杨 磊

(辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳市 110015)

1 项目概况

某V型刚构桥及其引道工程全长1708m，起点桩号为K1+365.00，终点桩号为K3+073.00；其中桥梁全长1028m，北引道长390m，南引道长290m；桥梁起点桩号为K1+651.00，终点桩号为K2+679.00；桥位处现状主河槽宽度约460m，桥梁范围内跨越南北岸现状滨水路及南岸规划南堤路和规划南堤。

桥梁上部结构为先简支后连续预应力混凝土小箱梁，跨径布置为30+20+30+20=100m，下部结构主桥桥墩为现浇实体混凝土V型墩结构，墩顶设置预应力混凝土系杆，上部结构采用板式橡胶支座支撑于V型刚构桥墩处，见图1。

桥梁下部结构主桥桥墩为现浇实体混凝土V型(顺桥向)墩结构，墩顶设置预应力混凝土系杆；引桥桥墩为现浇实体混凝土Y型(横桥向)墩结构，墩顶设置普通钢筋混凝土系杆；桥台为肋板式桥台。

2 地质情况

地层主要由耕土、杂填土、素填土、黏性土、砂土、碎石土组成。勘察深度内见有地下水，为孔隙潜水，初见水位7.7～10.1m，稳定水位6.9～9.5m，稳定水位标高27.23～30.46m，补给来源主要为大气降水及径流。地下水位年变幅1～2m。

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。为对建筑抗震的一般地段。估算场地等效剪切波速为250～500m/s；场地覆盖层厚度>5m；场地类别为II类。

判定地面下20.0m深度范围内无液化土层。

3 下部结构计算分析

3.1 下部结构简介

V型桥墩分两种墩高，分别为岸上7.4m和河道里8.9m。桥墩纵桥向呈V字型，两肢间设系杆，系杆内配置预应力钢筋。横桥向分两幅，一幅内由三个V型墩组成，横桥向由横系梁联接。系梁内配置预应力钢筋，桥墩具体形式见图2构造图。

(1)主桥桥墩

主桥桥墩采用C40混凝土，横桥向上宽下窄以曲线过渡，立面呈花瓶形状；每幅桥横桥向共布置3个桥墩，墩间设置横系梁；桥墩横桥向顶部宽4.6m，底部宽3m。桥墩顺桥向呈V型，两V腿中轴线在墩顶的间距为20m，即主桥桥墩两V腿支撑在20m箱梁下方，墩顶设置预应力混凝土系杆；两V腿最薄处厚度1.6m，墩顶系杆高1.0m，墩底宽4m。

(2)引桥桥墩

引桥桥墩采用C40混凝土，横向桥呈Y型，墩顶设置普通钢筋混凝土系杆；每幅桥横桥向共布置3个桥墩；桥墩横桥向顶部宽4.6m，底部宽2.5m；两Y腿及墩顶系杆厚度均为1.0m。桥墩顺桥向为等厚度，厚度为1.6m。

(3)桥台

桥台采用C30混凝土，为现浇钢筋混凝土肋板式桥台，单幅桥台宽19.99m，两幅桥台中心设有2cm中缝。台前设置锥形护坡，坡度为1∶1.5。要求台后回填砂砾，压实度≥95%。

(4)基础

全桥承台及桩基础均采用C30混凝土。

主桥桥墩(8#、9#、18#～21#)承台高度为3m，平面尺寸为8.5m(纵桥向)×19m(横桥向)。基础为钻孔灌注桩基础，桩径1.2m，每个承台下18根，全桥共216根。

主桥桥墩(10#～17#)承台高度为5m，平面尺寸为8.5m(纵桥向)×19m(横桥向)。基础为钻孔灌注桩基础，桩径1.2m，每个承台下18根，全桥共288根。

引桥桥墩(1#～7#、22#～24#)承台高度为2m，平面尺寸为6.5m(纵桥向)×19m(横桥向)。基础为钻孔灌注桩基础，桩径1.2m，每个承台下10根，全桥共160根。

桥台(0#、25#)承台高度为1.5m，单个承台平面尺寸为5.2m(纵桥向)×2.2m(横桥向)，单幅桥横桥向共6个承台，承台间设置系梁。基础为钻孔灌注桩基础，桩径1.2m，每个承台下2根，全桥共48根。

全桥桩基础均需预埋检测管，以保证检测的有效性。

全桥承台底面均设置厚度为10cm的C15素混凝土垫层，垫层平面尺寸每侧比承台大10cm。

3.2 主要结构计算

V型(顺桥向)墩墩顶系杆按部分预应力构件及普通钢筋混凝土构件双控设计，V腿及墩底截面按普通钢筋混凝土构件设计，其内力计算采用桥梁博士平面杆系有限元程序，并利用MIDAS计算软件建立实体单元模型对结构进行空间应力分析，根据桥墩结构内力，进行基础及承台计算。

3.3 V型墩平面杆系计算

V型墩计算荷载采用：

(1)上部结构计算恒载反力。

(2)活载：上部结构计算活载产生的反力、摩阻力、整体升降温。

经过计算比较墩身各个部分计算均由7.4m墩高V型墩控制。以下计算只列出7.4m墩高计算结果。7.4mV型桥墩分中跨和边跨两种情况。经过计算比较，边跨较中跨不利，计算由边跨控制。以下计算结果均为边跨计算结果。

边跨分两种情况计算，V墩两支点均为最大荷载效应及V墩两支点最大-最小荷载效应，取其两种情况分别计算，结构配筋形式依据最不利荷载效应确定。V型墩上下边缘各配置两层Ф32@10的钢筋。系杆上下边缘各配置两层Ф32@10的钢筋，系杆内配置7束12Фs15.2钢绞线。

(1)抗弯计算

荷载效应分为两种情况进行控制。一种是墩身按照普通钢筋混凝土控制，系杆按照A类预应力混凝土控制；一种是墩身系杆均按照普通钢筋混凝土控制。具体计算结果见表1、表2。

表1 荷载效应(系杆按A类预应力混凝土控制)

表2 荷载效应(系杆按普通钢筋混凝土控制)

注：以上结果墩身系杆均按照普通钢筋混凝土控制

(2)抗剪计算

桥墩墩身抗剪配置12肢Ф12箍筋，墩身支座悬臂处混凝土抗剪计算按照混凝土构件直接受剪时计算。

综上所述，在墩身按照普通钢筋混凝土控制，系杆按照A类预应力混凝土控制，以及墩身系杆均按照普通钢筋混凝土控制两种情况下，承载能力极限状态、正常使用极限状态及抗剪强度均满足《公路桥涵设计通用规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求。

3.4 实体模型分析

根据平面模型的计算结果，两种形式的桥墩计算由7.4m高V型墩边跨-最大最小组合控制设计。

按照7.4mV型桥墩结构尺寸建立实体模型，见图4，用MidasFEA软件进行实体分析。从上部计算文件提取反力结果。

实体模型采用四面体实体模型，建立了三肢V型桥墩、系杆、横系梁及承台桩基。系杆内预应力钢束采用钢筋梁单元模拟，见图5，程序自动与混凝土实体单元耦合。钢束的两端采用竖弯并锚固于V型墩墩身。约束采用桩底固结约束。从上部平面桥博计算文件提取反力，进行正常使用状态极限组合查看系杆应力情况。

由图6、图7可知，系杆顺桥向正应力最大拉应力出现在系杆靠支点处下缘为1.36MPa，最大压应力为3.52MPa。系杆横桥向正应力最大拉应力出现在横系梁下缘为0.7MPa，最大压应力出现在支座垫石位置处为1.14MPa。最大拉应力及最大压应力均满足规范要求。实体模型分析结果见表3。

表3 实体模型分析结果

4 结语

(1)通过平面杆系分析，V型刚构桥墩均满足承载能力及正常使用要求；通过实体单元模型进行空间应力分析可知，结构整体应力满足要求，局部锚固位置出现拉应力可采取构造措施解决；桥墩基础及承台经验算满足规范要求。

(2)V型刚构桥墩受力复杂，温度作用影响结构受力较大，通过合理配置预应力钢束、调整上部结构施工工序等方法，可有效解决受力问题。

(3)V型刚构桥墩结构轻盈美观，适合城市及景观要求较高地区采用，可结合桥梁工程所处位置地质、地形、墩高及景观要求等适当调整，达到经济、美观要求。