V型墩-连续梁结构设计

1 V 型 墩 连 续 梁 结 构 设 计 栗勇 1 安邦 1 姜鹏 1 北京市市政工程设计研究总院 1 北京 100045 摘要 希望桥采用创新型的 V 型墩 连续梁结构 该结构由 V 型墩 墩顶系杆 支座以及采用肋梁 式横截面的主梁组成 本文介绍了该桥的总体布置 结构设计特点 关键词 V 型墩 连续梁 结构设计 一 工程概况 希望路位于洛阳市新区 是新区内一条重要东西向交通干道 希望桥是希望路上跨 伊河的一座桥梁 上部采用先简支后连续预制箱梁 下部采用 V 型墩 水中桥梁布置 为 35 25 V 型墩处 35 米 岸上桥梁布置为 30 20 V 型墩处 30 米 桥梁全长 811 米 图 1 希望桥立面效果图 二 桥型方案的整体构思 随着经济的发展和科学技术的进步 人们对于桥梁的要求并不限于跨越功能 对 美观的关注程度日益提高 在充分考虑桥位特点 通航要求 桥型与周边环境协调等 因素后 确定主桥采用 V 型墩 连续梁结构 目前 国内 V 型墩 梁式桥多采用 V 型墩 连续刚构结构 其技术成熟可靠 但对 于纵断较低或长度较大的桥梁 V 型墩 连续刚构桥的温度内力 升降温差引起的次内 力 收缩徐变内力以及分联墩对桥梁景观的不利影响均限制其应用 综合比较两种结 构优缺点 确定主桥采用新型的 V 型墩 连续梁结构 该桥型具有以下特点 2 1 该结构由 V 型墩 墩顶系杆 支座以及采用肋梁式横截面的主梁组成 V 型 墩 墩顶系杆构成独立的承重 传力构件 将支座传递下来的竖向荷载传至基础 2 V 型墩 连续刚构桥斜腿中心线与垂线夹角多采用 30 左右 V 型墩 连续梁 桥可根据景观需求夹角采用 30 60 3 墩顶系杆完全置于主梁肋板之间 桥梁造型与 V 型墩 连续刚构桥相同 且 全桥无需单设分联墩 桥梁景观效果更趋完美 4 上部采用简支或连续预制箱梁 相对于 V 型墩 连续刚构桥 既避免了 V 型 墩间复杂的墩梁结构又加快了上部施工工期 5 由于主梁与 V 型墩通过支座连接 主梁可采用简支或连续结构 结构温度次 内力 收缩徐变次内力问题得以解决 图 2 桥型总体布置图 局部 三 结构设计 一 主梁 上部结构采用先简支后连续预应力砼预制箱梁结构 箱梁跨径分别为 20 米 25 米 30 米 35 米 考虑到美观要求 一联内梁高等高 25 米箱梁同 35 米箱梁梁高为 1 8 米 20 米箱梁同 30 米箱梁梁高为 1 6 米 单幅桥宽 20 米 横断面布置 6 片梁 鉴于 系梁对类梁式截面横隔梁有一定削弱 主梁采用整体性能好的预制箱梁 3 图 3 上部横断面布置 二 V 型墩及基础 V 型墩跨径为 20 米 25 米两种 净高分别为 8 4 米 10 5 米 顺桥向 V 墩两斜 腿顶部通过系梁连接成整体 系梁截面为高度 1 2 米 1 米 上口宽 1 5 米 下口宽 2 米的梯形截面 大 小 V 墩标准段斜腿纵桥向厚度分别为 2 米 1 6 米 外缘由圆曲 线接直线段组成 根据景观需求 斜腿中心线与垂线夹角为 51 横桥向 V 墩由 3 片斜腿组成 间距 3 4 米 两斜腿通过墩顶横梁连接成整体 每片斜腿横桥向为 3 4 56 米变宽 外缘由圆曲线接直线段组成 桥墩基础采用群桩接承台形式 承台尺 寸为 8 5 17 7 3 15 米 下接为 10 颗直径为 1 5 米的钻孔灌注桩 图 4 大 V 墩外形图 4 图 5 小 V 墩外形图 系杆采用预应力结构来承担拉力 预应力采用 7 束 13 S15 2 钢绞线 钢束在两 端采用竖弯并锚固与 V 型墩墩身以解决系杆与墩身连接问题 图 6 V 墩系杆预应力布置图 四 结构分析 根据大桥的受力特点 V 形墩 墩顶系杆构成独立的承重 传力构件 为达到景 观要求 本桥墩斜腿中心线与垂线夹角 夹角为 51 较大 在上部结构荷载的作用 下 桥墩内部及与相关构件连接位置局部应力较为复杂 因此为掌握 V 型墩受力性能 采用 Midas Fea 建立仿真模型 图 7 结构离散图 图 8 V 墩正应力图 5 图 9 中肢墩正应力图 图 10 中肢墩主应力图 图 11 系杆正应力图 图 12 系杆与 V 墩接触面主拉应力云图 从图 8 12 看 桥墩各肢受力基本均匀 短期效应组合下 V 墩整体拉应力为 0 01 0 72MPa 其中 V 墩斜腿交汇处及斜腿外侧部分位置出现 0 2 0 5 MPa 拉应力 系杆跨中下缘为 0 1 0 5 MPa 拉应力 系杆与 V 墩内侧接触区域为 0 2 0 72MPa 拉应 力 支承中线处系杆局部主拉应力达到 2MPa 通过上述分析 V 型墩斜腿主要承担轴 向压力 系杆主要承担轴向拉力 斜腿 系杆可分别通过配置普通钢筋 预应力来解 决受力问题 系杆与 V 型墩连接处主拉应力较大 通过预应力钢束下弯可以解决 五 结语 对于纵断较低的城市桥梁 V 型墩 连续梁结构相对于其它 V 型墩梁式结构受力更 加合理 桥梁景观效果更佳 希望通过本文介绍能为国内类似景观桥梁的设计提供参 考 参考文献 1 JTG D62 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范