枣庄市水利开发总公司 山东省枣庄市 277100
摘要：随着我国社会经济水平的发展，对桥梁景观的要求越来越高，造型美观的墩柱越来越多地应用于各种桥梁中，特别是城市高架桥。花瓶墩外形美观，目前在市政桥梁中得到广泛应用，不过其墩顶部位由于扩头受力较为复杂，因此在设计计算方面存在着很大的困难。基于此，本文结合实例对桥梁工程中花瓶墩的设计进行了分析。
关键词：桥梁工程；花瓶墩；设计分析
1、前言
城市高架桥系统是目前解决城市交通日趋繁忙这一问题的主要手段之一。进入20世纪80年代中期，全国各大城市开始兴建通行能力高、行驶速度快的高架桥工程和大型立交枢纽，这类城市高架桥的共同特点就是对景观要求较高，大部分的桥墩采用一定的造型，花瓶式桥墩因造型美观，被广泛使用。但是由于花瓶墩线形的流畅性和结构的复杂性，使得分析、计算较为困难，不能利用常规方法按照短梁或者长梁进行配筋。
2、实例概况
某大桥所处地理位置非常关键，其不仅具备了交通功能，而且也属于城市桥梁的一部分，在设计时结合了景观以及交通这两方面的需求，努力使桥型与众不同。正是因为如此，该大桥主桥选择了（64+88）m长度的独塔而且是单索面的斜拉桥（天鹅型预应力混凝土），而且南北引桥各自选择4×25m以及2×25m的截面连续箱梁（预应力混凝土），桥梁长度合计达到了308.4m，图1是其具体桥型布置图。
由上表数据我们可以看出，如果只于4#以及8#墩安置双支座，别的桥墩安置单支座，则汽车荷载带来扭矩的最大值是4139kN·m。若4#～8#墩都安置成双支座，则汽车荷载带来的箱梁扭矩最大值只有1959kN·m。
此外通过表1还能得出，在中支点处选择双支座有利于上部结构。由于引桥箱梁底板部位相对狭窄，桥墩最好不要选择双柱式，因此在设计过程中引桥桥墩采取双支撑，而桥墩型式选择为实体墩，也可以是独柱加扩头。由于该桥墩具有这样的外形特点，所以通常也被叫做花瓶墩。在本工程中，该桥墩型式不仅与支座布置要求相符，而且和上部处的斜腹板箱梁相互协调，与美观需求相符。
4、对桥墩受力情况进行的分析
结合对上部结构进行的分析以及计算结果，针对桥墩顺桥向以及横桥向的具体受力情况，分别进行计算以及分析。
4.1顺桥向方面
对桥墩顺桥向进行的计算根据承载能力最大值法验算承载力以及实施配筋。计算图式选择常规偏心受压构件这一方式，配筋选择了对称配筋，而控制截面选择了墩身根部处的截面，至于计算长度采取一边铰接，一边固定的方式。对承载力进行验算的过程中不管是垂直弯矩作用平面还是弯矩作用平面都要与抗力在作用效应组合值之上的这一原则相符。
桥墩承受的水平力主要有下面两种：（1）直接施加给梁的水平力，主要指的是制动力，此外还包括主梁地震力，因为纵坡梁身自重顺着支座顶面带来的剪力等。在对制动力进行计算的过程中，对一联制动力根据每墩推力具体刚度进行分配，如果分配给活动墩的值超过支座的摩阻力，那么分配给活动支座与摩阻力大小相同的制动力，剩下的制动力需要进行再次分配。由于该桥具有较低的引桥墩，其墩身高度通常在3.5m～6.4m之间，在设计过程中关于制动力分配要进行这样的简化：首先是固定墩担负100%制动力；其次是关于非固定墩，其制动力选择支座摩阻力。（2）梁长出现的改变也就是主梁由于位移或者是变形给下部造成影响进而带来的力，或由于温度改变而导致主梁出现伸长或者是缩短，梁身处的混凝土出现收缩或者是徐变，在压力下梁身处的下翼缘发生伸长等。对桥墩顺桥向进行的计算，和常规柱式桥墩大体一致。
4.2横桥向问题
横向桥墩型选择了独柱加扩头，它的受力与普通的柱式桥墩相比，前者更为复杂，下面主要对汽车作用偏载影响下的桥墩在横桥向上的具体受力特性进行分析。
4.2.1关于有限元模型
本文在对桥墩在横桥向上的具体受力情况进行分析的过程中选择了现今普遍使用的有限元程序即ANSYS进行空间模型的建立。关于模型单元采取SLIOD45，而自由网格合计总共有44243个单元。
4.2.2最终分析结论
在偏载影响下，结合桥墩自重，使用线弹性理论明确桥墩每个部位的主要受力特性。
弯曲拉应力最大值出现于大偏载影响区域一侧与桥墩中心线相距大约1.0m的墩顶部位，4.80MPa是其最大值。在与墩顶相距大约0～0.7m区域内存在大拉应力，这一部位要加大配筋力度。所以在设计过程中需在墩顶部位设计三层合计30根而且是φ25的受拉钢筋。当剪应力等值线逐渐接近悬臂根处下缘位置时，其分布变得越来越密，也就是出现了应力集中情况。关于桥墩混凝土，其主拉应力最大值大约是1.32MPa，没有大于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对C30混凝土进行规定，即容许拉应力值必须控制为1.39MPa，所以桥墩只要根据构造要求对抗剪钢筋进行配置即可；主压应力最大值出现于桥墩悬臂弧部，2.14MPa是其最大值，这与规范要求是一致的。通过以上计算结果我们能够看出：墩顶在横桥向上的拉应力相对较大，要加大配筋力度；而桥墩剪应力相对较小，只要根据构造配筋即可。
5、结语
由于桥梁建设对景观方面的要求不断提高，作为一名桥梁设计工作人员，将会碰到很多类型的桥墩型式，这不能不说是一个严峻的考验。本文关于对花瓶墩进行的计算以及设计并其具体受力特点进行的阐述以及分析，可以给该种异形桥墩的计算以及设计带来一些有价值的参考。
参考文献：
[1]延波、胡达和、赵荣花.花瓶式桥墩顶部结构分析与配筋[J].都市快轨交通，2010，23（5）：80-82.
[2]JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004：83-85.
论文作者:郑济营
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/11
标签：桥墩论文; 支座论文; 应力论文; 最大值论文; 花瓶论文; 受力论文; 混凝土论文; 《防护工程》2018年第23期论文;