CN85204830U - 斜拉柔性桥墩 - Google Patents

Abstract

一种支承桥跨的斜拉柔性桥墩，由预拉力斜杆、斜杆锚固墩、纵向柔性、横向刚性的柔性墩身组合而成。它利用预拉力斜杆的拉力增减变化值承受制动力，减小桥墩截面。这种桥墩有充分利用材料强度的特点，没有改变简支梁及其支座的受力状况，结构合理，有利于桥上铺设无缝线路。

Description

一种支承桥跨的钢筋混凝土桥墩。是为了转移、减少对桥墩截面设计起控制作用的制动力影响而特别设计的斜拉柔性桥墩。

六十年代以来，铁道部第二设计院等单位曾使用双固定支座柔性桥墩，利用将大部分桥梁支座改为固定支座〔F〕，梁与墩台按某一联长距离〔12〕分组铰接联接的方法，使绝大部分水平力传递至刚性墩〔10〕和刚性台〔11〕，改善了柔性桥墩受力条件，节省了圬工。见“钢筋混凝土柔性桥墩”(成昆铁路)4桥梁461－491页；人民铁道出版社，1980年12月。

双固定支座柔性桥墩每一联长〔12〕中部设一个活动支座〔M〕，用以消减因垂直荷载，温度变化，梁部收缩等引起梁长变化而产生的结构内力，但由于以联长〔12〕作为预留梁长变化胀缩量的单元，将多跨梁的伸缩量集中在活动支座〔M〕处，使该处梁缝伸缩量显著加大，不利于桥上铺设无缝线路和维修作业。在梁长变化时，墩顶产生位移，其相应的墩顶水平力可导致较大的墩身底部截面弯矩，在联长较长或桥墩高度较低时更为突出，常常成为柔性桥墩设计的控制因素。因此，双固定支座柔性桥墩的联长受到限制，而每一联长中必须有刚性墩（台），虽能减少柔性墩工程费，却增加了刚性墩的工程费用。

本实用新型的任务是，围绕减少制动力的影响这一得到广泛重视的改善桥墩设计的关键因素，提出一种新型结构——斜拉柔性桥墩，它脱离传统的桥墩承受制动力的方法，而由斜跨相邻两墩的斜杆传递制动力至地基〔4〕，改善受力状态，有效地减少墩顶位移和桥墩截面弯矩，节约圬工。

斜拉柔性桥墩由予拉力斜杆〔1〕，纵向柔性、横向刚性的柔性墩身〔2〕，斜杆锚固墩身〔3〕组成，它主要利用予拉力斜杆的拉力增减变化值承受制动力，为此在斜杆的设计和施工中，要求做到：

1、对斜杆予加拉力，使其在最不利荷载组合作用下保持必要的拉力，减少非线性变形，增大墩顶的纵向水平推力刚度；

2、斜杆截面设计要承受制动力引起的纵向水平推力、予拉力、风载、温度伸缩力引起的拉力等的综合影响；

3、为便于防护、张拉、锚固，斜杆宜采用高强精轧螺纹粗钢筋或其他予应力杆件，用精制螺栓及测力扳手作为张拉工具，同时对称张拉，並保持墩身铅直；

4、以邻墩作为斜杆下端锚固点，不另设地锚；

5、曲线桥的斜杆水平投影呈折线形，有利于平衡部分列车离心力；

6、斜杆下部根据需要设置不同高度的净空，以避免人畜撞击损坏，对桥下有立交净空要求的桥孔，可酌量提高斜杆下端锚固点位置；

7、斜杆上、下端锚固点〔u〕、〔L〕，应有检查设备；

8、斜杆上端〔u〕与柔性墩墩顶，斜杆下端〔L〕与斜杆锚固墩的联接方式，采用锚座牛腿〔5〕，刚性垫鈑〔6〕，柔性垫鈑〔6〕，锚头〔8〕等组合件。

每跨梁的墩顶支座，一端为固定支座〔F〕，另一端为活动支座〔M〕。

柔性墩身〔2〕具有顺桥方向柔而横桥方向刚的特点，加上斜杆的作用，墩身内力主要来源于竖直方向及水平横桥方向的荷载，很少受制动力的影响，为便于滑模施工，墩身以采用壁板式结构较好。当墩高较低，不能满足柔度要求时，应将柔性墩身延伸至锚固点以下，甚至与基桩直接相联，以增大其适用范围。否则可仍采用重力式或钢筋混凝土普通桥墩。

斜杆下端的锚固墩身〔3〕，上承柔性墩身，下连基础兼具斜杆的锚墩作用。因承受斜杆较大的水平分力，其截面尺寸一般较柔性墩身为大。当桥墩较低时，为满足柔度要求，可如前述不增大截面尺寸，只加大含钢率。设计中应注意墩顶未安装斜杆而下部却有单侧斜杆拉力与风力的荷载组合情况。

斜拉柔性桥墩具有下述特点：

1、它利用强度较高的钢或其他予应力拉杆制成，斜杆的轴向力直接承受作用于墩顶的制动力，和普通桥墩利用强度较低的圬工截面的抗弯能力承受制动力产生的弯矩比较，能较为有效地发挥材料强度的作用。

2、利用邻墩作为斜杆的锚墩，分散传递制动力至地基的距离比柔性墩桥、铰接梁桥、液压传力装置都短，还可避免将多孔梁上的制动力集中后，须另设刚性（制动）墩台的缺点，且没有改变简支梁及其支座的受力状态，结构较为合理。

3、没有双固定支座柔性墩桥和铰接梁桥的联长问题，不增大温度跨度，梁缝变化幅度小，有利于桥上铺设无缝线路。

4、斜杆的作用主要为承受墩顶纵向附加水平力，除预拉力外基本不承受其他主力，可不考虑疲劳问题，且张拉、锚固均较简易，可在正常行车情况下，逐墩成对地抽换斜杆。比锚定板桥台或斜拉桥抽换承受主力的拉杆（索）简便多了。为确保行车安全，抽换斜杆时，应以硬木楔在中性轴处临时将邻近梁缝顶死。

5、壁板式柔性墩已有丰富的施工经验，经济效益显著。虽增加斜杆的安装及养护费用，但斜杆可大幅度减少柔性墩身内力及圬工量，並取代刚性墩台，仍然经济合算。

6、斜杆增大了墩顶推力刚度，较一般柔性墩上架梁简易平稳，能加速工程进展。

斜拉柔性桥墩的适用范围：①山坡无落石危害的谷架桥，②最高水位低于斜杆下端锚固点的跨河桥，③以桥代路或其他较长的高架桥。

图1、斜拉柔性桥墩结构图

C－立交净空 L_b－桥墩中心距离 h－柔性墩身高度

H－斜杆锚固墩身高度

图2、斜杆上端锚固点    u    构造图

图3、斜杆下端锚固点    L    构造图

图4、斜拉柔性桥墩与双固定支座柔性桥墩混合结构图

图5、双固定支座柔性桥墩立面布置图

10－刚性墩        11－刚性台        12－联长

A·B－柔性墩

现结合具体实施例说明斜拉柔性桥墩与其他结构型式对比

斜拉柔性桥墩内力不受梁长变化影响，和双固定支座柔性桥墩相比，在墩身尺寸相同情况下，其墩底截面弯矩及墩顶位移显著降低，墩高愈低，联长愈长，节约效果愈见显著，表一系跨度24＋24米予应力混凝土

支梁，在桥墩截面3.0×0.8米，4×2.5φ斜杆的A_g＝19.63cm²，墩顶外力N_O＝423.5T，M_O＝65.4TM P＝26.82T，桥墩纵向风力q＝0.36T／M的对比计算结果，对比计算采用公式如下：

（一）由于一般荷载

1、双固定支座柔性墩

M₁＝（K_h1－0.2N_O）△＋ (M₀)/2 ＋ 1/8 gl²…（1）

2、斜拉柔性桥墩

M1＝P1＋ (gl²)/2 －M_O＋N_O△_g－K_g△_g1…………（2）

＝（K_h1－0.2N_O）△_g＋ (M₀)/2 ＋ (ql²)/(g) …………（2′）

如忽略N_O的影响

M₁＝P1 (K_h)/(K_h+K_g) ＋（1.5 (K_g)/(K_h+K_g) －1）M_O＋（1－0.75 (K_g)/(K_h+K_g) ） (ql²)/2

…………（3）

（对于普通桥墩 M₁＝P1＋M_O＋ (gl²)/2 ）

（二）由于日照温差的外约束作用

1、双固定支座柔性墩

M₁＝K_h△_ht1…………（4）

2、斜拉柔性墩

M₁＝（△_ht－△_gt）1 (K_hK_g)/(K_h+K_g) …………（5）

以上各式中

△－双固定支座柔性墩顶位移

${△}_g=\frac{\mathrm{P\; +}\frac{3}{8}\mathrm{q\; l\; -\; 1.5}\frac{M_0}{l}}{K_g{\mathrm{+\; K}}_h\mathrm{-\; 1.2}\frac{M_0}{l}}\mathrm{-斜拉柔性墩顶位移}$

K_h＝ (3E_hI_h)/(l³) ——柔性墩身顶推力刚度

K_g＝ (2E_gA_gL_b ²)/(l_d ³) ——斜杆顶推力刚度

△_ht＝ (α_h·△t_h·l²)/(2d) －柔性墩顶为自由端时的日照墩顶位移

△_gt＝ (α_g·△t_g·l_d ²)/(2l_b) －斜杆顶为自由端时的日照位移

△t_h——柔性墩身两侧日照温差（指考虑自约应力后的换算线性分布温差）

△t_g——两侧斜杆的日照温差

d_h——混凝土的线膨胀系数

d_g——钢的线膨胀系数

d——壁板式柔性墩身厚

两种柔性墩墩底截面弯矩对比表 表一

柔性墩身高（米）		10	13	17
					双固定支座墩（括号内为墩顶位移产生的变矩、吨米	△A=1.3厘米	181（144）	125（85）	95（49）
△B＝2.3厘米	291（254）	190（150）	132（87）
				斜拉柔性墩（括号内为制动力产生的弯矩、吨米）		92（79）	90（63）	88（49）

表内△_A、△_B分别代表靠近刚性墩台的第1、2号柔性墩〔A〕、〔B〕的墩顶位移，经计算，表内斜拉柔性墩顶位移分别为：

0.493、0.756、1.13厘米，均小于△_A，更小于△_B。

此外，柔性墩底的日照温度计算应力，系由墩顶按自由端考虑的内约束应力与墩顶被约束的外约束应力两部分组成。斜拉柔性墩与双固定支座柔性墩比较，不仅斜杆对墩顶的约束刚度远较刚性墩台小，而且两侧斜杆因所受日照的辐射角度不同，斜杆顶尚可产生与墩顶同方向的日照位移，放松对墩顶的约束。故斜拉柔性墩底的日照外约束应力，也低于双固定支座柔性墩。两者的差异，可用前述计算公式表达。

根据以上对比，可以认为：除桥长甚短，墩顶位移值较小，又可利用两端桥台而无须另设刚性墩承受纵向力者外，一般应采用斜拉柔性墩。在具体设计中，当有条件利用桥台作为刚性台时，可考虑边孔采用双固定支座柔性墩，而中部采用斜拉柔性墩，这样的混合结构布置，在多数情况下是更为合理的。

Claims (4)

1、一种支承桥跨的钢筋混凝土桥墩，具有纵向柔性、横向刚性的柔性墩身[2]，本实用新型的特征是：由预拉力斜杆[1]、斜杆锚固墩[3]与前述柔性墩身组合形成的斜拉柔性桥墩，它利用预拉力斜杆的拉力增减变化值承受制动力，减小桥墩截面；

2、如权力要求1所述的钢筋混凝土桥墩，其特征是：斜杆〔1〕上端锚固点〔U〕与柔性墩墩顶联接，下端锚固点〔L〕与邻墩的斜杆锚固墩〔3〕联接；

3、如权利要求1或2所述的钢筋混凝土桥墩，其特征是：斜杆锚固点〔U〕〔L〕联接锚固方式采用锚座牛腿〔5〕，刚性垫钣〔7〕，柔性垫钣〔6〕，锚头〔8〕，锚孔护壁钢管〔9〕等组合件；

4、如权利要求1所述的钢筋混凝土桥墩，其特征是：斜杆〔1〕由高强度精轧螺纹粗钢筋或其它预应力杆件制成，斜杆截面的设计能承受制动力引起的纵向水平力、预拉力、风载、温度伸缩力引起的拉力的综合影响。

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