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1、兰州交通大学毕业设计（论文）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设计任务一、设计资料：1桥跨结构1）不等跨20 m + 24 m 道渣桥面钢筋混凝土梁，设双侧人行道及栏杆；2）桥全长L1=20.6 m，L2=24.6 m；3）轨底至梁底高度为2.70 m；轨底至墩顶高度为3.10 m；支座中心至墩顶高度为0.32 m；轨底标高为27.30 m；4）每孔梁重为1352 kN 、1549 kN；道渣桥面及双侧人行道重按每孔梁每延长米36.6 kN/m计算。2桥上线路情况级单线平坡，桥梁位于直线上，设计车速度Vmax=120km/h。3
2、荷载1）活载：墩台及桥跨结构均为中活载；2）风荷载强度：有车：0.8 kN/m2 ； 无车：1.0 kN/m2。 4水文资料低水位标高为5.60 m；设计水位标高为8.60 m；一般冲刷线标高为3.80 m； 局部冲刷线标高为2.90 m；设计流速为v=2.0 m/s。5建筑材料顶帽采用C25钢筋混凝土；托盘采用C25普通混凝土；墩身及基础采C20普通混凝土。二、设计内容：1熟悉设计资料，明确任务。2荷载组合1) 计算荷载； 2）荷载组合；3墩身设计1) 桥墩墩身应力检算算；2) 桥墩稳定性检算验算；3）墩身偏心检算设计要求三、基本要求：1按任务书的规定，在导师的指导下，独立，按时完成所要求的
3、内容。2设计方案合理，可行，图面质量符合规定，说明书文理通顺，书写整洁。3论点明确，论据充分，结论正确。4体现先进技术，新的试验方法和计算方法；有一定技术经济分析。四、主要参考资料：1桥梁工程，范立础编2.混凝土结构设计计算，王振东、叶英华编3.桥梁工程施工，苏严江编指导教师签字系主任签字主管院长 签章 参考用图兰州交通大学毕业设计（论文）开题报告表课题名称不等跨铁路桥梁重力式矩形桥墩内力计算及设计课题类型AX导师专业工程力学学生姓名学 号班级力学1001一、设计的目的和意义1通过毕业设计熟悉并掌握设计程序、设计方法和设计步骤，另外在独立完成毕业设计的过程中，不断提高对问题的分析和解决能力。2
4、通过毕业设计熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，学习运用所学的力学知识来解决实际工程计算与设计问题，掌握一些基本的设计经验，增强工程意识和创新能力。 二、设计内容：1根据构造要求拟定桥墩各部分尺寸。2计算作用在桥墩上的作用。3进行作用布置与作用效应组合。4桥墩墩身应力检算。5桥墩稳定性检算验算。6桥墩墩底截面横、纵向检算。7墩身偏心检算。；三、时间安排：第56周：准备资料及熟悉设计任务，进行任务书与开题报告的撰写；第79周：外文资料翻译，拟定结构各部尺寸、计算作用及作用组合；第1011周：进行结构内力计算尖算；第12周：设计方案的修改和优化；第13周：说明书、图纸及计算书整
5、理工作，完成设计初稿；第1415周：根据指导教师修改意见对设计初稿进行修改，并按格式规范定稿；第16周：毕业论文答辩。四、基本要求1按任务的设定，独立按时完成设计内容。2积极与小组成员进行讨论，请教导师。3遵循规范和要求的基础上，尝试创新设计方案和计算方法。 五、主要参考资料：1桥梁工程，范立础编2混凝土结构设计计算，王振东、叶英华编3桥梁工程施工，苏严江编4桥梁工程百问，邵旭东、胡建华编5桥梁墩台与基础工程，王慧东编指导教师意见签名： 年 月 日课题类型：（1）A工程设计；B技术开发；C软件工程；D理论研究； （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题（1）、（2）均要填，如AY等。兰州交通大
6、学毕业设计学生自查表（中期教学检查用）学生姓名专 业工程力学班级力学1001指导教师姓名职 称教授课题名称 不等跨铁路桥梁重力式矩形桥墩的设计及计算个人精力实际投入日平均工作时间4周平均工作时间20迄今缺席天数0出勤率%100%指导教师每周指导次数4每周指导时间(小时)8备注可随时答疑毕业设计（论文）工作进度（完成）内容及比重已完成主要内容60%待完成内容40%1.查找相关图书和文献；2.毕业设计任务书、开题报告；3.毕业设计绪论及部分计算；4外文参考文献及译文。1.毕业论文剩余计算和检查；2摘要、目录、参考文献、致谢；3毕业论文初稿认真检查及修改；存在问题1.毕业设计具体格式没有注意；2.毕
7、业设计中具体细节需要修正，计算中存在一些考虑不周的地方；指导教师签字： 2014 年 5月 5日摘要本毕业设计对象为两孔不等跨钢筋混凝土铁路桥梁下部结构的桥墩。按设计要求应选用重力式矩形桥墩，并根据构造要求拟定桥墩各部分详细尺寸，然后进行结构内力计算，最终检算、修改，确定设计达到各项要求。设计过程中，按给定的桥墩设计高度和桥跨长度，考虑到上部结构形状、支座位置及施工荷载要求，墩帽采用托盘式，墩身纵横向均采用变坡，以节省圬工，减轻结构自重。桥墩各部分详细尺寸，根据上部结构和各项规范要求拟定，然后进行各项检算，确定出经济合理的尺寸。通过分析桥墩所受荷载类型，分别计算桥跨结构恒载压力和墩帽及墩身自重
8、；单孔轻载、单孔重载、双孔重载竖向静活载；制动力(或牵引力)及纵向风力附加力。为使设计比较合理并切合实际情况，先确定出重力式矩形桥墩直线情况检算荷载组合，然后对墩身进行分段，采用单孔重载或双孔重载加纵向附加力组合进行墩身受压稳定性和墩身截面强度检算，单孔轻载加纵向附加力组合进行墩身偏心检算。经过检算，各项检算均符合要求。关键词：重力式矩形桥墩；荷载计算；荷载组合；墩身检算AbstractThe graduation of two-hole design objects ranging across the lower part of the structure of reinforced co
9、ncrete bridge piers railroad. Gravity should be selected according to the design requirements rectangular piers, piers and develop detailed dimensions of each part according to construction requirements, then structural internal force calculation, calculate the final inspection, modification, to det
10、ermine the design meets the requirements.In the design process,according to the givenlength ofspanheight andbridge pier design,taking into account theupper structureshape,location and construction loadbearingrequirements,piercap usingtray type,thevertical and horizontaladoptsvariable slope,in order
11、to savemasonry,reduce the weight of structure.Pierwithsizeparts,upper structureand various specificationsaccording to thedraft,and thenchecking,determine the economicand reasonable size.By analyzing the pier suffered load types, were calculated across the bridge pier structure constant set pressure
12、and pier cap and weight; 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 realistic, first determine the gravity of rectangular piers linear case Computation of load c
13、ombinations, 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, plus additional longitudinal hole light load combinations pier eccentric force seize
14、d count.Afterchecking,checkingall 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
15、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 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
16、 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43致谢44主要参考文献45兰州交通大学毕业设计（论文）1. 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
17、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
18、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，
19、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，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
20、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、
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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；
26、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 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
27、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，
28、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
29、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6 m应全部用块石镶面。1.4 桥墩的设计步骤与内容梁桥桥墩的设计过程是
30、：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
31、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
32、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222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支梁，当跨度16 m时，=60 mm；20 m时，c0=100 mm； 支座中心至梁端的长度； 支座底板的纵向宽度，根据梁的资料确定； 支座底板边缘至支承垫石边缘的距离，一般为0.150.2 m，它是为了调整施
33、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，当跨度8 m，=0.15 m；8 m20 m时，=0.25 m；20 m时，=0.4 m。 矩形墩帽的横向尺寸如图2.1所示，可写为22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中查出； 支座底板的横向宽度； 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，
34、墩帽横向宽度一般应采用下列数值：跨度8 m时不小于4 m；跨度8 m20 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
35、角不得大于45；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 m，则22=6 m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，支承垫石边缘至墩帽边缘的横向距离采用130 cm。(2)纵向尺寸222=2.7 m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；由跨度和梁的全长可知，支座中心
36、至梁端的长度为30 cm；为满足顶梁施工的需要，当跨度20 m时，支承垫石边缘至墩帽边缘的距离采用40 cm。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 m；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。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)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
37、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
38、可根据：(墩身顶部尺寸2墩身高)来确定。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 2.4 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
39、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
40、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
41、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3.1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
42、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值，因
43、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
44、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，在双孔重载情况下桥墩的制动力为=0.1100%0.150%(或25%)如，应采用。梁上制动力作用在轨顶以上2 m，计算桥墩时，为简化计算，
45、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)乘受风面积(m2)求得。用表示风力，则其值为： (N)风力为水平力，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：式中 基本风压值(Pa)，可按计算，其中(以m/s计)为一般平坦空旷地