獅橋高架橋門架式橋墩的方案設(shè)計(jì)與比選

周指示 李 凱

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽合肥 230014)

1 概述

寧宣杭高速公路寧國(guó)—千秋關(guān)段在K23+000處(獅橋村附近)設(shè)置獅橋高架橋跨越S104，高速公路與S104夾角15°。根據(jù)S104所屬部門意見(jiàn)及設(shè)置孔徑要求，該處單孔孔徑40m，第8號(hào)，第9號(hào)橋墩需要設(shè)置門架式橋墩。

由于場(chǎng)地表層覆土厚度大約1 m，下面為中風(fēng)化石灰?guī)r，橋墩高度約8 m。根據(jù)墩高及橋墩布置形式，同時(shí)為了合理配置蓋梁與墩柱剛度比值，橋墩采用矩形墩，橫向橋?qū)?.6 m、順橋向?qū)? m，見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 門架墩平面布置圖

2 門架墩方案設(shè)計(jì)

由于橋墩較矮、地基對(duì)橋墩的嵌固作用較好，兩橋墩間距20.5 m、間距較大，為了考慮恒載、溫度荷載及預(yù)應(yīng)力荷載對(duì)橋墩的影響，合理配置橋墩受力形式，橋墩與蓋梁連接主要有三種結(jié)構(gòu)形式:橋墩與蓋梁完全固結(jié)、一個(gè)墩與蓋梁中間設(shè)置支座其余兩個(gè)橋墩固結(jié)及橋墩與蓋梁設(shè)置支座，如圖3所示。

圖2 9號(hào)橋墩門架墩立面圖

3 方案分析

蓋梁采用橋梁博士3.2進(jìn)行計(jì)算，并考慮升降溫度20℃的影響。

方案:一橋墩蓋梁與墩柱固結(jié)，為蓋梁通常的設(shè)計(jì)方法。

圖4 計(jì)算模型

通過(guò)圖4計(jì)算，發(fā)現(xiàn)收縮許變、預(yù)應(yīng)力荷載及降溫荷載對(duì)9a橋墩彎矩影響較大，以第37單元為例，在各種荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 9a橋墩第37單元計(jì)算結(jié)果

9b橋墩所受軸力較大，其45單元內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 9b橋墩第45單元計(jì)算結(jié)果

9c橋墩所受內(nèi)力較小，其53單元計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 9c橋墩第53單元計(jì)算結(jié)果

由表1～表3可以看出，溫度對(duì)9a，9b橋墩結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響較大，其引起的彎矩占自重荷載引起的彎矩分別為19.8%及16.2%，預(yù)應(yīng)力荷載對(duì)橋墩的影響相對(duì)較小，其引起的彎矩占自重荷載引起的彎矩各為10.6%，且隨著墩柱截面尺寸的增加內(nèi)力也相應(yīng)增大。各種荷載對(duì)9c橋墩的影響很小。

方案二:通過(guò)對(duì)方案一計(jì)算得知，9b橋墩受到的軸力最大，恒載作用下，其軸力為9a橋墩的2.17倍、為9c橋墩的161倍，同時(shí)9b橋墩還要承擔(dān)自重、溫度等荷載引起的彎矩。為了減小9b橋墩的內(nèi)力，提出了方案二，即在9b墩頂設(shè)置支座，9a，9c墩仍采用橋墩與蓋梁固結(jié)形式。第37單元內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 9a橋墩第37單元計(jì)算結(jié)果

9c橋墩所受力較小，其53單元計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

方案三:為了減小橋墩彎矩，使橋墩主要承受豎向力荷載，將橋墩與蓋梁之間設(shè)置支座，參照文獻(xiàn)［3］在上部T梁與蓋梁之間設(shè)置墩梁固結(jié)形式見(jiàn)圖5。

表5 9c橋墩第53單元計(jì)算結(jié)果

圖5 方案三9號(hào)橋墩立面圖

4 方案比選

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在方案一蓋梁內(nèi)張拉預(yù)應(yīng)力對(duì)9a，9b橋墩有影響，9a橋墩墩頂所受彎矩較大，在增加橋墩截面的情況下，受到溫度等因素的影響，橋墩內(nèi)力也在增大。經(jīng)綜合考慮，橋墩截面尺寸取1.6 m×2 m，9b橋墩每側(cè)配雙層Φ28鋼筋，9a橋墩外側(cè)配置雙層Φ32鋼筋，內(nèi)側(cè)配置雙層Φ28鋼筋;方案二橋墩內(nèi)力較方案一有所減小，適當(dāng)調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼束，9a，9b墩接近軸心受壓構(gòu)件，但是在荷載綜合作用下，9c墩為受拉構(gòu)件;方案三蓋梁為連續(xù)梁構(gòu)件，蓋梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉對(duì)橋墩影響較小，同時(shí)橋墩與蓋梁完全獨(dú)立，但是該方案需要采取墩梁固結(jié)措施，施工工藝較為復(fù)雜。經(jīng)綜合比較，采用方案一為推薦方案。

5 結(jié)語(yǔ)

1)門架式橋墩由于墩柱截面相對(duì)較小，蓋梁截面相對(duì)較大，橋墩抗彎問(wèn)題為橋墩的設(shè)計(jì)關(guān)鍵;2)在橋墩高度相對(duì)較矮的情況下，蓋梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉、溫度等因素對(duì)橋墩影響較大;3)蓋梁及橋墩在恒載作用下內(nèi)力均較大，在設(shè)計(jì)時(shí)若能選擇重量較輕的其他上部結(jié)構(gòu)形式將會(huì)改善橋墩的受力狀態(tài);4)若能在橋墩內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力，解決方案二9c橋墩抗拉問(wèn)題，則方案二其他兩個(gè)橋墩受力可大大改善。

［1］繆偉民.大跨度門架墩結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析［J］.中國(guó)水運(yùn)，2010(4):162-164.

［2］陳明清.大跨度門架墩設(shè)計(jì)與探討［J］.城市道橋與防洪，2009(8):49-51.

［3］倪 全，宋連林.裝配式T梁連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)［J］.公路，2008(7):198-201.