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摘要：相比于大跨径桥梁，门式墩能够更加经济地解决与既有线路或管线小角度相交的问题，因此得到广泛应用。本文介绍了某磁浮工程三处门式墩的结构尺寸和设计要点，并对三处门式墩进行详细的受力分析，为同类工程提供一定参考。
关键词：门式墩；受力分析；预应力
前言
随着经济的发展，我国高铁线路建设迅速发展，路网愈加错综复杂，道路相交在平面上的矛盾越来越多。新建铁路与既有铁路、公路及油气管道交叉时，由于高速铁路和轨道交通项目行车速度快，对线形指标要求高，使得通过调整线位来改变重要节点的跨越角度存在很大难度。门式墩这种新的桥墩形式因其经济实用和工期短等优点，在铁路客运专线建设中得到广泛运用。
门式墩在施工过程中具有诸多优点，首先门式墩一般采用吊机或架桥机架梁，架梁时间短，且在进行门式墩盖梁施工时，混凝土浇筑施工工期为一周，施工工艺简单，施工进度快对既有运营线路影响小；另外，施工辅助材料均为可以重复利用的常规构件，因此施工成本比较低。门式墩的缺点是在美观上不足，给人不平衡的感觉，但可以通过协调框架和上部结构尺寸得到改善。故在设计中要注重优化结构尺寸，设计出的门架墩结构才能轻柔美观。
1工程概况
某磁浮项目跨越既有道路，既有道路正宽20m，路幅组成为“人行道（2.5m）+机动车道（15m）+人行道（2.5m）”，线路中心线与大众西路夹角约16°，由于此处斜交角度很小，且道路东侧管线较多，分布有燃气管线、供水管线、污水管线等，因此对道路进行改造拓宽，在道路路中设宽5m的中央绿化带，通过门式墩配合25m简支梁上跨既有道路。其中12、13、15号墩为门式墩，14号墩为常规简支梁桥墩。门式墩采用垂直既有道路布置。门式墩处平面布置见图1。
图1 门式墩处平面布置图
1.1设计依据
设计时速：160km/h
线路情况：单线
上部梁型：25m简支梁
环境：基础处于碳化环境T1、化学侵蚀环境H1；墩身处于碳化环境T2，化学侵蚀环境H1；梁部处于碳化环境T2
设计使用年限：结构设计使用寿命为100年
地震动参数：地震动峰值加速度为0.066g，基本地震动加速度反应谱特征周期0.35s，场地类别Ⅱ类场地
施工方法：墩柱及基础采用常规法施工，混凝土横梁采用支架现浇法施工
1.2结构尺寸
门式墩由横梁、墩柱、承台以及桩基四个部分组成。12、13号门式墩跨度25m，15号门式墩跨度15m，为保证结构的统一和施工的便利性，门式墩的墩柱统一采用2.0m×2.0m，盖梁与墩柱采用先铰接后固接的连接方式。门式墩结构尺寸见表1。
横梁及横梁底以下1.5m范围内采用C50混凝土，墩柱其余部分采用C40混凝土，承台、桩基采用C30混凝土，垫石采用C50混凝土。预应力筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2014预应力钢绞线，锚固体系采用自锚式拉丝体系。
2结构设计与有限元分析
2.1有限元模型
本文以12号门式墩为例，介绍有限元模型的建立和分析。门式墩横梁采用BSAS4.2进行计算，共分为50个单元，53个节点。12号墩横梁BSAS有限元模型见图2。
门式墩作为一个三维空间结构，盖梁主要承受弯矩及剪力，立柱主要承受弯矩及轴力，且盖梁、立柱及基础间均为固结，三者的内力、变形互相影响。因此要准确的计算出结构内力、就必须将盖梁、立柱与基础作为整体一起计算，故门式墩需整体建模计算，因此建立Midas-civil空间模型进行墩柱及基础计算，并模拟门式墩施工阶段，门式墩墩柱施工阶段包括：墩柱施工、横梁混凝土浇筑及预应力张拉、停梁、架梁。通过pile刚度计算基础刚度，考虑桩-土作用，模型共离散50个单元，55个节点。12号门式墩Midas有限元模型见图3。
图3 12号门式墩Mida有限元模型示意图
2.2荷载
2.2.1梁部恒载
（1）梁体自重：γ取26.25kN/m3，墩柱自重：γ取25kN/m3。
（2）二期恒载：二期恒载包括轨排、扣件、连接件及紧固件、伸缩节、承轨台等线路设备重。单线梁二期恒载按7.5kN/m计。梁部恒载见表2。
2.2.2活载
根据列车荷载加载图示，分别考虑双孔重载、双孔轻载和单孔重载三种加载情况。由下表中可看出，双孔重载和双孔轻载荷载基本相同，因此只考虑双孔重载和单孔重载的情况。墩顶活载见表3。
2.2.3荷载组合
按可能的最不利组合情况进行计算。桥梁设计时，仅考虑主力与一个方向（顺桥向或横桥向）的附加力相组合，特殊荷载不相互组合。
2.3刚度及位移
与高速铁路和其他轨道交通相比，磁浮项目对墩梁的刚度和位移要求有所提高。主要表现在以下三点。
（1）列车静活载作用下，梁端竖向转角不应大于1‰。
（2）在列车荷载、横向导向力、离心力、风力和温度力的作用下，轨道梁桥墩顶的顺桥向弹性水平位移不应大于10mm。
（3）列车静活载作用及温度荷载作用下，轨道梁竖向挠度应小于L/3800m，其中L为桥梁支点距离。
在计算结构变形时，截面刚度按0.8EcI计算，Ec为砼弹模，I为截面惯性矩。刚度及位移见下表，其中横向位移为门式墩在列车荷载、横向导向力、离心力、风力和温度力的作用下，轨道梁桥墩顶的弹性水平位移。横梁位移及变形结果见表4-表6。
3 结论
经过以上分析可以发现：
（1）磁浮工程对结构的位移和变形要求较高，需要结构具有较高的刚度。
（2）相对于顺桥向弯矩，通常墩柱承受的横桥向弯矩较大，墩柱横桥向需增大配筋，且施工阶段墩柱受力可能控制设计，需引起设计者注意。
（3）相比于大跨径桥梁，门式墩能够更加经济的解决与既有线路或管线小角度相交的问题。
参考文献
[1]王永超.浅议门式墩的发展与应用[J].城市道桥与防洪，2013（03）：104-105.
[2]张明欣.大跨径框架墩在跨线桥中的应用[J].公路，2009（07）：99-101.
论文作者:栾紫明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/19
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