鋼蓋梁與橋墩不同連接方式下門架墩結構的受力分析

胡 文

（濟南市市政工程設計研究院(集團)有限責任公司廣州分公司, 廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市道路建設的大力發展，道路交叉情況越來越多。為了跨越現狀道路，通常需要增大蓋梁跨度來滿足通行需求，所以鋼蓋梁門架墩與預應力門架墩成為了一種常用結構形式。預應力混凝土蓋梁搭設支架現澆，對交通影響較大，鋼蓋梁可在工廠預制，現場吊裝，對交通的影響較小[1-3]。門架墩按照鋼蓋梁與立柱橋墩的連接方式，常規思路采用直接剛接，受力明確，施工簡便。對于一些特殊工程，需轉化思路，調整墩、梁連接形式，如：先鉸接，后剛接；一端剛接，一端放支座[4-6]。本文將結合實際工程案例，對于鋼蓋梁的門架墩結構的受力情況進行分析。

1 工程概況

新建東二環-廣深跨線橋1～10 孔平行于現狀姬火路，為保證姬火路通行，橋墩蓋梁采用門架形式上跨姬火路，姬火路斷面組成：17m 車行道+4.5m 人行道?？紤]混凝土現澆支架對姬火路影響，蓋梁結構采用鋼結構。本文以9#墩為研究對象，9#墩為過渡墩，蓋梁跨徑23.8m，墩高5.8m，上部結構情況：小樁號側接8 片30m小箱梁，大樁號側接8片35m小箱梁。

2 蓋梁設計

鋼蓋梁設計采用單箱雙室結構，最小截面高度為2.27m，頂底板厚22mm，腹板厚25mm，最高截面高度為2.6m，頂底板厚30mm，邊腹板厚22mm，中腹板厚20mm，鋼材采用Q420qD。針對鋼蓋梁與橋墩連接方式提出3個方案進行分析。

方案一：剛接。

方案二：先鉸接后剛接。施工流程為：施工下部樁基、承臺、橋墩（包括墩頂鋼套安裝并灌注混凝土）→安裝蓋梁，蓋梁通過鋼套筒加勁板實現定位、限位，實現蓋梁與橋墩間的鉸接→吊裝上部主梁（澆筑濕接縫及調平層混凝土）→焊接橋墩鋼套筒與蓋梁間的連接件及對應焊縫，實現橋墩與蓋梁的剛接→施工瀝青混凝土鋪裝及防撞護欄等附屬結構。

方案三：一側剛接，另一側放支座。

適用于方案一、二的門架墩立面圖如圖1 所示，鋼蓋梁的平面圖及斷面圖如圖2所示。

圖1 門架墩立面圖（適用于方案一、二） （單位：m）

圖2 鋼蓋梁平面圖及斷面圖

3 計算分析

采用空間有限元軟件MIDAS CIVIL 進行計算分析，縱梁計算根據施工階段受力情況進行分析。

方案一分4個施工階段：第一階段為施工下部樁基、承臺、橋墩、安裝蓋梁（邊界：墩與蓋梁鉸接）；第二階段為吊梁、鋪裝及防撞護欄等附屬結構；第三階段為實現橋墩與蓋梁的剛接；第四階段為成橋十年使用階段。

方案二分為3 個施工階段：第一階段為施工下部樁基、承臺、橋墩、安裝蓋梁（邊界：墩梁剛接）；第二階段為吊梁及二期恒載；第三階段為成橋十年使用階段。

方案三分3 個施工階段：第一階段為施工下部樁基、承臺、橋墩、安裝蓋梁（邊界：一個橋墩剛接，另一個橋墩放支座）；第二階段為吊梁及二期恒載；第三階段為成橋十年使用階段[7-10]。

各方案的有限元分析模型見圖3，各方案的應力分析圖見圖4～圖6。承載能力極限狀態下蓋梁最大應力、柱頂內力見表1，不同荷載作用下的柱頂內力見表2。

圖3 三個方案的有限元分析模型

圖4 方案一梁單元應力圖（承載能力極限狀態）

圖5 方案二梁單元應力圖（承載能力極限狀態）

圖6 方案三梁單元應力圖（承載能力極限狀態）

表1 承載能力極限狀態下蓋梁最大應力、柱頂內力

表2 不同荷載作用下的柱頂內力

鋼材應力容許值為320/1.1=290.9MPa，蓋梁撓度容許值為23800/500=47.6mm。

表1 表明3 個方案蓋梁應力及撓度均在規范容許值內，其中方案一蓋梁在構造上還有一定優化空間。方案二與方案三蓋梁應力相對較大，在應力容許值范圍內，充分利用了鋼材的性能，比較經濟合理。3 個方案墩柱頂部彎矩差值較大，說明改變門架墩立柱與蓋梁的連接方式可大大改善立柱的受力狀況，經計算方案一橋墩結構需采用3m（橫向）×1.5m（縱向），橋墩縱向配置 2 排 Φ28 鋼筋，橋墩橫向配置 1 排 Φ28 鋼筋，滿足設計規范要求。方案二橋墩結構采用1.5m（橫橋向）×1.5m（橋向），橋墩橫向配置1 排Φ28 鋼筋，橋墩縱向配置1 排Φ32 鋼筋，滿足設計規范要求。方案三橋墩結構采用2m（橫橋向）×1.5m（橋向），橋墩橫向配置 1 排 Φ28 鋼筋，橋墩縱向配置 1 排 Φ32 鋼筋，滿足設計規范要求。方案一橋墩在構造與配筋上均要付出較大代價，不經濟不美觀，大跨徑門架墩采用墩、梁剛接應慎重考慮。

表2 表明在汽車荷載和溫度作用下，方案一、方案二立柱柱頂軸力、彎矩相同，溫度對墩柱結構產生較大的橫向彎矩，而方案3 由于一側柱設置了單向（橫橋向）活動支座，剛接柱柱頂、柱底節點由溫度產生的軸力、橫向彎矩很小。3個方案優劣對比見表3。

表3 方案對比表

4 結束語

通過對東二環-廣深跨線橋9#墩進行計算分析，得到以下結論：

（1）墩、梁的連接方式，對墩柱頂部控制彎矩影響很大，對蓋梁控制彎矩影響較小。溫度荷載對全剛接的門架墩彎矩影響顯著，在設計中要合理選擇結構形式。

（2）對于蓋梁跨越現狀道路，墩、梁先鉸接后剛接，優化了橋墩構造尺寸，減少了對現狀道路凈寬影響，降低了造價，提升了結構的輕盈美觀。

（3）當現狀條件受限只能采用鋼蓋梁時，要充分利用鋼結構強大的抗彎能力。

（4）對于墩柱較矮、凈寬不受限時采用大跨徑門架墩，建議橋墩與一側蓋梁固結，另一側橋墩放置支座，受力更為合理。