狮桥高架桥门架式桥墩的方案设计与比选

周指示 李 凯

(安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽合肥 230014)

1 概述

宁宣杭高速公路宁国—千秋关段在K23+000处(狮桥村附近)设置狮桥高架桥跨越S104，高速公路与S104夹角15°。根据S104所属部门意见及设置孔径要求，该处单孔孔径40m，第8号，第9号桥墩需要设置门架式桥墩。

由于场地表层覆土厚度大约1 m，下面为中风化石灰岩，桥墩高度约8 m。根据墩高及桥墩布置形式，同时为了合理配置盖梁与墩柱刚度比值，桥墩采用矩形墩，横向桥宽1.6 m、顺桥向宽2 m，见图1，图2。

图1 门架墩平面布置图

2 门架墩方案设计

由于桥墩较矮、地基对桥墩的嵌固作用较好，两桥墩间距20.5 m、间距较大，为了考虑恒载、温度荷载及预应力荷载对桥墩的影响，合理配置桥墩受力形式，桥墩与盖梁连接主要有三种结构形式:桥墩与盖梁完全固结、一个墩与盖梁中间设置支座其余两个桥墩固结及桥墩与盖梁设置支座，如图3所示。

图2 9号桥墩门架墩立面图

3 方案分析

盖梁采用桥梁博士3.2进行计算，并考虑升降温度20℃的影响。

方案:一桥墩盖梁与墩柱固结，为盖梁通常的设计方法。

图4 计算模型

通过图4计算，发现收缩许变、预应力荷载及降温荷载对9a桥墩弯矩影响较大，以第37单元为例，在各种荷载作用下的内力计算结果见表1。

表1 9a桥墩第37单元计算结果

9b桥墩所受轴力较大，其45单元内力计算结果见表2。

表2 9b桥墩第45单元计算结果

9c桥墩所受内力较小，其53单元计算结果见表3。

表3 9c桥墩第53单元计算结果

由表1～表3可以看出，温度对9a，9b桥墩结构的内力影响较大，其引起的弯矩占自重荷载引起的弯矩分别为19.8%及16.2%，预应力荷载对桥墩的影响相对较小，其引起的弯矩占自重荷载引起的弯矩各为10.6%，且随着墩柱截面尺寸的增加内力也相应增大。各种荷载对9c桥墩的影响很小。

方案二:通过对方案一计算得知，9b桥墩受到的轴力最大，恒载作用下，其轴力为9a桥墩的2.17倍、为9c桥墩的161倍，同时9b桥墩还要承担自重、温度等荷载引起的弯矩。为了减小9b桥墩的内力，提出了方案二，即在9b墩顶设置支座，9a，9c墩仍采用桥墩与盖梁固结形式。第37单元内力计算结果见表4。

表4 9a桥墩第37单元计算结果

9c桥墩所受力较小，其53单元计算结果见表5。

方案三:为了减小桥墩弯矩，使桥墩主要承受竖向力荷载，将桥墩与盖梁之间设置支座，参照文献［3］在上部T梁与盖梁之间设置墩梁固结形式见图5。

表5 9c桥墩第53单元计算结果

图5 方案三9号桥墩立面图

4 方案比选

根据计算结果，在方案一盖梁内张拉预应力对9a，9b桥墩有影响，9a桥墩墩顶所受弯矩较大，在增加桥墩截面的情况下，受到温度等因素的影响，桥墩内力也在增大。经综合考虑，桥墩截面尺寸取1.6 m×2 m，9b桥墩每侧配双层Φ28钢筋，9a桥墩外侧配置双层Φ32钢筋，内侧配置双层Φ28钢筋;方案二桥墩内力较方案一有所减小，适当调整预应力钢束，9a，9b墩接近轴心受压构件，但是在荷载综合作用下，9c墩为受拉构件;方案三盖梁为连续梁构件，盖梁内预应力张拉对桥墩影响较小，同时桥墩与盖梁完全独立，但是该方案需要采取墩梁固结措施，施工工艺较为复杂。经综合比较，采用方案一为推荐方案。

5 结语

1)门架式桥墩由于墩柱截面相对较小，盖梁截面相对较大，桥墩抗弯问题为桥墩的设计关键;2)在桥墩高度相对较矮的情况下，盖梁内预应力张拉、温度等因素对桥墩影响较大;3)盖梁及桥墩在恒载作用下内力均较大，在设计时若能选择重量较轻的其他上部结构形式将会改善桥墩的受力状态;4)若能在桥墩内设置预应力，解决方案二9c桥墩抗拉问题，则方案二其他两个桥墩受力可大大改善。

［1］缪伟民.大跨度门架墩结构计算与分析［J］.中国水运，2010(4):162-164.

［2］陈明清.大跨度门架墩设计与探讨［J］.城市道桥与防洪，2009(8):49-51.

［3］倪 全，宋连林.装配式T梁连续刚构桥设计［J］.公路，2008(7):198-201.