溫小勇

摘 要：城市立交匝道橋具有大縱坡、小半徑、橋下用地緊張的典型特征，花瓶墩因外形美觀、占地面積小在城市立交匝道橋設(shè)計中得以廣泛運用。本文結(jié)合工程實例，通過比對花瓶墩計算結(jié)果，總結(jié)經(jīng)驗為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：城市立交;匝道橋;花瓶墩墩身設(shè)計

中圖分類號：U412.352.12 文獻標(biāo)識碼：A

隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展，汽車保有量迅速增長，為疏解節(jié)點交通、實現(xiàn)交通流快速轉(zhuǎn)換，城市立交得以大量建設(shè)。受城區(qū)復(fù)雜的建設(shè)條件影響，匝道橋下部結(jié)構(gòu)選型也受到頗多限制?；ㄆ慷找蛲庑蚊烙^、占地面積小在城市立交匝道橋設(shè)計中得以廣泛運用?；ㄆ慷斩枕敂U頭部位受力較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)模擬計算難度較大。2018版《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》對花瓶墩如何模擬計算做出了明確規(guī)定，本文結(jié)合某城市立交工程實例，對花瓶墩結(jié)構(gòu)按不同模型計算、比對計算結(jié)果，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 立交總體布置簡介

西南某市跨江大橋橋頭立交改造工程，共設(shè)七條匝道實現(xiàn)跨江大橋與橋下道路的互聯(lián)互通，其中ABCEF匝道采用橋梁形式。本項目由分離式立交改造為互通式立交，周邊緊鄰建成小區(qū)及已出讓土地，用地緊張;項目位于中心城區(qū)、臨江主干道景觀要求高。為充分利用橋下空間、節(jié)約用地，下部結(jié)構(gòu)擬采用花瓶墩，采用承臺接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基采用旋挖鉆成孔、按端承樁設(shè)計。

1.2 A匝道橋設(shè)計方案

A匝道橋全寬10.5 m，標(biāo)準橫斷面布置為3 m（人行道）+7 m（車行道）+0.5 m（護欄）。橋梁最小半徑150 m，橋梁最大縱坡4.7%，最大超高反向1.5%。

上部結(jié)構(gòu)采用4×30 m+3×30 m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，梁高1.7 m，直腹板箱梁頂寬10.5 m，底寬6.5 m，采用單箱雙室截面。梁底設(shè)置縱向限位擋塊避免主梁滑移。采用Midas civil建立彎橋梁格模型，P1墩最大支反力計算結(jié)果：基本組合為6 500 kN，內(nèi)側(cè)支座反力為2 575 kN，外側(cè)支座反力為4 932 kN。

下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩接承臺樁基礎(chǔ)，花瓶墩底截面為3.0×1.6 m，墩頂截面為7.7×1.6 m，承臺尺寸6.8×3.0×2.5 m，采用直徑1.6 m單排樁基礎(chǔ)。

2 墩頂配筋驗算

根據(jù)工程經(jīng)驗，橋墩頂部2 m范圍參照蓋梁配筋：頂緣配2排根直徑28 mmHRB400鋼筋， 每排16根;底緣配一排15根直徑22 mmHRB400鋼筋。墩身橫橋向布置27根，順橋向布置11根直徑28 mmHRB400鋼筋（單側(cè)）。根據(jù)相關(guān)規(guī)范進行橋墩安全驗算。本項目花瓶墩墩頂設(shè)雙支座，受力模式為設(shè)蓋梁的獨柱墩。墩頂蓋梁受力類似于深梁或牛腿，分別采用拉壓桿模型和牛腿模型計算墩頂抗拉承載力。

2.1 按牛腿模型驗算

根據(jù)《公預(yù)規(guī)》5.2.2條、6.4.3條驗算牛腿根部抗彎承載力和裂縫寬度。模擬牛腿模型（圖1），采用橋梁博士建模驗算，結(jié)果如下：

（1）承載能力極限狀態(tài)荷載組合Ⅰ強度驗算結(jié)果：

最大彎矩強度驗算

截面受力性質(zhì)：上拉受彎

內(nèi)力描述：Mj=-6 440 kN.M。

截面抗力：MR=-14 100 kN.M>Mj（滿足）。

最小配筋面積Ag=7.48×10-3m2<實際配筋面積Ag=1.97×10-2m2（滿足）。

（2）正常使用極限狀態(tài)荷載組合Ⅱ裂縫寬度驗算結(jié)果：

長期荷載裂縫寬度： d_f = 0.186 mm（滿足）。

容許裂縫寬度： d_fo = 0.2 mm。

2.2 按拉壓桿模型驗算

本項目花瓶墩墩頂設(shè)雙支座，受力模式為設(shè)蓋梁的獨柱墩。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》8.4.7條，墩頂受力類似于深梁或牛腿，可采用拉壓桿模型（圖2）計算墩頂抗拉承載力。

（1）抗拉承載力驗算。墩頂?shù)臋M向拉力：Tt，d ?=0.45×

6 500× （2×4 900 - 1 600） ÷ 5 000 = 4 797.0 kN;拉桿的承載力：Rt，d = 330×（32×615） =6 494.4 kN>Tt，d;由于γ0 Tt，d = 1.1 ×4 797 .0= 5 276.7 kN

（2）壓桿、節(jié)點承載力驗算。根據(jù)《公預(yù)規(guī)》8.4.7條條文說明“墩帽拉壓桿模型中斜壓桿的有效橫截面積較大，壓桿和節(jié)點承載力不控制設(shè)計，只需進行拉桿配筋驗算”。

（3）裂縫寬度驗算。根據(jù)《公預(yù)規(guī)》第6.4.3條計算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件最大裂縫寬度。經(jīng)對比牛腿計算模型和拉壓桿計算模型，在配筋相同的情況下，墩頂各截面實際高度均大于牛腿模型，隨著截面高度增加，鋼筋應(yīng)力減小，裂縫寬度相應(yīng)減小。故拉壓桿模型計算裂縫寬度小于牛腿模型計算結(jié)果。

2.3 抗剪承載力驗算

根據(jù)對比牛腿模型（圖1）及拉壓桿模型（圖2），牛腿模型根部截面高度小于拉壓桿模型，選擇牛腿模型進行抗剪計算偏安全。

（1）抗剪截面尺寸驗算。根據(jù)《公預(yù)規(guī)》5.2.11規(guī)定，矩形截面的受彎構(gòu)件，抗剪截面應(yīng)符合下列要求：

剪力效應(yīng)：Υ0Vd=1.1×6 500=7 150 kN，截面抗剪抵抗力：=0.51×10-3×sqrt（40） ×106×1.6×（2.31-0.09）=11 457.1 kN>7 150 kN（滿足）。

（2）抗剪承載力驗算。結(jié)構(gòu)未設(shè)置抗剪鋼筋，故根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》4.0.13 條計算：

剪力效應(yīng)：Υ0Vd=1.1×6 500=7 150 kN，抗剪承載力=1.6×2.06×2.48×103+（0.7×6 494）÷1.4=11 421.1 kN。安全系數(shù)為1.59，滿足規(guī)范抗剪承載力要求。

3 結(jié)語

（1）花瓶墩具有明顯的深梁抗彎抗剪受力特性，《公預(yù)規(guī)》明確提出可采用拉壓桿模型計算。同等尺寸及配筋條件下，拉壓桿模型計算安全系數(shù)略小于牛腿模型，實際工程實踐中宜采用拉壓桿模型計算，再將鋼筋應(yīng)力代入裂縫寬度公式計算裂縫，檢查裂縫寬度是否超限。

（2）深梁中水平和豎向鋼筋對受剪承載力的作用有限[4]，通過提高墩帽混凝土強度等級和加大截面尺寸能夠有效提升墩帽抗剪能力，花瓶墩由于截面高度較大，僅混凝土截面抗剪能力即可滿足抗剪要求，通常構(gòu)造鋼筋即可。但墩頂9/h高度范圍為墩頂受拉區(qū)，應(yīng)根據(jù)拉桿計算模型配置受拉鋼筋。

（3）根據(jù)計算結(jié)果結(jié)合工程經(jīng)驗加大花瓶墩墩帽厚度可明顯改善花瓶墩墩頂受力狀態(tài)。當(dāng)受橋下空間或其他建設(shè)條件限制必須減小墩帽高度時，必須根據(jù)計算結(jié)果配置足夠面積的受拉鋼筋，必要時可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，避免因拉桿承載力不足導(dǎo)致墩頂豎向開裂。

（4）小半徑匝道橋加大支座間距有利于提高橋梁橫向穩(wěn)定，但支座間距的加大又不利于花瓶墩墩頂受力，工程實踐中應(yīng)統(tǒng)籌考慮上下部結(jié)構(gòu)受力關(guān)系，以免顧此失彼。

（5）小半徑彎橋內(nèi)、外側(cè)支反力差別較大。墩身截面強度、裂縫驗算除了考慮順橋向彎矩的影響外，還應(yīng)注意不均衡支反力產(chǎn)生的橫向彎矩影響，加強墩柱配筋設(shè)計。

參考文獻：

[1]JTGD60-2015公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[2]JTG3362-2018公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTGD61-2005公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[4]劉華新，孫榮書，張曉東.鋼筋混凝土深梁抗剪承載力影響因素分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29（02）：67.