胡 文

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限責(zé)任公司廣州分公司, 廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市道路建設(shè)的大力發(fā)展，道路交叉情況越來越多。為了跨越現(xiàn)狀道路，通常需要增大蓋梁跨度來滿足通行需求，所以鋼蓋梁門架墩與預(yù)應(yīng)力門架墩成為了一種常用結(jié)構(gòu)形式。預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁搭設(shè)支架現(xiàn)澆，對(duì)交通影響較大，鋼蓋梁可在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝，對(duì)交通的影響較小[1-3]。門架墩按照鋼蓋梁與立柱橋墩的連接方式，常規(guī)思路采用直接剛接，受力明確，施工簡(jiǎn)便。對(duì)于一些特殊工程，需轉(zhuǎn)化思路，調(diào)整墩、梁連接形式，如：先鉸接，后剛接；一端剛接，一端放支座[4-6]。本文將結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)于鋼蓋梁的門架墩結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析。

1 工程概況

新建東二環(huán)-廣深跨線橋1～10 孔平行于現(xiàn)狀姬火路，為保證姬火路通行，橋墩蓋梁采用門架形式上跨姬火路，姬火路斷面組成：17m 車行道+4.5m 人行道?？紤]混凝土現(xiàn)澆支架對(duì)姬火路影響，蓋梁結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)。本文以9#墩為研究對(duì)象，9#墩為過渡墩，蓋梁跨徑23.8m，墩高5.8m，上部結(jié)構(gòu)情況：小樁號(hào)側(cè)接8 片30m小箱梁，大樁號(hào)側(cè)接8片35m小箱梁。

2 蓋梁設(shè)計(jì)

鋼蓋梁設(shè)計(jì)采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，最小截面高度為2.27m，頂?shù)装搴?2mm，腹板厚25mm，最高截面高度為2.6m，頂?shù)装搴?0mm，邊腹板厚22mm，中腹板厚20mm，鋼材采用Q420qD。針對(duì)鋼蓋梁與橋墩連接方式提出3個(gè)方案進(jìn)行分析。

方案一：剛接。

方案二：先鉸接后剛接。施工流程為：施工下部樁基、承臺(tái)、橋墩（包括墩頂鋼套安裝并灌注混凝土）→安裝蓋梁，蓋梁通過鋼套筒加勁板實(shí)現(xiàn)定位、限位，實(shí)現(xiàn)蓋梁與橋墩間的鉸接→吊裝上部主梁（澆筑濕接縫及調(diào)平層混凝土）→焊接橋墩鋼套筒與蓋梁間的連接件及對(duì)應(yīng)焊縫，實(shí)現(xiàn)橋墩與蓋梁的剛接→施工瀝青混凝土鋪裝及防撞護(hù)欄等附屬結(jié)構(gòu)。

方案三：一側(cè)剛接，另一側(cè)放支座。

適用于方案一、二的門架墩立面圖如圖1 所示，鋼蓋梁的平面圖及斷面圖如圖2所示。

圖1 門架墩立面圖（適用于方案一、二） （單位：m）

圖2 鋼蓋梁平面圖及斷面圖

3 計(jì)算分析

采用空間有限元軟件MIDAS CIVIL 進(jìn)行計(jì)算分析，縱梁計(jì)算根據(jù)施工階段受力情況進(jìn)行分析。

方案一分4個(gè)施工階段：第一階段為施工下部樁基、承臺(tái)、橋墩、安裝蓋梁（邊界：墩與蓋梁鉸接）；第二階段為吊梁、鋪裝及防撞護(hù)欄等附屬結(jié)構(gòu)；第三階段為實(shí)現(xiàn)橋墩與蓋梁的剛接；第四階段為成橋十年使用階段。

方案二分為3 個(gè)施工階段：第一階段為施工下部樁基、承臺(tái)、橋墩、安裝蓋梁（邊界：墩梁剛接）；第二階段為吊梁及二期恒載；第三階段為成橋十年使用階段。

方案三分3 個(gè)施工階段：第一階段為施工下部樁基、承臺(tái)、橋墩、安裝蓋梁（邊界：一個(gè)橋墩剛接，另一個(gè)橋墩放支座）；第二階段為吊梁及二期恒載；第三階段為成橋十年使用階段[7-10]。

各方案的有限元分析模型見圖3，各方案的應(yīng)力分析圖見圖4～圖6。承載能力極限狀態(tài)下蓋梁最大應(yīng)力、柱頂內(nèi)力見表1，不同荷載作用下的柱頂內(nèi)力見表2。

圖3 三個(gè)方案的有限元分析模型

圖4 方案一梁?jiǎn)卧獞?yīng)力圖（承載能力極限狀態(tài)）

圖5 方案二梁?jiǎn)卧獞?yīng)力圖（承載能力極限狀態(tài)）

圖6 方案三梁?jiǎn)卧獞?yīng)力圖（承載能力極限狀態(tài)）

表1 承載能力極限狀態(tài)下蓋梁最大應(yīng)力、柱頂內(nèi)力

表2 不同荷載作用下的柱頂內(nèi)力

鋼材應(yīng)力容許值為320/1.1=290.9MPa，蓋梁撓度容許值為23800/500=47.6mm。

表1 表明3 個(gè)方案蓋梁應(yīng)力及撓度均在規(guī)范容許值內(nèi)，其中方案一蓋梁在構(gòu)造上還有一定優(yōu)化空間。方案二與方案三蓋梁應(yīng)力相對(duì)較大，在應(yīng)力容許值范圍內(nèi)，充分利用了鋼材的性能，比較經(jīng)濟(jì)合理。3 個(gè)方案墩柱頂部彎矩差值較大，說明改變門架墩立柱與蓋梁的連接方式可大大改善立柱的受力狀況，經(jīng)計(jì)算方案一橋墩結(jié)構(gòu)需采用3m（橫向）×1.5m（縱向），橋墩縱向配置 2 排 Φ28 鋼筋，橋墩橫向配置 1 排 Φ28 鋼筋，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。方案二橋墩結(jié)構(gòu)采用1.5m（橫橋向）×1.5m（橋向），橋墩橫向配置1 排Φ28 鋼筋，橋墩縱向配置1 排Φ32 鋼筋，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。方案三橋墩結(jié)構(gòu)采用2m（橫橋向）×1.5m（橋向），橋墩橫向配置 1 排 Φ28 鋼筋，橋墩縱向配置 1 排 Φ32 鋼筋，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。方案一橋墩在構(gòu)造與配筋上均要付出較大代價(jià)，不經(jīng)濟(jì)不美觀，大跨徑門架墩采用墩、梁剛接應(yīng)慎重考慮。

表2 表明在汽車荷載和溫度作用下，方案一、方案二立柱柱頂軸力、彎矩相同，溫度對(duì)墩柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的橫向彎矩，而方案3 由于一側(cè)柱設(shè)置了單向（橫橋向）活動(dòng)支座，剛接柱柱頂、柱底節(jié)點(diǎn)由溫度產(chǎn)生的軸力、橫向彎矩很小。3個(gè)方案優(yōu)劣對(duì)比見表3。

表3 方案對(duì)比表

4 結(jié)束語

通過對(duì)東二環(huán)-廣深跨線橋9#墩進(jìn)行計(jì)算分析，得到以下結(jié)論：

（1）墩、梁的連接方式，對(duì)墩柱頂部控制彎矩影響很大，對(duì)蓋梁控制彎矩影響較小。溫度荷載對(duì)全剛接的門架墩彎矩影響顯著，在設(shè)計(jì)中要合理選擇結(jié)構(gòu)形式。

（2）對(duì)于蓋梁跨越現(xiàn)狀道路，墩、梁先鉸接后剛接，優(yōu)化了橋墩構(gòu)造尺寸，減少了對(duì)現(xiàn)狀道路凈寬影響，降低了造價(jià)，提升了結(jié)構(gòu)的輕盈美觀。

（3）當(dāng)現(xiàn)狀條件受限只能采用鋼蓋梁時(shí)，要充分利用鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)大的抗彎能力。

（4）對(duì)于墩柱較矮、凈寬不受限時(shí)采用大跨徑門架墩，建議橋墩與一側(cè)蓋梁固結(jié)，另一側(cè)橋墩放置支座，受力更為合理。