天水市渭河大桥门形墩预应力设计

母渤海

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 概述

该桥桥型应与当地的自然景观、地域特色和人文历史相融合。大桥除满足使用期内的使用功能外，应充分考虑桥梁的整体景观效果要求，线形力求平顺、圆滑、流畅，桥型线条简洁、明快，如图1所示。

图1 桥梁效果图

基于这一理念，该桥采用4×30 m+3×30 m+4×30 m先简支后连续预应力组合箱梁结构。上部结构采用装配式预应力混凝土箱形连续梁桥上部构造进行设计。

桥墩采用门形墩，基础采用分离式承台基础，承台截面为矩形，横桥向尺寸为6.3 m，顺桥向尺寸为6.3 m，承台厚度为2.0 m。承台采用C40抗硫混凝土。每个承台基础采用4根ø1500 mm钻孔灌注桩。

2 计算参数

2.1 材料

（1）墩柱混凝土容重均取γ=26 kN/m3。

（2）波纹管管道摩擦系数μ=0.155，管道偏差系数 k=0.001 5，钢筋回缩和锚具变形以6 mm计。

2.2 其他

（1）道路等级：城市次干路Ⅱ级。

（2）汽车荷载：公路Ⅰ级。

（3）人群荷载：3.5 kN/m2。

（4）温度荷载：考虑整体升降温±25℃。

（5）沉降量：考虑同一里程处两墩沉降量10 mm。

（6）考虑材料收缩徐变影响。

（7）门形墩横梁按照A类构件设计。

3 模型分析

3.1 模型简介

利用空间有限元程序MIDAS/Civil 2010分别建立上下部模型。

上部结构建模除考虑恒（含二期）、活载作用外，应考虑桥墩纵向沉降影响。每联建模比较每个墩位处简支、连续两种工况时传到门形墩上的力，确定控制工况。

下部结构建模按照实际墩高、尺寸建模，承台底模拟桩顶刚度。考虑横向沉降差影响。现仅选一联内中墩建模分析，如图2所示。

图2 结构计算模型

门墩横梁为2 m×2 m，立柱为2 m×1.8 m，承台为6.3 m×6.3 m×2 m。所选墩高H=6.0 m。门形墩构造图和横断面布置图如图3、图4所示。

3.2 工况分析

3.2.1 门形墩施工

通过搭设脚手架及贝雷梁完成门形墩的混凝土浇筑，待吊装箱梁完成后，支架可视情况拆除。

3.2.2 吊装箱梁

吊装到位的箱梁均为30 m简支梁，作用于横梁的临时支座位置（对于边墩为永久支座）。对于每联边墩而言，此工况有可能成为荷载作用最大的控制工况。

图3 门形墩构造图（单位：cm）

图4 横断面布置图

3.2.3 体系

第一阶段：箱梁安装就位后，连接桥面及接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，布设接头段波纹管并穿束，浇筑接头段及负弯矩束长度范围内的桥面板。此时接头段应作为结构自重荷载施加在门形墩横梁上。

第二阶段：接头段混凝土达到设计强度85%后，张拉顶板负弯矩预应力钢束，并压浆，完成体系转换，上部荷载按照连续梁体系分析计算。

3.3 预应力计算

3.3.1 门形墩施工

门形墩浇筑完成，混凝土并达到设计强度后，张拉靠近下缘的一排钢束中的其中三根。横梁上拱不足1 mm。

3.3.2 吊装箱梁

箱梁逐片吊装，同时逐根张拉横梁钢束。吊装顺序及数量应与张拉钢束匹配，见表1。

表1 吊装箱梁工况下上部荷载的临时支座反力表

压应力σcc=18.08 MPa≤0.7 fck'；拉应力σct=1.53 MPa≤0.7 ftk'，预拉区纵向钢筋配筋率不小于0.2%，如图5、图6所示。

图5 截面下缘应力（单位：kN/㎡）

图6 截面上缘应力（单位：kN/㎡）

3.3.3 成桥分析

由于体系的转换，成桥后传至该桥墩的上部荷载发生变化，见表2。

最大压应力为15.4 MPa≤0.5×32.4 MPa=16.2 MPa，如图7所示。

最大拉应力为0.23 MPa≤0.7×2.65MPa=1.86 MPa，如图8所示。

表2 上部荷载的支座反力

图7 标准组合压应力（单位：kN/㎡）

图8 短期组合拉应力（单位：kN/㎡）

最大拉应力为0.23 MPa≤0.5×2.65 MPa=1.325 MPa，如图9所示。

图9 短期组合主拉应力（单位：kN/㎡）

成桥后，恒载与活载产生的横梁下挠约4 mm，横梁可不设置预拱度，如图10所示。

4 结语

通过对门形墩的分析，确定了不同施工阶段预应力的张拉顺序，为施工及监控提供了依据，结构安全性得到了保障。门形墩的预应力设计与施工过程密不可分，设计中切不可一味套用，应视个例工况仔细分析。