门式墩预应力设计及思考

徐小云

(山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

下文将通过几种不同形式的门式墩对比设计，对其盖梁预应力方面作较为深入的分析，供广大同仁参考借鉴。

1 概述

本文实际案例为忻州—阜平高速公路古峪沟高架桥，项目在忻州—长城岭段高速公路于五台县东冶镇—五台城间，在五台县东冶镇茹村附近跨越古峪沟，古峪沟是东冶通往五台城方向的一条较大的冲沟，沟谷主要呈“V”形，东北走向，地势北东高西南低，沟底冲蚀严重;交通量较大，是忻州通往五台山唯一的等级公路。走廊带狭窄，桥址范围内地形复杂，为黄土覆盖基岩低山区和中山峡谷区，采用了3 km长的高架桥方案，上部结构采用35 m跨径的装配式部分预应力混凝土小箱梁，整幅8片小箱梁，其中部分桥墩处线位由于受地形、地质控制，线位与忻台二级公路斜交角度很大，因此下部采用整幅预应力盖梁门型桥墩，桥梁正做的方案，使忻台公路从桥墩柱间通过，以减小对忻台二级公路的影响。

2 主要技术标准

1)公路等级:双向三车道高速公路。

2)汽车荷载等级:公路—Ⅰ级。

3)桥面净宽:左幅:10.75 m;右幅:12.25 m。

4)结构重要性系数:r0=1.1。

5)地震烈度8度，地震动峰值加速度为0.2g。

3 盖梁及墩型设计

按照上部箱梁和盖梁的受力形式大致分为三种形式，对称受力，悬臂受力，偏载受力，下边分别列出此三种受力的构造图及钢束布置图。

3.1 受力构造图

受力构造图见图1。

3.2 主要材料及性能

盖梁采用C40混凝土，墩身采用C30混凝土，承台及桩基采用C25混凝土。钢束采用φs15.2钢绞线，符合GB/T 5224-2003标准，设计强度标准值fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=1.95 ×10 MPa，松弛率为0.035，张拉控制应力 σcon=0.75fpk=1 395 MPa，预应力张拉端锚具参照OVM产品设计，预应力管道成孔采用镀锌波纹管，且钢带厚度不小于0.3 mm。管道摩阻系数0.22，偏差系数0.001 5。

3.3 预应力设计

1)盖梁计算采用平面杆系结构计算软件进行分析，地基按刚性基础假定，将墩身底端视为固结的模型计算，同时考虑基础不均匀沉降1 cm。盖梁按全预应力构件设计，盖梁控制截面主要是盖梁跨中、柱顶上缘和柱两侧盖梁下缘截面位置，分批张拉钢束设计，为防止控制截面在施工阶段出现过大的拉应力0.70ftk')，应注意钢束张拉顺序、架设主梁过程中控制截面的应力是否满足要求，施工阶段要求盖梁上除主梁、架梁设备外，不得有其他任何可变荷载，为保证在架设主梁和移动过程中桥墩的稳定，应保持对称平衡施工。

2)在考虑汽车荷载的横向加载的影响时，在行车道净宽范围内布载，取最不利布载方式计算，验证盖梁各控制截面和墩身受力，并按该种工况控制设计，满足承载能力极限状态下的承载力要求和正常使用极限状态下的抗裂要求。

3)对称布载情况下，在盖梁施工完毕，混凝土强度达到95%设计强度且龄期达到7 d以后，先对称张拉N2，N3，等上部小箱梁架设完成后，再对称张拉N1;悬臂布载情况下，先对称张拉N3，N4，再对称张拉N1，N2;偏载布载情况下，先对称张拉N2，N4，等上部小箱梁架设完成后，再对称张拉N1，N3，N5。第一批张拉钢束是为了保证盖梁在自重情况下能正常工作，第二批张拉的钢束是针对盖梁在正常运营情况下能保持良好的受力。

图1 受力构造图

4)实际应力图形。

在对称布载受力时，钢束设计采用全通束双向张拉设计(见图2a))。

在偏载布载受力时，钢束设计采用通束和断束相结合，单双向分别张拉，多受力，多补偿设计(见图2b))。

在悬臂布载受力时，钢束设计采用通束和断束相结合，单双向张拉交叉设计(见图2c))。

4 门式墩带给我们的思考

下边示出门式墩的设计思路和应用模型，来对门式墩的灵活性和适应性做进一步的阐述。

针对门式墩的设计思路，可以概括成以下三条设计:

1)门式墩与路线可以自由选择交角，需要注意的是选择角度时，要判断出盖梁受力的加载旋转轴(本文注)，这样能很好地确定门式墩盖梁的受力情况，在盖梁预应力设计的时候能清晰地分配钢束，在跨越河流、山沟等时能很好的适应地形需要。

2)门式墩盖梁可以自由选择与墩的配合。如图3所示，可以只设墩1和墩2，形成对称布载设计;可以墩1，墩2，左右边假设墩配合，形成偏载布载设计;也可以缩短墩1和墩2之间的距离，形成悬臂布载设计，在跨越复杂构造物，比如厂房、道路等时可以灵活设计。

3)门式墩在预应力设计时，可以采取多种方式。原则是:多受力，多补偿。同时断束和通束相结合，单向张拉和双向张拉交叉设计，结合不同的加载方式，门式墩可以在跨度上有更自由的选择。

总的说来，在设计思路上，门式墩可以围绕加载旋转轴形成正交和斜交方式，本身与墩的结合可以形成对称、偏载、悬臂加载方式。

图2 实际受力长期组合

图3 门式墩设计模型

5 门式墩的应用

门式桥墩在我省高速公路建设中应用虽然还不多，在设计中仍有不足之处，如预应力钢束张拉控制、施工荷载控制等情况，但是在已经通车的项目中，门式墩已经向我们展示了它强大的灵活性以及适应性，门式墩极为灵活的适应性在路线的线形选择和规避复杂地形及构造物的同时，能很大程度地减少桥梁对线位的制约作用，极大地降低工程造价，而且对于山西的地上人文景观，也能够起到很好的保护。

在临县到离石高速公路陶家庄1号大桥跨越离碛线，以及太原武宿机场快速路12号桥跨越武宿立交匝道桥等项目中，由于受地形、构造物、被交路等因素的限制，门式墩都有广泛应用。鉴于我省山区地形多、地貌复杂，且道路、厂房等因素，门式墩将会有广阔的发展应用前景。

6 结语

由于篇幅所限，本文没有对门式墩预应力进行太深入的阐述，只是对其适应性和设计思路上进行了简单的介绍。诚挚希望广大同行共同探讨研究。笔者认为在山西周边复杂地形地区采用门式墩是较为合理的墩型结构之一。

［1］JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［2］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［3］JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范［S］.