CN108330816B - 一种非对称式桥墩及小半径曲线桥 - Google Patents

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    • E02D27/14Pile framings, i.e. piles assembled to form the substructure

Abstract

本发明公开了一种非对称式桥墩,包括桥墩主体,所述桥墩主体包括墩顶和墩底;所述桥墩主体横桥向宽度自所述墩顶向所述墩底逐渐减小;所述墩底横桥向中心线位于所述墩顶横桥向中心线与所述墩顶横桥向外侧边缘之间;所述墩底横桥向两侧边缘均位于所述墩顶横桥向内侧边缘与外侧边缘之间。本发明还公开了一种小半径曲线桥。本发明桥墩主体立面非对称布置,使用时,沿桥墩主体横桥向在墩顶内外侧设支座,再架设箱梁,通过调整内外侧支座相对于墩底横桥向中心线的距离,可消除箱梁上部结构恒载传递至下部结构的横向弯矩。

Description

一种非对称式桥墩及小半径曲线桥
技术领域
本发明涉及桥梁结构设计领域,具体涉及一种非对称式桥墩及小半径曲线桥。
背景技术
曲线梁桥是公路立交、城市立交、城市高架及跨线桥的重要组成部分,也是桥梁结构的重要分支。与常规的直线梁桥相比,曲线梁桥显著的力学特点就是由于曲率的影响,内外梁(腹板)弧长不同,扭转效应非常显著(尤其是小半径的情况),对结构受力影响很大,是控制曲线梁桥设计的重要环节。上部结构扭矩最终通过桥梁的抗扭支承传递给桥梁的下部结构,此部分扭矩由于数值较大,对桥墩的横向弯矩及基础的受力带来不利影响。目前针对于小半径曲线梁的桥墩设计,仍然采用的是对称的桥墩结构,是与直线桥梁相同的形式,常见的就是柱式桥墩或板式桥墩,其结构尺寸及配筋相较于同等跨度的直线梁桥要求更高,内力更大,经济效果差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种非对称式桥墩,当用于曲线桥中时,可消除箱梁上部结构恒载传递至下部结构的横向弯矩。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是:一种非对称式桥墩,包括桥墩主体,所述桥墩主体包括墩顶和墩底;所述桥墩主体横桥向宽度自所述墩顶向所述墩底逐渐减小;所述墩底横桥向中心线位于所述墩顶横桥向中心线与所述墩顶横桥向外侧边缘之间;所述墩底横桥向两侧边缘均位于所述墩顶横桥向内侧边缘与外侧边缘之间。
进一步地,所述桥墩主体横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面均呈直线形;或,
所述桥墩主体横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面均呈内凹的曲线形;或,
所述桥墩主体横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面中的一个呈直线形且另一个呈内凹的曲线形。
进一步地,当所述桥墩主体横桥向的侧壁沿横桥向的竖直截面呈曲线形时,该曲线形为弧线形。
进一步地,所述桥墩主体沿纵桥向的两侧壁中部设有凹槽,所述凹槽内设有刻痕和/或装饰条。
进一步地,所述桥墩主体沿纵桥向开设有腔室,所述腔室的两端开口分别位于所述桥墩主体沿纵桥向的两侧壁上,所述腔室内设有装饰条。
进一步地,所述墩顶上设有两个支座,两所述支座沿所述墩顶横桥向中心线对称设置;所述墩底横桥向中心线位于两所述支座之间。
进一步地,所述墩底底部设有承台,所述承台横桥向中心线与所述墩底横桥向中心线重合。
进一步地,所述承台底部设有基础。
进一步地,所述基础为桩基础或扩大基础。
本发明还公开了一种小半径曲线桥,其包括:
至少一个如上任一所述的非对称式桥墩;
箱梁,所述箱梁架设于所述桥墩主体顶部。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)桥墩主体立面非对称布置,使用时,沿桥墩主体横桥向在墩顶内外侧设支座,再架设箱梁,调整内外侧支座相对于墩底横桥向中心线的距离,可基本或彻底消除箱梁上部结构恒载传递至下部结构的横向弯矩。桥墩主体横桥向宽度自墩顶向墩底逐渐减小,造型新颖独特,结构形式优美,富有张力,在上部结构的小半径箱梁的配合下具备良好的视觉冲击力,景观效果独特;同时优化了下部结构横向内力,有效减小了桥墩的横向弯矩,提高了结构受力性能,并可缩小墩底横桥向尺寸,降低墩底横桥向配筋量,节约工程造价,具备良好的经济效益。
(2)使用时,将箱梁支撑在墩顶上,墩顶桥横向长度按照常规设计满足构造及受力要求即可。
(3)本发明优化结构内力,提高结构性能,降低工程造价,产生良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供的非对称式桥墩结构示意图;
图2为本发明实施例提供的非对称式桥墩结构示意图;。
图3为图2中A-A方向示意图;
图4为图2中B-B方向示意图;
图5为图2中C-C方向示意图。
图中:1、桥墩主体;10、墩顶;11、墩底;2、支座;3、承台;4、装饰条。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示,本发明实施例提供一种非对称式桥墩,适用于小半径曲线桥,包括桥墩主体1,桥墩主体1包括墩顶10和墩底11;桥墩主体1横桥向宽度自墩顶10向墩底11逐渐减小;墩底11横桥向中心线位于墩顶10横桥向中心线与墩顶10横桥向外侧边缘之间;墩底11横桥向两侧边缘均位于墩顶10横桥向内侧边缘与外侧边缘之间。
本方案的原理:桥墩横向弯矩是上部结构荷载传递下来的,自身并不产生弯矩或弯矩很小(如本例的非对称结构,自身横向弯矩是自重产生,但是很小,基本可以忽略),这个弯矩和上部结构及桥墩的自重组成了桥墩的横向内力,桥墩为偏心受压构件,其初始偏心距为e=横向弯矩/竖向力,本方案通过桥墩上下截面的偏心设置,使竖向力墩底截面预先产生一个偏心从而产生一个偏心抵消横向弯矩效应,使桥墩受力为轴心受压构件。
通过桥墩主体1立面的非对称布置,使用时,沿桥墩主体1横桥向在墩顶10内外侧设支座,再架设箱梁,调整内外侧支座横桥向对称中心线相对于墩底11横桥向中心线的距离e(偏心距e=M/N,其中M、N分别为上部结构传递至墩顶的横向弯矩和竖向力),可消除箱梁上部结构恒载传递至下部结构的横向弯矩。桥墩主体1横桥向宽度自墩顶10向墩底11逐渐减小,造型新颖独特,结构形式优美,富有张力,在上部结构的小半径箱梁的配合下具备良好的视觉冲击力,景观效果独特;同时优化了下部结构横向内力,有效减小了桥墩的横向弯矩,提高了结构受力性能,并可缩小墩底11横桥向尺寸,降低墩底11横桥向配筋量,同时减小基础5的受力和配筋,节约工程造价,具备良好的经济效益。
使用时,将箱梁支撑在墩顶10上,墩顶10桥横向长度按照常规设计满足构造及受力要求即可。
本发明优化结构内力,提高结构性能,降低工程造价,产生良好的经济效益。
根据实际施工要求,桥墩主体1横桥向宽度自墩顶10向墩底11逐渐减小时,如果桥墩主体1横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面均呈直线形,则可以使两侧壁分别按不同斜率缩小至墩底11;如果桥墩主体1横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面均呈内凹的曲线形,则可以使两侧壁分别按不同曲率缩小至墩底11;如果桥墩主体1横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面中的一个呈直线形且另一个呈内凹的曲线形,则可以使两侧壁分别按斜率和曲率缩小至墩底11。
当然了,当桥墩主体1横桥向的侧壁沿横桥向的竖直截面呈曲线形时,该曲线形为弧线形。
上述的这种不对称结构,类似竖琴,非常优美,具有非常好的视觉冲击。
还可以在桥墩主体1沿纵桥向的两侧壁中部设凹槽,凹槽内设刻痕和/或装饰条4。或者,桥墩主体1沿纵桥向开设腔室,腔室的两端开口分别位于桥墩主体1沿纵桥向的两侧壁上,腔室内设装饰条4。
刻痕或装饰条按照竖琴的琴弦结构设计。
墩顶10上设有两个支座2,两支座2沿墩顶10横桥向中心线对称设置;墩底11横桥向中心线位于两支座2之间。
墩底11底部设有承台3,承台3横桥向中心线与墩底11横桥向中心线重合。
承台3底部设有基础5。由于墩底11横桥向宽度小于墩底10横桥向宽度,优化了下部结构的横桥向内力,优化了基础5的设计,有效减小了基础5的横向弯矩,基础5受力更均匀,基础5采用桩基础或扩大基础。桩基础可以采用单排桩或双排桩。基础5的横桥向中心线与墩底11横桥向中心线重合,与墩顶10横桥向中心线有一定的偏心,朝向曲线外侧。基础5的选择主要根据受力要求进行选择。
在桥梁建造过程中,根据实际情况确定非对称式桥墩的尺寸大小,桥的曲率与偏心距e之间的关系,也是需要根据设计时具体情况进行计算。
本发明还提供了一种小半径曲线桥,其包括至少一个如上任一所述的非对称式桥墩和箱梁,箱梁架设于桥墩主体1顶部。
下面通过一个具体的实施例进行详细说明。
附图中,基础5采用双排桩基,墩顶10横桥向宽度L1为500cm,支座2中心线距墩顶10横桥向边缘距离L2为70cm,支座2中心线距墩顶10横桥向中心线距离L3为180cm,承台3横桥向边缘距墩底11横桥向边缘距离L4为180cm,墩底11横桥向边缘距基础5横桥向中心线距离L5为110cm,承台3横桥向宽度L6为580cm,墩顶10纵桥向宽度L7为140cm,承台3纵桥向边缘距墩底11纵桥向边缘距离L8为40cm,承台3纵桥向边缘距基础5纵桥向中心线距离L9为110cm,承台3纵桥向宽度L10为220cm,桥墩主体1横桥向壁厚L11为100cm,桩基横桥向中心距墩底11横桥向边缘距离L12为70cm,桩基横桥向中心距承台3横桥向边缘距离L13为110cm,墩顶10横桥向中心线与墩底11横桥向中心线偏心距e为50cm,桥墩主体1高度H1为600cm,墩顶10处竖向壁厚H2为100cm,墩底11处竖向壁厚H3为72cm,承台3高度H4为200cm,桩基长H5为3000cm,桥墩主体1横桥向外侧墩高斜长H6为605cm,桥墩主体1横桥向内侧墩高斜长H7为630cm,桩基直径D为120cm,墩顶10倒角R1为20cm,桥墩主体1内倒角R2为30cm,桥墩主体1横桥向外侧斜率n1为0.15,桥墩主体1横桥向内侧斜率n2为0.3。
实例验证:实际设计工程中某曲线匝道,曲线半径65m,桥梁跨度布置为26.23+32+32m,中间支点一桥墩成桥支座反力R=4819kN,R=3341kN,支座间距3m,墩底横向弯矩M=(4819-3341)*3/2=2217kN·m,采用本发明的不对称桥墩,设置偏心e=M/(R+R)=2217/(4819+3341)=0.272m,即可消除这部分桥墩横向弯矩。
本发明不局限于上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种非对称式桥墩,其特征在于:包括桥墩主体(1),所述桥墩主体(1)包括墩顶(10)和墩底(11);所述桥墩主体(1)横桥向宽度自所述墩顶(10)向所述墩底(11)逐渐减小;所述墩底(11)横桥向中心线位于所述墩顶(10)横桥向中心线与所述墩顶(10)横桥向外侧边缘之间;所述墩底(11)横桥向两侧边缘均位于所述墩顶(10)横桥向内侧边缘与外侧边缘之间。
2.如权利要求1所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述桥墩主体(1)横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面均呈直线形;或,
所述桥墩主体(1)横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面均呈内凹的曲线形;或,
所述桥墩主体(1)横桥向的两侧壁沿横桥向的竖直截面中的一个呈直线形且另一个呈内凹的曲线形。
3.如权利要求2所述的非对称式桥墩,其特征在于:当所述桥墩主体(1)横桥向的侧壁沿横桥向的竖直截面呈曲线形时,该曲线形为弧线形。
4.如权利要求1所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述桥墩主体(1)沿纵桥向的两侧壁中部设有凹槽,所述凹槽内设有刻痕和/或装饰条(4)。
5.如权利要求1所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述桥墩主体(1)沿纵桥向开设有腔室,所述腔室的两端开口分别位于所述桥墩主体(1)沿纵桥向的两侧壁上,所述腔室内设有装饰条(4)。
6.如权利要求1所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述墩顶(10)上设有两个支座(2),两所述支座(2)沿所述墩顶(10)横桥向中心线对称设置;所述墩底(11)横桥向中心线位于两所述支座(2)之间。
7.如权利要求1所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述墩底(11)底部设有承台(3),所述承台(3)横桥向中心线与所述墩底(11)横桥向中心线重合。
8.如权利要求7所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述承台(3)底部设有基础(5)。
9.如权利要求8所述的非对称式桥墩,其特征在于:所述基础(5)为桩基础或扩大基础。
10.一种小半径曲线桥,其特征在于,其包括:
至少一个如权利要求1至9任一所述的非对称式桥墩;
箱梁,所述箱梁架设于所述桥墩主体(1)顶部。
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