橋梁墩臺作為橋梁的支承傳力結(jié)構(gòu),必須具有可靠的強度和穩(wěn)定性。它的受力狀態(tài)不僅受到上部結(jié)構(gòu)類型、跨徑等影響,而且與基礎(chǔ)連接為一體,其各種計算必然要聯(lián)系基礎(chǔ)總體考慮。如墩臺身所受的各種荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,必然受到基礎(chǔ)類型的影響而變化,墩臺結(jié)構(gòu)本身可以是圬工結(jié)構(gòu),也可以是鋼筋混凝土或預應力混凝土結(jié)構(gòu),這樣即使同一個驗算內(nèi)容,其驗算的方法、公式也會不同。有的涉及結(jié)構(gòu)圖示簡化計算,例如對壓彎構(gòu)件的簡化圖示,不同的結(jié)構(gòu)形式和基礎(chǔ)連接條件,可能簡化成不同的邊界條件,都需要結(jié)合具體情況來加以分析考慮。
橋梁墩臺結(jié)構(gòu)驗算與上部結(jié)構(gòu)一樣,是在初擬尺寸的基礎(chǔ)上加以驗算。驗算要考慮施工狀態(tài)和營運狀態(tài),驗算后的修改,可以從兩方面人手:一是進行尺寸的修改,一是改換材料結(jié)構(gòu).
一、墩臺頂帽的驗算
(一)梁式橋重力式墩臺頂帽局部承壓驗算
(二)拱橋墩臺臺口截面直接抗剪強度驗算
當拱橋橋墩相鄰兩孔恒載推力不等,或施工中出現(xiàn)單向推力等情況,橋臺承受單向推力時,需要驗算臺口截面的直接抗剪強度。
(三)樁柱式墩臺頂帽——蓋梁計算樁柱式墩臺頂帽即為蓋梁,現(xiàn)都簡化為一根鋼筋混凝土梁的計算。
《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范》規(guī)定蓋梁計算的相關(guān)內(nèi)容如下:
(1)墩臺蓋梁與柱應按剛構(gòu)計算。
(2)當蓋梁與柱的線剛度(EI/l)之比大于5時,雙柱式墩臺蓋梁可按簡支梁計算;多柱式蓋梁可按連續(xù)梁計算(E/z分別為梁或柱混凝土的彈性模量、毛截面慣性矩、梁計算跨徑或柱計算長度)。
根據(jù)蓋梁計算時應考慮的問題,分為以下幾個方面加以介紹。
1.作用的特點及計算
作為梁式橋,上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重力與汽車荷載是在主梁位置通過支座,以集中力的形式作用于蓋梁上,所以作用的作用位置是固定的,而其作用力的大小,隨著汽車橫向布置不同而變化。汽車橫向布置則是依據(jù)蓋梁驗算截面產(chǎn)生最大內(nèi)力的不利狀況而確定。這樣,就涉及將汽車荷載如何在橫橋向分配至各主梁上,這種橫向分配與主梁結(jié)構(gòu)計算時的橫向分配是不同的,分配合理與否直接影響蓋梁設(shè)計的安全度。
一般計算蓋梁時汽車橫向布置及橫向分配系數(shù)計算可做如下考慮:
(1)單柱式墩臺蓋梁在計算蓋梁支點負彎矩及各主粱位置截面的剪力時,汽車橫橋向非對稱布置(即按規(guī)范要求靠一側(cè)布置),橫向分配系數(shù)按偏心受壓法計算。
(2)雙柱式墩臺蓋梁在計算蓋梁柱頂處負彎矩時,汽車橫橋向采用非對稱布置,橫向分配系數(shù)采用偏心受壓法計算;在計算蓋梁跨中正彎矩時,汽車橫橋向采用對稱布置,橫向分配系數(shù)采用杠桿法計算。
(3)多柱式墩臺蓋梁汽車橫橋向要按蓋梁各控制截面內(nèi)力影響線來布置,橫向分配系數(shù)采用杠桿法計算;同時要注意由于多柱式墩臺上部橋面比較寬,人行道亦相應較寬,邊梁可能是在人行道下,所以應注意由于杠桿法計算橫向分配系數(shù)邊梁偏小,而用非對稱布置偏心受壓法又對邊梁計算偏大的問題。
對于上部結(jié)構(gòu)為桁架拱的墩臺蓋梁和拱上建筑橫橋向為排架柱的蓋梁,也應按上述要求考慮汽車荷載橫向布置和分配。
2.蓋梁內(nèi)力計算時墩柱支承寬度影響的考慮
由于支承蓋梁的墩柱面積較大,簡化成點支承使蓋梁內(nèi)力計算偏大而顯得太保守,所以規(guī)范規(guī)定應考慮支承寬度影響。
(1)負彎矩削峰。在計算蓋梁柱頂截面負彎矩時,可采用負彎矩包絡(luò)圖在柱頂處削峰的方法減小負彎矩值。削峰寬度理論上認為方柱時為柱寬6,圓柱時為0.8d(d為直徑)。但支承寬度對內(nèi)力的影響除與柱寬有關(guān)外,還與蓋梁跨度、高度和寬度有關(guān),這是一個很復雜的問題,考慮墩柱尺寸小于蓋梁尺寸,建議在實際設(shè)計時,方形柱取0.9b,圓形柱取(0.6 -0.8)d。
(2)正彎矩減小跨徑。按簡支梁計算的蓋梁,其計算跨徑應取J。和1.15I。兩者較小值,其中J。為蓋梁支撐中心之間的距離。為蓋梁的凈跨徑。在確定蓋梁的凈跨徑時,圓形截面柱可換算為邊長等于0.8倍直徑的方形截面柱。
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