楊 林，饒浩淼

（1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610；2.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展，土地資源日趨緊張，同時(shí)為了避開城市地下復(fù)雜的管線及現(xiàn)有構(gòu)筑物，城市立交、高架橋的下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了很多異型橋墩，主要包括Y 型墩、V 型墩、X 型墩[1-3]和彈弓型墩。

（1）Y 型墩是獨(dú)柱墩的一種，其底面采用圓端形或矩形截面形式，上部柱墩采用分叉的Y 形式。Y型墩占用橋下空間小，受力性能良好，抗傾覆能力好。Y 型墩運(yùn)用在渝遂高速公路黃木溝高架橋。

（2）V 型墩是指下部由基礎(chǔ)頂面直接分叉的橋墩, 根據(jù)分叉方向分為橫向V 型墩和縱向V 型墩，橫向V 型墩和Y 型墩類似，縱向V 型墩常與主梁固結(jié)，應(yīng)用在很多連續(xù)剛構(gòu)橋梁中。

（3）X 型墩是指底部與上部分叉，在中間相交的橋墩形式，常用在跨河橋，橋下的空間小，有助于水流的通行，其受力特性和Y 型墩相似，運(yùn)用在較多橋梁上。

（4）彈弓型墩是指在Y 型墩蓋梁上設(shè)置上層墩柱及蓋梁，支撐上層橋梁，橋墩整體外形呈彈弓形，在不增加占地的情況下解決立交橋梁的支撐問題。深圳地鐵6號(hào)線出入段線段部分橋墩采用了彈弓型墩。

本文選取比較典型且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的彈弓型墩進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

1 基本構(gòu)造

橋墩由下部墩柱、下部蓋梁、上部墩柱和上部蓋梁組成。墩柱、蓋梁及支承墊石均采用C50 混凝土，橋墩構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 橋墩構(gòu)造圖（單位：mm）

墩柱采用圓端形矩形截面，橫橋向4.0 m，縱橋向2.8 m；蓋梁采用變高度矩形截面，寬3.0 m，高2.5～3.4 m；立柱采用矩形截面，橫橋向1.8 m，縱橋向2.4 m，立柱底端內(nèi)側(cè)增加1.2 m 的倒角；墩帽橫橋向?qū)?.7 m，縱橋向與立柱同寬。橫向共四條線路，下部橫梁上布置兩條主線，上部橫梁上左右各布置一條出入段線。活載為采用地鐵A 型車，車輛滿載荷載按軸重160 kN。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

相對(duì)于常規(guī)橋墩，彈弓型墩的上層橋墩為開口結(jié)構(gòu)，變形較大，鐵路橋梁對(duì)結(jié)構(gòu)剛度要求高，需要對(duì)橋墩的剛度及變形引起的主梁相對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制；橋墩構(gòu)件交點(diǎn)較多，應(yīng)力集中點(diǎn)較多，需要進(jìn)行實(shí)體分析判斷局部應(yīng)力是否超限；下蓋梁同時(shí)承受下層主梁荷載和上層橋墩、主梁荷載，受力復(fù)雜，需重點(diǎn)計(jì)算分析，加強(qiáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)。

3 剛度計(jì)算

3.1 縱向線剛度

為了增大橋墩剛度，在凈空受限、上部不能做系梁的情況下，在上墩柱下部增設(shè)倒角，增加上墩柱與下蓋梁的連接，從而增加整墩剛度?？v向線剛度計(jì)算詳見表1。

表1 縱向線剛度計(jì)算結(jié)果

滿足最小限值360 kN/cm 的限值。

3.2 聯(lián)動(dòng)位移

由于此橋墩上部為開口結(jié)構(gòu)，相對(duì)比較柔弱，不僅要對(duì)縱向線剛度進(jìn)行控制，對(duì)相鄰橋墩的聯(lián)動(dòng)位移剛度也要控制，考慮三種相對(duì)位移最大的活載布置情況，計(jì)算相鄰橋墩的聯(lián)動(dòng)位移[4]，從而得出相對(duì)轉(zhuǎn)角（見表2）。

表2 橫向剛度計(jì)算結(jié)果

最大相對(duì)轉(zhuǎn)角為0.35‰，滿足規(guī)范要求。

4 實(shí)體分析

由于橋墩構(gòu)造復(fù)雜，桿系單元不能完全體現(xiàn)細(xì)部受力特征，故需建立整墩實(shí)體模型進(jìn)行分析，并按實(shí)際荷載情況進(jìn)行加載，重點(diǎn)關(guān)注下部墩柱與下部橫梁交接處、下部橫梁與上部墩柱交接處及上部墩柱與上部蓋梁交接處的應(yīng)力。

4.1 主力組合分析結(jié)果

主力組合作用下橋墩主要交接點(diǎn)處的正應(yīng)力和主應(yīng)力結(jié)果如圖2～圖5 所示。

圖2 立柱與橫梁交接處主拉應(yīng)力圖（單位：MP a）

圖3 墩柱與橫梁交接處主拉應(yīng)力圖（單位：MP a）

圖4 立柱與橫梁交接處主壓應(yīng)力圖（單位：MP a）

圖5 墩柱與橫梁交接處主壓應(yīng)力圖（單位：MP a）

主力組合工況下，橫向正應(yīng)力最大值出現(xiàn)在立柱與蓋梁交接處，可達(dá)到-8 MPa，立柱與墩柱出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大為1.4 MPa。縱向正應(yīng)力比較小，大部分區(qū)域應(yīng)力值在-0.9～1.2 MPa。豎向正應(yīng)力在大部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，蓋梁中部以及端部出現(xiàn)拉應(yīng)力。大部分區(qū)域主拉應(yīng)力值在-1.1～1.9 MPa，蓋梁端部主拉應(yīng)力超過(guò)3 MPa。最大的主壓應(yīng)力有-10.6 MPa，出現(xiàn)在蓋梁端部。

4.2 主力+ 附加力組合分析結(jié)果

主力+ 附加力組合作用下橋墩主要交接點(diǎn)處的正應(yīng)力和主應(yīng)力結(jié)果如圖6～圖9 所示。

圖6 立柱與橫梁交接處主拉應(yīng)力圖（單位：MP a）

圖7 墩柱與橫梁交接處主拉應(yīng)力圖（單位：MP a）

圖8 立柱與橫梁交接處主壓應(yīng)力圖（單位：MP a）

圖9 墩柱與橫梁交接處主壓應(yīng)力圖（單位：MP a）

主力+ 附加力組合工況下，橫向正應(yīng)力最大值出現(xiàn)在立柱與蓋梁交接處，可達(dá)到-9.8 MPa，立柱與墩柱出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大為1.6 MPa?？v向正應(yīng)力比較小，大部分區(qū)域應(yīng)力值在-3.1～1.4 MPa。豎向正應(yīng)力在大部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，蓋梁中部以及端部出現(xiàn)拉應(yīng)力，可達(dá)到1.8 MPa。大部分區(qū)域主拉應(yīng)力值在-0.9～2.8 MPa，蓋梁端部主拉應(yīng)力超過(guò)3 MPa。最大的主壓應(yīng)力有-12.1 MPa，出現(xiàn)在蓋梁端部。

通過(guò)實(shí)體分析可知，蓋梁端部主拉應(yīng)力較大，故在蓋梁端部增加斜向加強(qiáng)筋，與上下層主筋焊接在一起，如圖10 所示。

圖10 下層蓋梁端部加強(qiáng)斜筋

5 結(jié)語(yǔ)

本文選取地鐵高架區(qū)間彈弓型墩進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)上下墩柱、上下蓋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，并對(duì)整墩進(jìn)行實(shí)體分析，結(jié)論如下：

（1）橋墩上部為開口結(jié)構(gòu)，不僅要關(guān)注單墩縱向線剛度，還要關(guān)注相鄰橋墩之間的由于相對(duì)位移產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角。在上部?jī)艨帐芟逕o(wú)法做系梁的情況下，在上墩柱下部增設(shè)倒角，增加上下部結(jié)構(gòu)的連接是有效的。

（2）上墩柱與下蓋梁之間的鋼筋需相互交疊，并滿足錨固長(zhǎng)度，以形成完整的受力體系。

（3）由實(shí)體分析可得出，局部倒角及蓋梁端部存在應(yīng)力集中，需針對(duì)性地加強(qiáng)普通鋼筋配置，防止產(chǎn)生裂縫。