（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300000）

與一般連續(xù)梁橋相比，V形墩剛構(gòu)橋可以有效縮短跨徑，降低梁支點(diǎn)的負(fù)彎矩以及跨中的正彎矩，進(jìn)而降低梁的高度，在一定程度上節(jié)省了建筑材料，降低了建設(shè)成本。從外觀上來看，V形墩輕盈美觀，如果將V形墩斜腿的直線型處理成弧線形狀，即可設(shè)計(jì)成有弧線的拱形剛構(gòu)橋，此類型的橋梁符合傳統(tǒng)的曲線美。

目前，我國有許多建成并投入運(yùn)營的V形墩剛構(gòu)橋，如相對(duì)跨徑較大的廣州黃洲大橋等。V形墩剛構(gòu)橋兩個(gè)斜撐之間的墩梁固結(jié)區(qū)域受力較為復(fù)雜，是V形墩剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。此區(qū)域的常用設(shè)計(jì)方法有兩種：一是采用有限元進(jìn)行分析，控制截面應(yīng)力小于混凝土的拉應(yīng)力，以確保墩梁固結(jié)區(qū)域的剛性連接；二是基于錨固原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常做法是將斜腿中的鋼筋錨固到梁中，但這種方法并未考慮斜腿剛構(gòu)中應(yīng)力的傳遞途徑，存在一定的安全隱患。本文對(duì)常規(guī)的V形墩設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，并借助拉壓桿理論尋找合適的V形墩剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)區(qū)域的配筋設(shè)計(jì)方法。

一、采用應(yīng)力控制法進(jìn)行設(shè)計(jì)

采用應(yīng)力控制法進(jìn)行設(shè)計(jì)是確保墩梁固結(jié)區(qū)域有效連接的常用方法。此方法的設(shè)計(jì)思路為：總體上控制截面，通過調(diào)整截面形式、V墩的角度來優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布，最終實(shí)現(xiàn)墩梁固結(jié)區(qū)域的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程為：總體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)→利用桿系進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→按照圣維南原理選取局部固結(jié)區(qū)域進(jìn)行局部應(yīng)力分析→根據(jù)應(yīng)力情況判斷局部節(jié)點(diǎn)選取是否合適，若不合適，則調(diào)整局部結(jié)構(gòu)尺寸，按照流程重新計(jì)算。對(duì)于一些斜撐剛度較大的V形墩，如果調(diào)整截面尺寸后仍不能達(dá)到規(guī)定的應(yīng)力值，可以采取施加預(yù)應(yīng)力的方法。在地震作用下，根據(jù)強(qiáng)化設(shè)計(jì)理論，增強(qiáng)墩梁固結(jié)區(qū)域的抗力，相連區(qū)域則采用延性設(shè)計(jì)來保證墩梁固結(jié)區(qū)域的安全。

二、采用拉桿壓桿理論進(jìn)行設(shè)計(jì)

拉壓桿模型源于桁架模型，目前已被歐美各國的規(guī)范以及工程逐漸采用，國內(nèi)這方面的推廣工作也在有序進(jìn)行。V形墩剛構(gòu)橋中，凡是應(yīng)變分布基本符合伯努利平面應(yīng)變假定的結(jié)構(gòu)部分為B區(qū)域（B表示梁或伯努利），這種結(jié)構(gòu)可通過彎矩、剪力以及扭矩的復(fù)核達(dá)到強(qiáng)度要求。凡是應(yīng)力分布呈現(xiàn)明顯非線性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)部分為D區(qū)，即不連續(xù)區(qū)域或者擾亂區(qū)域，此區(qū)域的設(shè)計(jì)大多采用拉壓桿模型，設(shè)計(jì)流程為：根據(jù)應(yīng)力流向確定某結(jié)構(gòu)為D區(qū)還是B區(qū)→構(gòu)建D區(qū)拉壓桿模型→根據(jù)平衡條件確定拉壓桿模型中各個(gè)桿件的內(nèi)力→根據(jù)拉桿的內(nèi)力和鋼筋的應(yīng)力限制進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。V形墩剛構(gòu)橋固結(jié)區(qū)域應(yīng)力為紊亂區(qū)域，按照上述規(guī)定，此區(qū)域?yàn)镈區(qū)域，符合拉壓桿理論設(shè)計(jì)范疇。筆者以一個(gè)景觀V形墩剛構(gòu)橋?yàn)槔?，闡述固結(jié)區(qū)域的配筋設(shè)計(jì)，該橋的跨度布置為20m+25m+20m，橋面寬度為9m，采用單箱單室結(jié)構(gòu)，梁高取用等截面高度1.3m，橋梁總體布置如圖1所示。

圖1.橋梁總體布置圖

該橋二期恒荷載考慮20cm鋪裝層以及兩側(cè)10KN·m的防撞護(hù)欄等重量，車道荷載為公路一級(jí)車道荷載，其余參數(shù)均嚴(yán)格按照規(guī)范選取。結(jié)構(gòu)桿系計(jì)算采用橋梁設(shè)計(jì)常用計(jì)算手段，斜腿和梁交界處采用固結(jié)處理。為得到節(jié)點(diǎn)區(qū)域的拉應(yīng)力流向，本文利用MIDAS軟件，同時(shí)采用實(shí)體單元進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2.節(jié)點(diǎn)應(yīng)力流向圖

由圖2可知，拉應(yīng)力通過節(jié)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生了兩個(gè)流向，第一個(gè)流向沿梁方向傳播，這一部分應(yīng)力可以通過梁體系配筋得到滿足，另一個(gè)流向即應(yīng)力從梁體中流向了V形墩中。為實(shí)現(xiàn)拉應(yīng)力流向的連續(xù)性，保證節(jié)點(diǎn)區(qū)域的固結(jié)，固結(jié)區(qū)域應(yīng)配置適當(dāng)?shù)匿摻顫M足拉應(yīng)力的需要。在得到節(jié)點(diǎn)應(yīng)力流向的基礎(chǔ)上，判斷此處節(jié)點(diǎn)類型為CTT類型，其中T為拉力、C為壓力，初步建立了計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖3所示。

圖3.節(jié)點(diǎn)區(qū)計(jì)算簡(jiǎn)圖

由圖3可知，只要求出墩中拉力即可得到節(jié)點(diǎn)區(qū)域中拉力的大小，進(jìn)而得到合理的鋼筋配置。得到拉桿應(yīng)力后，按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）附錄B.3.2對(duì)受拉鋼筋進(jìn)行配置，具體公式為：

fsd為普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fpd為預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As, Ap分別為拉桿中的普通鋼筋截面面積和預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積。

通過以上分析可以得到，V形墩中的鋼筋不應(yīng)僅是錨固在梁中。事實(shí)上，V形墩中的鋼筋和梁的上表層鋼筋形成搭接關(guān)系，才能保證應(yīng)力沿著既定的軌跡線傳遞，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力二次分布。如果V形墩中的鋼筋僅僅按照錨固長(zhǎng)度錨固在梁體中，由于無法形成CTT節(jié)點(diǎn)區(qū)域，無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)力從梁體中到墩中的傳遞，此處節(jié)點(diǎn)將更接近于鉸節(jié)點(diǎn)，而不是傳統(tǒng)意義上的固結(jié)點(diǎn)，此時(shí)若按照錨固節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行鋼筋配置，則會(huì)存在一定的安全隱患。

三、結(jié)語

采用應(yīng)力控制法設(shè)計(jì)V形墩剛構(gòu)橋的墩梁固結(jié)區(qū)域是目前常用的設(shè)計(jì)方法，這種方法直觀明了，可以通過控制應(yīng)力的方法來解決節(jié)點(diǎn)區(qū)域的應(yīng)力傳遞問題。但也存在一個(gè)很大的問題——材料的不確定性，由于不符合抗震設(shè)計(jì)要求的延性設(shè)計(jì)理念，特別是在大的地震等不可預(yù)制的荷載作用下，其受力情況難以得到保證。

采用拉壓桿理論對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，可以很好地根據(jù)應(yīng)力的軌跡曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，只需要根據(jù)CTT類型中墩中的拉應(yīng)力就可以配置節(jié)點(diǎn)區(qū)域的鋼筋。由于在應(yīng)力軌跡線上配置了鋼筋，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)域具有很好的延性特征，符合抗震設(shè)計(jì)的延性設(shè)計(jì)理念。

配置固結(jié)區(qū)域鋼筋時(shí)，應(yīng)注意鋼筋的貫通，絕不能直接將V形墩中的鋼筋錨入固結(jié)區(qū)域，而是應(yīng)貫通節(jié)點(diǎn)域，使斜腿中的鋼筋與梁中的鋼筋形成有效搭接，因?yàn)樵贑TT類型中，鋼筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)域只是搭接關(guān)系，不存在錨固關(guān)系。