成都二環路主線門型橋墩的設計理念與思路

顧　濤, 劉全孟

(中國華西工程設計建設有限公司， 四川成都 610031)

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成都二環路主線門型橋墩的設計理念與思路

顧濤, 劉全孟

(中國華西工程設計建設有限公司， 四川成都 610031)

【摘要】文章以實例成都市二環路高架橋東三標10#～22#墩門型橋墩蓋梁采用midas civil軟件進行計算，并對該類型橋墩蓋梁設計情況進行詳細分析，以供該類橋墩蓋梁設計參考。

【關鍵詞】門型橋墩；蓋梁；預應力；計算分析

門型橋墩具有造型簡單、外形美觀、橋下通行空間寬敞、視野通透、不影響橋下行車的優點。成都市二環路高架橋東三標10#～22#墩在設計修建時，為了滿足中間G匝道橋落地的要求，以及為了橋梁結構與周圍環境在空間上更好的融合在一起，且考慮到周圍地形和地物的限制，在遵循安全、適用、經濟和美觀的原則下，經過比較、分析，最終選用門型橋墩。

本文主要是從門型橋墩預應力蓋梁的計算過程及計算結果進行詳細的分析和探討，以供廣大同仁參考和借鑒。

1工程概況

成都市二環路高架橋東三標10#～22#墩全部采用門型橋墩。由于在該段有C匝道、D匝道、E匝道、G匝道、I匝道、

門匝道與主線的交匯，橋面寬度大部分都是變化的。上部結構以簡支小箱梁為主，在14#～27#墩采用鋼結構連續梁，在橋面寬度變化較快的孔跨的外側邊梁采用現澆簡支梁的結構。橋墩的截面均為矩形截面，基礎形式均為摩擦型的圓形截面樁基。

由于10#～22#墩共有13個，并且類型一樣，受力形式、構造都差不多，于是選取其中最有代表性10#墩和18#墩進行計算分析。

1.1結構尺寸

10#墩和18#墩蓋梁寬度都為2.4 m，兩橋墩的縱向寬度均為1.8 m，其構造如圖1、圖2所示。

(a)10#墩立面　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)左墩側面　　　　　　(c)右墩側面圖1　10#墩構造(單位：cm)

(a)18#墩立面　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)左墩側面　　　　　　(c)右墩側面圖2　18#墩構造(單位：cm)

1.2主要材料

蓋梁和橋墩用C40混凝土，承臺和樁基采用C30混凝土，鋼絞線為低松弛高強度預應力鋼絞線，單根鋼絞線直徑d=15.2 mm，鋼絞線面積A=139 mm2，強度標準值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105。

2計算模型的建立

該門型橋墩蓋梁采用midas civil 2012軟件進行計算分析，運用空間桿系理論對結構進行模擬。

為準確模擬墩柱、樁基對蓋梁結構受力的影響，模型都按照實際的墩高和樁長建模，用m法模擬樁土的的相互作用。模型中蓋梁和墩的連接只用了一個彈性支承的剛接模擬，即偏安全地只用了一個點支承；而實際橋墩對蓋梁的支承為墩的橫向寬度，這樣會對蓋梁在墩部的彎矩有一定的消峰。10#墩、18#墩計算模型見圖3、圖4。

圖3　10#墩計算模型

圖4　18#墩計算模型

蓋梁受到的荷載包括：

(1) 恒載。恒載包括結構本身的自重、上部梁體的自重、二期鋪裝防撞墻的自重，這些恒載轉換成集中力通過支座傳遞到蓋梁(10#墩的墊梁以均布荷載的形式加到蓋梁上)。

(2) 活載。公路I級，車道活載在程序中利用midas的恒載移動荷載加載的功能實現。

(3) 溫度力。均勻溫度±20℃。由于均勻溫度會使橋墩產生較大的橫向力，使得蓋梁和墩柱均產生較大的彎矩，故墩柱和蓋梁均要準確加載均勻溫度力。

(4) 縱向水平力。一般情況下引起蓋梁扭矩效應很小，在結構設計中構造配筋即可滿足規范要求，故在蓋梁設計中不考慮縱向水平力(即不考慮制動力、縱向風力)。

3蓋梁的配束和施工階段的劃分

3.1蓋梁的配束

由于二環路高架橋的施工工期非常短，所以蓋梁配束的思路是在滿足規范要求的前提下，架梁的先后順序不影響鋼束的張拉，故鋼束能夠一階段張拉完成。這樣配束雖然會浪費部分的鋼束，卻減少了施工工序，顯著加快了施工進度，減少對地面交通的干擾，也避免了由于施工的不當影響結構的安全。蓋梁配束如圖5所示。

3.2施工階段的劃分

施工階段劃分見表1、表2。

表1　10#墩施工順序

4蓋梁計算結果分析

蓋梁計算時，10#墩控制截面主要是蓋梁跨中截面抗正

(a)10#墩蓋梁鋼束立面

(b)18#墩蓋梁鋼束立面圖5　10#墩、18#墩蓋梁預應力鋼束布置

施工步驟施工內容1樁基、承臺、G匝道橫梁以下墩身、G匝道橫梁施工,并張拉橫梁預應力2G匝道橫梁以上墩身、主線蓋梁施工并張拉主線蓋梁預應力3架設主梁及施工二期4收縮徐變3650d

彎矩，蓋梁墩頂截面抗負彎矩和剪力；18#墩控制截面主要是中間G匝道橫梁跨中截面抗正彎矩，左右墩頂的蓋梁截面抗負彎矩和剪力。蓋梁按A類預應力結構設計。

4.110#墩蓋梁和18#蓋梁應力計算結果

應力計算結果見表3、表4。

表3　10#墩蓋梁應力　MPa

表4　18#墩蓋梁應力　MPa

4.210#墩蓋梁和18#蓋梁強度計算結果

強度計算結果見表5、表6。

表5　10#墩蓋梁強度

表6　18#墩蓋梁強度

在驗算蓋梁抗彎強度的時候，由于結構為超靜定體系以及墩柱對蓋梁受力的影響，致使產生很大的鋼束次內力，在滿足強度要求為了盡量將鋼束次內力降至最低，鋼束的型號應盡可能小。為了實現這一目的，在滿足A類預應力設計要求的前提下，蓋梁的抗彎承載力計算加入了普通鋼筋對承載能力的貢獻。即在蓋梁的跨中配置兩層型號為H RB335直徑為28 mm的鋼筋，根數是2層各15根。

5預應力產生的墩柱裂縫控制

由于蓋梁與墩柱存在超靜定約束，在張拉蓋梁兩端預應力的時候會使墩柱向內側偏移，從而引起墩柱的外側受拉，故在墩柱與蓋梁相接的外側會產生較大的裂縫。由于預應力產生的墩柱裂縫并非將墩的橫向寬度做的越寬越安全，相反墩柱在橫橋向越窄會使得柔度越大，使得墩上下緣的裂縫更趨于平衡。在滿足受力和美觀要求下，10#墩和18#墩的橫向寬度均做成2.5 m。

現以18#墩中間G匝道橫梁鋼束對墩柱影響為例。G匝道以下墩柱在短期作用下的彎矩包絡圖見圖6。

在外側配置兩層型號為H RB400直徑為28 mm的鋼筋，每一層鋼筋的根數為20根，計算出的最大裂縫為0.128 mm。

在張拉G匝道橫梁鋼束的時候，會在橫梁的梁端挖張拉槽口，這樣會截斷部分墩柱外側受力主筋，為了將槽口對墩柱的影響減到更小，鋼束采用單端交錯張拉，從而減少單側墩柱的槽口開挖數量，并且在槽口下布置加強鋼筋(圖7)。

6結束語

從以上的計算結果可知，恒載是蓋梁的主要荷載。在這種門型超靜定結構中，預應力產生的二次力對承載能力的影響是一個非常重要的因素，在以后的設計中如何減少鋼束二

圖618#G匝道橫梁以下墩柱彎矩包絡圖

圖7　槽口下加強鋼筋布置示意

次力，從而使結構更安全、更經濟是一個重要的研究課題。蓋梁預應力使墩柱橫向外側受更大的拉力在設計中也是一個不容忽視的問題。

參考文獻

[1]JTG D60-2004 公路橋涵通用設計規范[S].

[2]CCES 01-2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

【中圖分類號】U443.22

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-26