浅议公路桥梁框架墩设计

摘要：公路桥梁框架墩在公路建设当中已经表现的越来越重要了，所以做好公路桥梁框架墩的设计就显得非常重要。本文主要叙述了公路桥梁框架墩的构造形式、设计要点以及施工要点等。

关键词：框架墩、公路桥梁、设计要点

中图分类号： K928 文献标识码： A

城市立交桥已经成为了城市一道最美的人工景观，特别是到夜晚的时候由于立交桥装有荧光灯，它的曲线美越发给人们一种美的享受。然而立交桥的美在力学上来说主要靠的是一个个公路桥梁框架墩支撑起来的，和立交桥一样，随着我国城市的建设，城市道路网络越来越密集，这样就导致了道路交叉太多不得不向高架桥方面发展。道路交叉的时候为了不影响下面道路的使用一般可以采用大跨径的桥梁一跃而过，跨度太大时可以在下面道路的中间分隔带的位置设置桥墩，如果两条道路斜交的话可以使用多桥墩斜向布置，桥墩上面的结构也采用斜交布置，框架墩的墩柱可以斜向分别布置在下方道路路幅两边还有路中间分隔带，并用刚性横梁相互连接。框架墩的盖梁一般设计为预应力结构，这样可以符合墩柱之间间距大的特点，下面就来详细介绍框架墩的构造形式、设计要点和施工要点。

1 框架墩的主要构造形式

框架墩的构造形式的选取一般主要是以它能够满足支撑上部结构传递下来的荷载以及对下面净空尺度的要求。除了这两个主要考虑因素之外构造形式的选择还要考虑到结构的形式、桥墩与墩梁的组合形式、墩柱的抗侧刚度以及美国效果等因素。下面就来说说公路桥梁框架墩的两种主要构造形式。

1.1.梁墩固结形式

下图1所示为梁墩固结形式，这种固结形式以其良好的抗扭性能以及抗震性能等优势广泛的用在高架墩的建设，但是由于梁墩固结导致了受力一般也比较复杂，这时候就需要必要的空间受力分析，还有就是在施工的时候为了达到固结的效果所以要求桥墩横梁与主梁在浇筑时要同时进行，这样就会影响到下面道路的正常运行，造成了一定的不便，所以固结形式一般是不建议采用的，但是如果遇到桥面很宽、盖梁跨度太大以及墩柱比较高的时候就必须得采用这种形式。

图1墩梁固结形式

1.2梁墩分离形式

墩梁分离的形式应用比较广泛，它的上部结构采用的是简支梁或者连续梁，在梁的底部设置支座。梁墩分离的结构形式一般应用在简支梁桥上，它能适应横桥方向和主梁伸缩变形比较大的情况，受力非常明确。为了能够改善横梁受力状况、提高横梁刚度以及符合挠度要求，可以把横梁做成变截面的形式，把梁式结构改为桁架结构，把横梁变为预应力梁，采用三柱或者多柱组成一个桥墩，这种构造形式只是在受力方面会复杂一点，大多数都是两种基本的形式相互组合而已。

图2墩梁分离形式

2 公路桥梁框架墩设计的要点

2.1确定结构形式和尺寸

框架墩在进行设计的时候首先要根据要求进行结构形式和尺寸的选择。结构形式的选择主要是受到桥梁的跨度大小、桥墩的高度以及桥墩的抗侧力要求等因素的影响。选好结构形式之后要根据相应的桥墩设计规范以及受力要求来选择桥墩的结构尺寸，尺寸的选择要考虑建筑高度的限制要求、结构净空要求、横梁预应力布置要求、横梁与墩柱的刚度匹配要求等。刚度匹配要求是最重要的考虑因素，因为如果匹配的不合理的话就会带来结构内力较大、结构变形厉害、节点应力太大等一系列问题。

2.2框架墩基础形式的选择

在确定好桥梁框架墩的结构形式及尺寸之后要根据相应要求选择合适的基础类型。浅基础和桩基础是比较常用的两种基础类型，当然，基础类型的确定还要根据具体地质条件和上部结构形式的要求。如果选择桩基础，由于框架墩超静定结构的特点以及横梁刚度大对沉降比较敏感等要求，尽量选择支撑桩或者嵌岩桩。

2.3框架墩上部结构竖向作用力的计算要点

框架墩支撑的主要作用力有结构的自身重力还有桥面上汽车行驶时所传下来的汽车荷载，对于自身重力的计算相对来说会简单一点，但是汽车荷载就比较难计算了。在进行纵向计算的时候要依照影响线的形状来进行最不利位置的荷载布置，而且把汽车的冲击力也考虑进去，接着再计算汽车横向荷载。不同的结构有其最为合适的计算方法，对简支梁来说要按照汽车的横向位置采取杠杆法进行计算；对于连续箱梁来说可以通过空间梁格有限元程序进行计算。

2.4框架墩上部结构纵向作用力的计算要点

公路桥梁框架墩上部传下来的力主要有温度应力、汽车制动力、预应力混凝土的徐变力以及上部结构的张拉预应力等。计算这些力之前要先计算桥墩抗推刚度，然后再根据各个墩的绝对刚度来计算上部结构变形引起的纵向力。进行汽车制动力分配的时候一定要考虑好各个桥梁框架墩的相对刚度，计算抗推刚度的时候要考虑基础与支座串联的影响。

2.5布置预应力钢束

因为盖梁以及荷载的不对称特点导致了各个截面需要配置差别较大的钢束，如果说通长来布置的话会造成浪费，但是如果把钢束截断的话又很难设置锚固点，所以说把钢束布置在截面中间位置是最好不过了。钢束在布置的时候为了能够适应盖梁截面剪力较大的情况，通常把弯起位置布置在剪力较大的地方。为了能够避免钢束在横向产生比较大的侧弯，布置的时候尽量保持对称性。如图3所示为框架墩盖梁钢束布置图。

图3 框架墩盖梁钢束布置图

2.6布置普通钢筋

普通钢筋的作用主要是抗拉、抗弯、抗剪及抗扭，框架墩盖梁内部钢筋的配置除了满足前面这几项作用要求外还需要考虑构造要求以及最小配筋率。一般情况下通常布置的钢筋直径都要在20mm以上，钢筋之间的间隔也比较密集，之所以这样布置是因为考虑到了结构的抗裂程度，这种钢筋布置方式能够增加结构的延性，方便盖梁与墩柱的钢筋连接。由于在地震的时候墩柱和盖梁连接节点容易发生破坏，所以应该增加节点处配置的钢筋数量。

2.7模拟约束刚度的确定

通过对已完工的实际工程做刚度的测量实验我们发现，一般情况下基础实测刚度为计算刚度的1.1倍到1.2倍之间。由于大跨度结构对基础的约束条件非常的敏感，所以在进行模拟约束计算的时候一定要取好合适的值，如果模拟约束值比实际约束值小的时候，就会使得立柱和基础设计不安全，而加大横梁的设计难度；如果模拟约束值比实际约束大的时候，立柱和基础将比较难以设计，而横梁的设计会变得不够安全。所以说在进行基础刚度模拟的时候一定要尽量接近实际刚度，这样才能保证基础和立柱的设计更加安全耐久。

2.8框架墩的设计方法

在进行框架墩设计的时候先根据工程实际情况确定跨度，再根据经验初步拟定框架墩的断面尺寸和基础的布置方式，接着选择相对应的有限元计算程序建立工程计算模型。经过问题的求解之后就能够考察所选择的框架墩的断面尺寸是不是满足要求，不满足要求的话重新修改模型并重新计算，直到符合要求为止，然后根据计算出来的外力进行桩基础的设计。

3 施工要点

控制好横梁的挠度和提高横梁的刚度是框架墩施工的要点，同时也是难点。大跨度框架墩施工的其他要点还有如下：施工的时候横梁一定要设置预拱度，并把框架墩中间的支座适当的抬高，主梁在千斤顶上面完成浇筑之后要先把梁中的千斤顶释放掉，然后才能释放两边的千斤顶，这样才能使得横梁落在支座上的时候中间部门的支座反力比两边稍大，但是后续荷载增加的时候一定要保证各个支座的反力大致一样；为了能够控制好横梁的变形，还要严格的控制好预应力束张拉时间和张拉顺序。

4 结束语

随着城市化进程节奏的加快，城市道路越来越密集，难免出现交叉的情况，为了不影响交通，一般采取让两条道路交通流量不在一个平面上，这时候公路桥梁的建设就越来越多了。框架墩是公路桥梁的主要构造，也是最为重要的支撑构件。通过对公路桥梁框架墩的设计分析之后我们发现，在进行设计的时候一定要根据工程的具体情况选择合适的结构形式，在满足实用性的前提下尽量设计出美观的框架墩形式。

参考文献

[1]兰南，万志勇.框架墩的计算与应用[J].广东公路勘察设计，2005.1

[2]张明欣.大跨径框架墩在跨线桥中的应用[J].公路，2009.7