天水市渭河大橋門形墩預應力設計

母渤海

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

該橋橋型應與當地的自然景觀、地域特色和人文歷史相融合。大橋除滿足使用期內的使用功能外，應充分考慮橋梁的整體景觀效果要求，線形力求平順、圓滑、流暢，橋型線條簡潔、明快，如圖1所示。

圖1 橋梁效果圖

基于這一理念，該橋采用4×30 m+3×30 m+4×30 m先簡支后連續預應力組合箱梁結構。上部結構采用裝配式預應力混凝土箱形連續梁橋上部構造進行設計。

橋墩采用門形墩，基礎采用分離式承臺基礎，承臺截面為矩形，橫橋向尺寸為6.3 m，順橋向尺寸為6.3 m，承臺厚度為2.0 m。承臺采用C40抗硫混凝土。每個承臺基礎采用4根?1500 mm鉆孔灌注樁。

2 計算參數

2.1 材料

（1）墩柱混凝土容重均取γ=26 kN/m3。

（2）波紋管管道摩擦系數μ=0.155，管道偏差系數 k=0.001 5，鋼筋回縮和錨具變形以6 mm計。

2.2 其他

（1）道路等級：城市次干路Ⅱ級。

（2）汽車荷載：公路Ⅰ級。

（3）人群荷載：3.5 kN/m2。

（4）溫度荷載：考慮整體升降溫±25℃。

（5）沉降量：考慮同一里程處兩墩沉降量10 mm。

（6）考慮材料收縮徐變影響。

（7）門形墩橫梁按照A類構件設計。

3 模型分析

3.1 模型簡介

利用空間有限元程序MIDAS/Civil 2010分別建立上下部模型。

上部結構建模除考慮恒（含二期）、活載作用外，應考慮橋墩縱向沉降影響。每聯建模比較每個墩位處簡支、連續兩種工況時傳到門形墩上的力，確定控制工況。

下部結構建模按照實際墩高、尺寸建模，承臺底模擬樁頂剛度。考慮橫向沉降差影響。現僅選一聯內中墩建模分析，如圖2所示。

圖2 結構計算模型

門墩橫梁為2 m×2 m，立柱為2 m×1.8 m，承臺為6.3 m×6.3 m×2 m。所選墩高H=6.0 m。門形墩構造圖和橫斷面布置圖如圖3、圖4所示。

3.2 工況分析

3.2.1 門形墩施工

通過搭設腳手架及貝雷梁完成門形墩的混凝土澆筑，待吊裝箱梁完成后，支架可視情況拆除。

3.2.2 吊裝箱梁

吊裝到位的箱梁均為30 m簡支梁，作用于橫梁的臨時支座位置（對于邊墩為永久支座）。對于每聯邊墩而言，此工況有可能成為荷載作用最大的控制工況。

圖3 門形墩構造圖（單位：cm）

圖4 橫斷面布置圖

3.2.3 體系

第一階段：箱梁安裝就位后，連接橋面及接頭段鋼筋，綁扎橫梁鋼筋，布設接頭段波紋管并穿束，澆筑接頭段及負彎矩束長度范圍內的橋面板。此時接頭段應作為結構自重荷載施加在門形墩橫梁上。

第二階段：接頭段混凝土達到設計強度85%后，張拉頂板負彎矩預應力鋼束，并壓漿，完成體系轉換，上部荷載按照連續梁體系分析計算。

3.3 預應力計算

3.3.1 門形墩施工

門形墩澆筑完成，混凝土并達到設計強度后，張拉靠近下緣的一排鋼束中的其中三根。橫梁上拱不足1 mm。

3.3.2 吊裝箱梁

箱梁逐片吊裝，同時逐根張拉橫梁鋼束。吊裝順序及數量應與張拉鋼束匹配，見表1。

表1 吊裝箱梁工況下上部荷載的臨時支座反力表

壓應力σcc=18.08 MPa≤0.7 fck'；拉應力σct=1.53 MPa≤0.7 ftk'，預拉區縱向鋼筋配筋率不小于0.2%，如圖5、圖6所示。

圖5 截面下緣應力（單位：kN/㎡）

圖6 截面上緣應力（單位：kN/㎡）

3.3.3 成橋分析

由于體系的轉換，成橋后傳至該橋墩的上部荷載發生變化，見表2。

最大壓應力為15.4 MPa≤0.5×32.4 MPa=16.2 MPa，如圖7所示。

最大拉應力為0.23 MPa≤0.7×2.65MPa=1.86 MPa，如圖8所示。

表2 上部荷載的支座反力

圖7 標準組合壓應力（單位：kN/㎡）

圖8 短期組合拉應力（單位：kN/㎡）

最大拉應力為0.23 MPa≤0.5×2.65 MPa=1.325 MPa，如圖9所示。

圖9 短期組合主拉應力（單位：kN/㎡）

成橋后，恒載與活載產生的橫梁下撓約4 mm，橫梁可不設置預拱度，如圖10所示。

4 結語

通過對門形墩的分析，確定了不同施工階段預應力的張拉順序，為施工及監控提供了依據，結構安全性得到了保障。門形墩的預應力設計與施工過程密不可分，設計中切不可一味套用，應視個例工況仔細分析。