桥梁下部结构设计技术

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【摘 要】随着社会经济的迅速发展,我国的交通行业也在原有的基础上取得了进步.桥梁作为交通运输行业中的重要组成部分,受到越来越多的关注,其下部结构设计是否得当,将直接关系着工程造价以及后期使用的安全性和可靠性,在此,本文针对桥梁下部结构设计常用的结构型式、内力计算、结构配筋等内容做了以下论述.

【关 键 词】桥梁下部；结构设计；技术

一、概述

近年来,我国交通建设发展迅速,无论是跨越江海的铁路特大桥还是跨山、跨田的中、大公路桥都在日渐增多,桥梁建设施工质量也备受人们的关注和期待.桥梁下部结构是桥梁整体的重要组成部分,桥梁下部结构设计对工程造价以及后期使用等都有直接的影响,合理设计桥梁下部结构,对于满足交通所需的安全可靠等要求十分关键.

桥梁墩台是桥梁结构的重要组成部分,它主要由墩台帽、墩台身和基础三部分组成.它承担着桥梁上部结构所产生的荷载,并将荷载有效地传递给地基基础,起着“承上启下”的作用.在桥梁的总体设计中,墩台的选型与结构设计对整个设计方案有较大的影响.确定桥梁下部结构应遵循安全耐久、满足交通要求、造价低、维修养护费用小、预制施工方便、工期短、与周围环境协调美观等原则；同时还要考虑到结构的受力、土质构造和地质条件、水文、水流流速及河床性质等诸多因素的影响.通过合理的设计和计算,确定基础形式和埋置深度,使得墩台有一个稳定可靠的地基.

二、桥梁下部常用的结构型式

一般桥梁下部结构型式的选择不仅跟地质条件有关,还跟上部结构形式有密切关系.因此要根据具体情况来选择桥梁的下部结构.

1.钢筋混凝土薄壁墩台

当填土不高,河床较窄时,为减少桥长、降低造价,不让堆填量压缩河床,可采用靠河较近墩台身直立的桩基薄壁墩台,墩台下面有条件可设支撑梁,整个桥梁构成框架结构系统,并借助两端台后的被动土压力来保持稳定.

2.重力式桥墩

重力式桥墩利用自身恒载（包括桥垮结构恒载）来平衡外力（偏心力矩）和保证桥墩的稳定（抗倾覆稳定和抗滑稳定）.实体墩身对地基的承载力要求较高,墩身实体可以不采用钢筋,而用天然石材、片石混凝土砌筑.由于重力式桥墩污工体积较大,阻水面积增大,抗冲击力较差,因而不宜用在流速大并挟有大量泥沙的河流.

3.埋置式桩柱式桥台

该型式桥台设于岸上,台身埋入锥形护坡中,有单排桩柱式与双排桩肋扳台两种.采用该型式桥台,为保证路基稳定性,不能过多地压缩桥长.

4.薄壁空心墩

一般采用强度高、墩身壁较薄的钢筋混凝土构件.这种构件由于削减了墩身自重,减小了软弱地基的负荷,减小了自身的截面尺寸,使结构在外观上变得更加轻盈.

5.柱式桥墩

该型式桥墩有施工的简便性和较广的适应性,在软基中是很好的选择型式.分为（1）带盖梁单排桩柱式桥墩,一般用于简支梁桥；（2）不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩,用于连续现浇箱梁.

6.轻型桥台

轻型桥台的特点是台身体积较小,台身为直立的薄壁墙,台身两侧设有翼墙（用于挡土）,可以将侧墙做成斜坡.在两桥台下部设置钢筋混凝土支撑梁,上部结构与桥台通过锚栓连接,构成四铰框架结构系统,并借助两端台后的土压力来保持稳定.

选用墩台应注意以下两点：

（1）为减少软基位移对结构的影响,尽可能减少超静定个数,适当加大桩距,减少桩根数.以上处理还降低工程造价.

（2）当桩底接近基岩表面时,承载力接近设计要求,就没有必要再伸入基岩以求更加保险；若承载力不够而计算桩长过长时,可把桩径加大再算,尽可能选用较适当的桩长以降低施工难度.

三、桥梁下部结构内力计算

为减少软土地基位移对超静定结构的影响,上部工程多采用标准梁的先简支后连续构造,这样整个工程的计算工作主要集中于下部结构,故下部结构内力计算方法的选用是否正确；考虑因素是否全面,直接关系到工程安全.

根据《墩台设计手册》,墩台内力计算方式通常按照杠杆法计算.布载方式是按照组合最不利进行组合的,当荷载处于对称位置时采用杠杆法,若处于偏心位置时,采用偏心压力法计算,设计值取两种布载的较大值.

墩桩顶的最大竖向力计算同上；墩桩顶水平力计算,运用柔性墩理论中的集成刚度法,将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配；最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯距及对应顶竖向力进行桩基各截面内力计算.

桥台内力计算除了要计算最大竖向力、水平力弯矩外,还要计算桥台台背土压力、负摩阻力以及桥台搭板重力,其中水平土压力影响复杂.土压力的计算要根据桥台形式而定,对于钢筋混凝土薄壁桥台,其计算按照深基础考虑.

四、桥梁下部结构的结构配筋

桥梁下部结构配筋,包括盖梁配筋、桥墩配筋、桩基础配筋以及桥台配筋.配筋是根据内力计算进行分配的,要特别注意在设计在的配筋方法.在设计中,假设受压区混凝土不受拉力,钢筋是完全弹性的,受拉区混凝土完全线性变化.主要方法有极限法和容许应力法应用分析,但是实际是按照承载力极限状态设计的.实际上,极限法是根据等截面简支梁实验所得,其实际适用面非常狭窄.根据实际情况,容许应力法还是需要得到广泛应用的,设计者应该多留意进行合理选择.

结束语

在桥梁总体设计中,下部结构的形式选择对整个设计方案的确定有着较大影响.确定桥梁下部结构要遵循安全耐久、造价较低、维修养护方便、与周围景观相协调等原则.为确保桥梁结构满足使用要求,在对公路桥梁下部结构设计时,还要综合考虑结构受力、土质构造、水文和地质条件、地震等诸多因素,选择最优设计方案.