =60 mm； 20 m 时，c 0=100 mm；L0L支座中心至梁端的长度；1支座底板的纵向宽度，根据梁的资料确定；2c支座底板边缘至支承垫石边缘的距离，一般为 0.150.2 m，它是为了调3整施工误差和防止支承垫石表面劈裂或支座锚栓松动所需的距离；支承垫石边缘至墩帽边缘的距离，用以满足顶梁施工的需要，当跨
23、度4c8 m， =0.15 m；8 m 20 m 时， =0.25 m； 20 m 时，L4cL4cL=0.4 m。4矩形墩帽的横向尺寸 如图 2.1 所示，可写为B 2 25c34c式中 梁梗中心横向间距，采用标准设计的桥跨时， 值可自梁的技术参考表5c 5中查出；支座底板的横向宽度；2支承垫石边缘至墩帽边缘的横向距离，为了养护及架梁作业的需要，矩4c形墩帽的 不应小于 0.5 m；圆端形墩帽支承垫石角至墩帽最近边缘的4c最小距离与纵向 相同。对于分片式钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁分片架立时，考虑到第一片梁横向移梁的需要及保证施工、养护人员的安全作业，墩帽横向宽度一般应采用下列数值：跨度 8
24、 m 时不小于 4 m；L跨度 8 m 20 m 时不小于 5 m；跨度 20 m 时不小于 6 m。2.1.3 托盘在墩帽纵、横向尺寸较大时，为使墩身尺寸不致因此过分增大而多用圬工，常在墩帽下设置托盘将纵、横向尺寸适当收缩，一般在横向收缩较多，纵向不收缩或少收缩。托盘顶面的形状与桥墩截面形状有关，如矩形截面桥墩的托盘顶面仍是矩形，而圆形、圆端形桥墩则为圆端形。托盘顶面纵、横向尺寸就等于墩帽纵、横向尺寸减去两边飞檐的宽度。托盘底面与墩身相接，其形状与墩身截面相同。为保证悬出部分的安全， 铁路桥涵设计基本规范规定：托盘底面横向宽度不宜小于支座下底板外缘的间距；托盘侧面与竖直线间的 角不得大于 4
25、5；支承垫石向边缘外侧 0.5 处墩帽底缘点的竖向线与该底缘点同托盘底部边缘处的连续夹角 不得大于 30，如图 2.1 所示。图 2.1 托盘式墩帽尺寸拟定2.1.4 墩帽设计(1)横向尺寸按照上部结构的布置，以及墩帽横向宽度一般应用为当跨度 20 m 时不小于 6 Lm，则 2 2 = =6 mB5c34c3.12.08.其中为了调整施工误差和防止支承垫石表面劈裂或支座锚栓松动所需的距离，支承底板边缘至支承垫石边缘的距离 采用 20 cm；为了养护及架梁作业的需要，支承垫3石边缘至墩帽边缘的横向距离 采用 130 cm。4c(2)纵向尺寸 2 2 2 = =2.7 mC0c134 4.02.
26、6.0321.0其中对于跨度 20 m 时，因梁和墩台的施工误差，梁缝 采用 10 cm；由跨度L c和梁的全长可知，支座中心至梁端的长度 为 30 cm；为满足顶梁施工的需要，当跨度1c20 m 时，支承垫石边缘至墩帽边缘的距离 采用 40 cm。L 4根据梁的高跨比，一般选用分片式 T 型梁，按照道碴桥面道碴槽不宜小于 3.9 m，横桥向轨枕长 2.6m，桥上设置双侧人行道及栏杆的要求，梁梗中心横向间距 采用 2.2 5cm；支座底板的纵向 和横向宽度 根据梁的尺寸分别设置为 60 cm 和 80 cm。2c2c有支座墩帽厚度采用 0.5m。图 2.2 托盘式墩帽尺寸（单位：mm ）(3)
27、托盘尺寸纵向和横向两边的飞檐各采用 20 cm，则托盘顶面的纵向和横向尺寸分别为 5.6 m和 2.3 m；托盘纵向尺寸不收缩，横向尺寸进行收缩，按照铁路桥涵设计基本规范规定设计，托盘底面横向尺寸采用 3.6 m。托盘高度采用 1.5m。托盘式墩帽尺寸如图 2.2 所示。2.2 墩身尺寸的拟定采用托盘式墩帽时，墩身顶面尺寸就是托盘底部的尺寸，采用飞檐式墩帽时，墩身顶面尺寸就是墩帽纵、横向尺寸减去两边飞檐的宽度，如图 2.3 所示。墩身坡度一般用 ：1(竖：横)表示， 愈大，坡度愈陡； 愈小，坡度愈缓。当nnn墩身较低时(约在 6 m 以内)，其墩顶及墩底受力相差不大，为了施工方便，可设直坡。墩
28、身较高时，墩身的纵、横两个方向均做成斜坡，坡度不缓于 20:1，具体数值应根据墩身的受力要求由试算决定。墩身高根据墩顶标高(由轨底标高减去梁在墩台顶处的建筑高度和墩帽高度求得)和基底埋置深度、基础厚度来确定。墩身底部尺寸可根据：(墩身顶部尺寸2 墩身高)来确定。n1图 2.3 墩身尺寸拟定2.2.1 墩身设计墩身的顶面尺寸即为托盘的底面尺寸，则墩身的纵向尺寸为 2.3 m，横向尺寸为5.6 m；墩身的纵向侧面按 55:1 向下放坡，则墩身底面纵向宽度为 3.03 m；墩身的横向侧面按 60:1 向下放坡，则墩身底面横向宽度为 4.27 m。根据以上设计，桥墩各细部尺寸如图 2.4 所示。图 2
29、.4 桥墩尺寸（单位：mm ）3. 荷载的种类与组合3.1 荷载种类3.1.1 永久荷载(恒载)(1)结构自重：经由支座传来的恒载力(包括梁、线路设备、道碴或辅装层及人行道自重)，桥墩自重(包括顶帽重、墩身重、基础襟边上的土重)，上部结构的混凝土收缩及徐变得影响。桥跨自重。桥跨自重包括梁和支座、桥面及人行道的重量。梁及支座重可从选用桥跨标准图中查得。桥面及人行道重量按铁路桥涵设计基本规范规定为：直线上双侧人行道铺设木步行板时采用 8 kN/m；铺设钢筋混凝土或钢步行板时采用 10 kN/m。桥墩上所受桥跨自重压力等于相邻两桥跨通过支座传来的自重压力之和，等跨时传来的桥跨自重压力作用在桥墩中心线
30、上。桥墩自重。计算桥墩自重时，常将桥墩分成许多简单的块体分别计算，最后求和。各种材料重度统一按如下数值采用：钢筋混凝土(配筋率在 3%以内)25 kN/m3，混凝土、片石混凝土、浆砌块石 23 kN/m3，浆砌片石 22 kN/m3。(2)水浮力：水中桥墩位于碎石类土、砂类土、粘砂土等透水地基时，基底作用水浮力。当检算桥墩稳定时，应考虑设计频率水位的水浮力；而计算基底强度或基底偏心时，应考虑水位的水浮力，此时应考虑襟边上的土柱浮重(若为地下水时，水位以下为浮重，水位以上采用天然容重)。位于粘性土层上和岩石(破碎、裂隙严重者除外)上的基础，当基础用混凝土与地基接触良好不透水时，可不考虑水浮力，当
31、应考虑襟边上土柱浮力及水柱重。当不确定是否存在水浮力时，应按最不利情况考虑。(3)基础变位影响力：对于非岩石地基上的超静定结构，应当考虑由于地基沉降引起的支座长期变位的影响。3.1.2 可变荷载(1)活载：作用在上部结构的列车或汽车荷载，对于钢筋混凝土柱式等轻型桥墩应计入冲击力，对于重力式墩台则不计入冲击力。我国客货共线铁路标准活载采用“中活载” 。列车活载通过桥跨以支座反力的方式传给桥墩，由于桥跨傻瓜列车活载位置不断变化，传给桥墩的压力和影响也不同。设计桥墩时，活载的布置应使桥墩处于最不利的受力状态。根据设计经验，检算中常用的活载加载图式有单孔重载、单孔轻载、双孔重载及双孔空车等，如图 3.
32、1 所示。单孔重载(或称一孔重载)仅在一孔梁上布满活载，并使五个集中荷载位于所需要检算桥墩的一侧。这种加载图式能对桥墩产生最大的竖向偏心压力和较大的纵向水平力(牵引力)，因此竖向力、弯矩都较大，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以及基底压应力验算可能是最不利的。单孔轻载(或称一孔轻载)也是在一孔梁上布满活载，但五个集中荷载位于检算墩上梁的另一端。这种加载图式对桥墩的竖向偏心压力较一孔重载为小，而纵向水平力(制动力)大小与一孔重载相同，弯矩较大，往往是桥墩纵向合力偏心距的控制荷载。直线上桥墩当截面合力偏心距较大时，按应力重分布计算，可能出现最大应力。双孔重载在检算桥墩相邻的两
33、孔梁上都布置活载，要求使桥墩上两个支座反力之和达到最大值。由结构力学原理可知，如果相邻两孔梁的跨度分别为 和 ，两孔梁上静活载1L2分别为 和 ，则当 时，检算墩的支座反力之和为最大。由此可求得1G2 21/LG加载图式中的 值(即活载在梁上的加载位置)。双孔重载的支反力和离心力都是最大x值，因此计算截面的竖向力与弯矩也最大，它是曲线上桥墩截面横向的合力偏心距、压应力、受压稳定、基底压应力以及墩顶横向弹性水平位移验算的最不利活载组合。双孔空车在验算桥墩的相邻两孔梁上均布满空车活载，按 10 kN/m 计。这种加载图式对实体式桥墩一般检算不控制，但当同时考虑横向风力等横向力作用下的桥墩横向稳定性
34、时可能起控制作用。图 3.1 检算桥墩的加载图式(2)由活载引起的离心力、制动力(或牵引力)、风力、流水压力、冰压力、温度力、支座摩擦力及人群荷载等。制动力或牵引力。桥跨上活载的制动力或牵引力，由车轮传给钢轨，再由钢轨传给梁，再通过梁的支座传给墩台。当支座类型不同时，传递的纵向水平力就不同。简支梁通过各类支座传给桥墩的制动力(或牵引力)按铁路桥涵设计基本规范规定为：(1)通过固定支座为全孔的 100%；(2)通过滑动支座为全孔的 50%；(3)通过滚动支座为全孔的 25%；一个桥墩上通常设置相邻两孔梁的支座，其一为固定支座，另一位活动支座。两孔梁通过支座传给桥墩的制动力，可按上列百分数计算后相
35、加求得。但为了避免出现过大的不合理的计算值，规定两孔梁传来制动力之和( )，不得大于其中一孔梁(如为tP不等跨，应取大跨梁)满布最大活载时由固定支座传来的制动力( )。因此，在双孔maxt重载情况下桥墩的制动力为=0.1 100%0.1 50%(或 25%)tP1G2 axt如 ，应采用 。tPmaxt maxt梁上制动力作用在轨顶以上 2 m，计算桥墩时，为简化计算， 铁路桥涵设计基本规范规定：可将桥跨上的制动力移至支座铰中兴处，并不计因移动力的作用点而产生的对支座的竖向力或力矩。因此，计算制动力对桥墩检算截面的制动力矩时，就等于桥墩上的制动力乘以该检算截面至支座中心的距离。至于制动力或牵引
36、力的方向则应使其产生的力矩与活载压力偏心力矩的方向相同，使之在检算截面产生较大的弯矩。应该指出，由于桥上线路上部建筑的连续性和活动支座纵向并不很“活动” ，所以不能认为桥上某一孔梁上的制动力仅传递至两相邻的桥墩上，而应从全桥(包括线路上部的建筑、梁、支座、桥墩台和桥头路基)整体分析其制动力的传递和分配。对某一桥墩而言，也是在该墩邻近多孔梁上布置有活载时才有可能出现最大制动力。因此，对桥墩设计影响较大的制动力的传递与分别配规律，还需要进行进一步的研究。风力风力是作用在受风物体上的水平力，它的大小可按其所受的风荷载强度 (Pa)乘W受风面积(m 2)求得。用 表示风力，则其值为：wP(N)WAw风
37、力为水平力，其方向可以垂直于线路(横风)，也可以平行于线路(纵风)，作用点为受风面积的形心。作用与桥梁上的风荷载强度与风速大小、受风建筑物的高度和形状及当地地形地貌有关。 铁路桥涵设计基本规范规定：当桥上无车时，作用于桥上的风荷载强度 W 按下式计算： 0321WK式中 基本风压值(Pa)，可按 计算，其中 (以 m/s 计)为一般平坦0 06.vv空旷地区离地面 20 m 高度处频率为 100 年一遇的 10 min 平均最大风速，一般情况下， 可从铁路桥涵设计基本规范中所列的“全国基本0风压分布图”上查得；风载体型系数，见表 3.1，其他构件为 1.3；1K风压高度变化系数，按表 3.2
38、采用，风压随离地面或常水位的高度而不2同，除特殊高墩个别计算外，为简化计算，全桥均按轨顶高度处的风压值采用；地形、地理条件系数，按表 3.3 采用。3K表 3.1 桥墩风载体型系数 1K截面形状 长宽比值 体型系数 1K 风v 圆形截面 / 0.8 风v 与风向平行的正方形截面 / 1.45.1/bl1.2 风v 短边迎风的矩形截面 0.95.1/bl1.4 风v 长边迎风的矩形截面 1.3 风v短边迎风风圆端形截面 5.1/bl 0.35.1/bl0.8 风v 长边迎风的圆端形截面 1.1表 3.2 风压高度变化系数 2K离地面或常水位高度(m) 20 30 40 50 60 70 80 9
39、0 1002K1.00 1.13 1.22 1.30 1.37 1.42 1.47 1.52 1.56表 3.3 地形、地理条件系数 3地形、地理情况 3K一般平坦空旷地区 1.0城市、林区盆地和有障碍物挡风时 0.850.90山岭峡谷、垭口、风口区、湖面和水库 1.151.30特殊风口区 按实际调查或观测资料计算计算风力时，应注意下列规定：(1)桥上有车时风荷载强度，规定按式 算得的 的 80%计(约0321WK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 800 Pa，并不大于 1250 Pa；无车时采用 1400 21KW 21K
40、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。流水压
41、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(kN)与水流速度和桥墩平面形状有关，可按下式计算：P nwgvKAP2式中 桥墩阻水面积(m 2),通常自计算水位算至一般冲刷线处 (图 3.2)；A水的重度，一般采用 10 kN/m3；w标准自由落体加速度(m/s 2)；ng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v算基底应力或基底偏心时用常水位的流速；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。K表 3.4 桥墩形状系数 值K桥墩截面形状 方形 矩形(长边与水流平行 圆形 尖端形 圆端形值 1.47 1.33 0.7
42、3 0.67 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。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
43、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
