對大跨度門架墩蓋梁與立柱不同的連接方式對立柱內(nèi)力的影響進(jìn)行了計算分析，提出了不同的適用條件下蓋梁與立柱合理的連接方式，可供類似工程參考。

簡 述

當(dāng)兩條線路交角小，其中一條線路須跨越另一條線路時，如軌道交通、磁懸浮跨越城市道路（或公路、鐵路），城市道路跨越城市道路、鐵路等，在不中斷交通的情況下，要滿足限界及施工安全距離，上跨橋梁跨度一般很大，且橋梁上部結(jié)構(gòu)須選擇跨越能力大的鋼結(jié)構(gòu)，從而引起工程造價高、后期維護(hù)工作量大。另外一種解決方法就是選擇門架墩跨越，上部結(jié)構(gòu)選擇預(yù)制小箱梁或空心板梁混凝土結(jié)構(gòu)，一般采用吊機(jī)或架橋機(jī)架梁，架梁時間短，對既有運(yùn)營線路影響小。

門架墩按照蓋梁與立柱的連接方式，可分為全固接，一端固接、一端鉸接。蓋梁可采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁搭設(shè)支架現(xiàn)澆，對交通的影響較大，鋼箱蓋梁可先在工廠預(yù)制，現(xiàn)場吊裝，對交通的影響較小。

案例解析

某工程在既有全互通立交基礎(chǔ)上共增設(shè)８條匝道。受地下管線和現(xiàn)有立交主線、匝道影響，ＦＷＥ匝道和ＦＷＮ匝道分流口布設(shè)在既有的ＷＳ匝道上，見圖１；ＦＷＥ匝道分流口小里程側(cè)上部結(jié)構(gòu)為一聯(lián)２２ｍ＋２４ｍ＋２２ｍ變寬度鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，ＦＷＥ匝道分流口大里程側(cè)和ＦＷＮ匝道上部結(jié)構(gòu)分別為跨徑２７ｍ、

２０．６２ｍ預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，因此，分流口處ＰＦＷＥ１０號橋墩設(shè)計為門架墩。設(shè)計荷載：城－Ａ級，施工階段溫度１５℃，體系溫度變化：±２５℃。

大跨度門架墩設(shè)計

1 大跨度門架墩設(shè)計方案

門架墩柱間距（１０ｍ左右）較小時，蓋梁與立柱一般采用全固接的混凝土結(jié)構(gòu)。

門架墩柱間距（２０ｍ左右）很大時，稱為大跨度門架墩，根據(jù)蓋梁材料和蓋梁與立柱的連接方式，有以下幾種設(shè)計方案。

（１）方案１：先鉸接后固接的鋼－混凝土混合門架墩為了減少對下穿道路正常交通的干擾，大跨度門架墩常采用鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)，即蓋梁為鋼結(jié)構(gòu)，立柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

該方案混凝土立柱施工完成后，將工廠預(yù)制的鋼箱蓋梁吊裝置于柱頂，此時蓋梁與墩柱鉸接，待上部結(jié)構(gòu)梁跨架設(shè)完成、

二期恒載施工完成后，使鋼箱蓋梁與墩柱固接，則在恒載作用下，鉸接的蓋梁無疑大大減小了柱頂、柱底節(jié)點處橫向彎矩，正常運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)需承受溫度變化、活載作用下所產(chǎn)生的橫向彎矩。

（２）方案２：一端固接、一端先鉸接后固接的預(yù)應(yīng)力混凝土門架墩在不中斷下穿道路交通的情況下，混凝土立柱施工完成后，搭設(shè)支架澆筑蓋梁混凝土，并使一個立柱與蓋梁固接，另一個立柱柱頂縱向擴(kuò)大頭上安放兩塊四氟板式橡膠支座，且該柱頂上方蓋梁內(nèi)混凝土后澆，然后張拉蓋梁第一批預(yù)應(yīng)力鋼束，架設(shè)預(yù)制上部結(jié)構(gòu)小箱梁，接著張拉蓋梁第二批預(yù)應(yīng)力鋼束，鋪筑橋面鋪裝和澆注防撞墻，最后澆注柱頂上方未澆注的蓋梁混凝土，使立柱與蓋梁固接。

（３）方案３：一端固接、一端鉸接的預(yù)應(yīng)力混凝土門架墩，本方案適用條件同方案２，混凝土立柱施工完成后，搭設(shè)支架澆筑蓋梁混凝土，并使一個立柱與蓋梁固接，另一個立柱柱頂布置一個單向（橫橋向）活動球鋼支座，且蓋梁縱向設(shè)置限位，然后張拉蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束、鋪筑橋面鋪裝和澆注防撞墻。

（４）方案４：全固接預(yù)應(yīng)力混凝土門架墩本方案適用條件同方案２。為了便于同方案２、方案３進(jìn)行比較，考慮蓋梁混凝土澆注時將立柱和蓋梁全固接的方案。

2 大跨度門架墩設(shè)計方案比選

本工程設(shè)計和施工周期短，工期緊，在不中斷交通且下穿道路ＷＳ匝道允許搭設(shè)支架的前提下，ＰＦＷＥ１０門架墩立柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，蓋梁不選擇鋼箱結(jié)構(gòu)，而選擇預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

立柱設(shè)計尺寸：１８００ｍｍ×１５００ｍｍ（橫橋向×順橋向）。針對方案２，Ｂ柱柱頂順橋向尺寸各增大５００ｍｍ，便于放置兩塊３５０ｍｍ×５００ｍｍ×５９ｍｍ四氟板式橡膠支座。蓋梁尺寸：２０００ｍｍ×２０００ｍｍ（寬度×高度），同樣，針對方案２，Ｂ柱柱頂處蓋梁寬度擴(kuò)大到３０００ｍｍ，以利于提供相應(yīng)布置支座的空間和減少鋼束從柱頂通過，便于施工。根據(jù)方案２～方案４蓋梁與立柱的連接方式，分別建模運(yùn)用“橋梁博士”軟件進(jìn)行計算，立柱柱頂、柱底軸力、彎矩（順時針為負(fù)、逆時針為正）和蓋梁內(nèi)力（蓋梁彎矩上緣受拉為負(fù)、下緣受拉為正）計算結(jié)果見表１～表６。

從表１～表６立柱柱頂、柱底內(nèi)力、蓋梁內(nèi)力計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（１）恒載作用下，方案２～方案４立柱柱頂、柱底軸力相差不大，基本相同；但方案２、方案３相對方案４的橫向彎矩減小較多，這說明改變門架墩立柱與蓋梁的連接方式可大大改善立柱的受力狀況。

（２）在汽車荷載和溫度作用下，方案２、方案４立柱柱頂、柱底的軸力、彎矩相同，且溫度對門架墩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的橫向彎矩，而方案３由于柱頂、柱底的軸力、彎矩相同，且溫度對門架墩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的橫向彎矩，而方案３由于柱頂設(shè)置了一單向（橫橋向）活動支座，Ａ柱柱頂、柱底節(jié)點由溫度產(chǎn)生的軸力、橫向彎矩很小，Ｂ柱柱底僅僅存在由支座摩阻力所產(chǎn)生的橫向彎矩。

（３）表４中方案２～４Ａ柱、Ｂ柱的柱底軸力基本相同，但方案４橫向彎矩最大，方案３最小，方案２位于兩者之間。橫向彎矩大，將大大增加立柱的配筋量，同時，需增大基礎(chǔ)的工程量，如樁的根數(shù)。

（４）表５說明：方案４的蓋梁正、負(fù)彎矩的絕對值相差不大，基本相同。方案２比方案４的蓋梁跨中彎矩有所增大、Ｂ柱頂處蓋梁彎矩減少較多。方案３因一端鉸接，Ｂ柱頂處的蓋梁彎矩很小，相對方案４跨中彎矩增大很多。

（５）表６說明：在汽車荷載和溫度作用下，方案２、

４蓋梁彎矩的絕對值相差不大，基本相同。方案３蓋梁在汽車荷載作用下跨中彎矩較大，溫度作用對蓋梁產(chǎn)生的內(nèi)力很小。

小結(jié)

（１）在下穿道路不宜搭設(shè)支架的情況下，大跨度門架墩可采用鋼－混凝土混合門架結(jié)構(gòu)，即蓋梁為鋼結(jié)構(gòu)，立柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，蓋梁工廠預(yù)制，立柱現(xiàn)場澆注。

（２）在不中斷下穿道路交通且可搭支架的情況下，大跨度門架墩蓋梁可選用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、立柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，同時，立柱與蓋梁的連接方式可選用一端固接、一端先鉸接后固接，或一端固接、一端鉸接的形式。