双柱式花瓶桥墩设计分析

第37卷第6期2020年12月土木工程与管理学报J o u rn a l o f Civil E ngin eerin g an d M a n agem en tVol.37No.6Dec. 2020钢-混结合梁桥主梁顶升施工时双柱式花瓶桥墩空间受力分析熊振明(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430015)摘要：借助某工程钢-混结合梁桥在主梁顶升施工过程中墩顶出现的裂缝现象，通过空间有限元程序M id as FEA建立实体单元对桥墩进行受力分析，验证该结构的安全性，通过成桥状态和顶升状态两种工况分析桥墩的 受力变化并作对比。

再根据花瓶墩顶“D区”类似“深梁”的受力特点，用实体计算所得的应力迹线绘制杆件，模拟规范中的拉压杆模型，采用规范中的拉压杆模型进行试验算，得出拉压杆模型并不适用于该类型桥墩系杆 力计算的结论，同时为受力复杂的该类型桥墩结构提供了一种计算方法以供参考。

明确了该顶升措施的利与 弊，提醒为应对主梁特定的施工工艺而加强构件局部配筋设计。

同时依据分析结果对施工中出现的裂缝问题 采取适当的措施进行修复。

关键词：钢-混结合梁桥；桥墩；顶升；有限元法；受力分析；拉压杆模型；验算中图分类号：U445.57 文献标识码：A文章编号：2095-0985(2020)06-0064-06Spatial Stress Analysis of Double-column Vase Pier During Jacking Construction of Main Beam of Steel-concrete Composite Beam BridgeXIONG Zhen-ming(W u h a n M u n ic ip a l E n g in e e rin g D esign &Research In s titu te Co L t d,W uh a n430015, C h in a)A b s t r a c t：W ith the h e lp of the cracks on the p ie r top of a steel-concrete com posite beam bridged u rin g the m ain beam ja c k in g c o n s tru c tio n，the solid elem ent is established by the spatial fin iteelem ent program M idas F E A to analyze the stress of the p ie r，and the safety of the structure is v e ri­fie d.The stress change of the p ie r is analyzed through two w o rk in g con d itio n s of bridg e com p le tion state and ja c k in g state.T hen acco rding to the stress characteristics of “D area”on the top of vase p ie r s im ila r to“deep beam”，the ba r is draw n w ith the stress trace obtained by solid c a lc u la tio n，and the tension and com pression ba r m odel in the code is sim u la te d.The s tru t-a n d-tie m odel in the sp e cifica­tio n is used fo r tria l c a lc u la tio n，and the test results show that the s tru t-a n d-tie m odel in the sp e cifica­tio n is not suita ble fo r the c a lc u la tio n of the tie force of th is type of bridg e p ie r.In a d d itio n，the paper provides a ca lc u la tio n m ethod fo r th is type of com p lica ted p ie r structure fo r refere nce.T he advantages and disadvantages of th is ja c k in g m easure are c la r ifie d，and the design of lo c a l reinforce m ent of com­ponents should be strengthened to deal w ith the sp e cific co n stru ction technology of m a in beam.A t the same tim e，acco rding to the analysis re s u lts，ap pro pria te measures are taken to re p a ir the cracks in the c o n s tru ctio n.K e y w o r d s：steel-concrete com posite b e a m；p ie r；ja c k in g；fin ite elem ent m e th o d；force a n a ly s is；s tru t-a n d-tie m o d e l；c h e ckin g ca lc u la tio n随着我国社会经济水平的高速发展，人们对 墩的应用也越广泛，但是由于花瓶墩墩顶的支座桥梁美观要求越来越高，在市政桥梁建设中，花瓶 作用边缘线越过墩底线等特点，受力比较复杂，不收稿日期：2019-11-25修回日期：2020-06-02作者简介：熊振明（1976-),男，江西乐安人，高级工程师，研究方向为桥梁结构设计（E-mail:26805276@)第6期熊振明：钢-混结合梁桥主梁顶升施工时双柱式花瓶桥墩空间受力分析• 65 •_(a )桥墩立面〇：)桥徵侧面图1垫石纵桥向两侧均凿除部分，共安装了 4个千斤 顶（如图2a 所示），同时在该墩的另一柱顶同一 位置也如同设置，并由电脑同步控制进行顶升。

戴世宏, 费 梁( 东南大学建筑设计研究院交通分院, 江苏 南京210096)摘要: 以实际桥梁工程引桥为例, 介绍花瓶墩的设计与计算过程, 并根据花瓶墩的受力特点, 着重对这种类型桥墩的横 桥向应力进行详细的计算和分析, 结果表明, 墩顶横桥向拉应力较大, 需加强配筋; 桥墩剪应力较小, 仅需按构造配筋。

关键词: 花瓶墩; 横桥向; 拉应力; 剪应力 中图分类号: U443.22文献标识码: B文章编号: 1002- 4786( 2008) 09- 0068- 03Design and Calculation of Vase Pier sDA I Shi- hong , FEI Lia ng( Architectural Desig n & Research Institute of S outheast University , Traffic Branch , Nanjing 210096, China )Ab st r a c t : Taking practical bridge approach engineering for instance , the paper introduces the designand calculation process of vase piers , and emphasizes the detailed calculation and analyzes the stress o f this type of piers in transverse direction of bridge according to the stress characteristics of vase piers. The analysis results sho w that the tensile stress in the top of piers in transverse direction of bridge is great , the reinforcement should be strengthened. What ′s more , its shearing strength in piers is less , so the reinforcement should be done according to conformation.Key wor ds : vase pier ; transverse direction of bridge ; tensile stress ; shearing strength 引言随着社会经济的发展, 设计开始摒弃早期的以重力式圬工结构为主, 越来 1 人们对桥梁建设的要求越向纤细、美观的方向发展, 越来越多造型新颖的 越来越高, 不再单纯地追求经济实用, 而开始追求 技术经济合理与环境协调的景观效果。

双柱式异形花瓶墩BIM模型创建方法摘要：鉴于目前Bim技术在桥梁工程中的应用还处于初级阶段，尤其对不规则的桥梁构件（如异形墩、变截面梁），其模型创建难度大，还未有应用在该方面的族库，然而传统的二维图纸很难获取关键位置信息数据，本文提出了一种桥梁双柱式花瓶墩建模方法，并对其进行参数化设置，通过参数控制提高建模效率。

关键词：Bim技术；花瓶墩；参数化该文以洛阳市某项目为例，详细介绍了该项目某双柱式花瓶墩横断面轮廓参数化设置、墩柱族创建方法。

1项目介绍本项目主线桥呈南北走向，主线桥梁起点 K2+195，桥梁终点 K2+701，桥梁全长 506m。

第一联为(37+66+40)m现浇连续箱梁，第二联为（2×50）m 现浇连续箱梁，第三联为（2×70）m现浇T 构转体梁，第四联为(3×30+33)m现浇连续箱梁。

全桥共计4联11跨（56#墩～67#墩，62#为转体墩，67#墩不包含），桥墩11个。

桩基数量：桩径1.5m钻孔桩96根，桩径1.25m钻孔防护桩54根，本文以56#墩柱为例进行模型创建。

2 桥梁墩柱模型创建2.1桥梁墩柱横截面轮廓族创建（1）创建自适应公制常规模型族，构建墩柱断面轮廓，项目浏览器中选择楼层平面中的参照标高。

（2）创建4个点图元，并使其自适应，点图元编号为3、4点属性中自适应构件由放置点（自适应）改为造型操作柄点（自适应）。

（3）画两道参照线，设置工作平面，具体操作方法为单击工具栏中的设置，选择拾取一个工作面，以1-2连接的参照线水平面作为工作平面。

（4）画一个矩形，采用对齐功能分别把矩形的四条线段与自适应点的面对齐，对齐后均进行锁定。

（5）采用模型线中圆角弧工具设置半径为150的圆倒角，并进行参数赋予，参数名称为圆倒角。

所创建的桥梁墩柱横截面轮廓见图2-1。

2.2桥梁墩柱创建（1）墩身轮廓建好后，保存墩身轮廓族，新建概念体量中的公制体量族，按照设计图纸，分别设置工作平面，采用参照线工具画出正面图与侧面图墩柱外侧轮廓控制线（见图2-2），墩高H为14.8m。

公路双柱式钢筋混凝土桥墩设计引言：公路桥梁是交通运输系统的重要组成部分，作为连接公路两侧的桥梁支撑结构，桥墩是桥梁的重要组成部分。

钢筋混凝土桥墩作为常用的桥梁支撑结构，具有良好的抗震性能和耐久性，广泛应用于公路桥梁工程中。

本文将设计一种公路双柱式钢筋混凝土桥墩，以满足相应的设计要求。

设计要求：1.桥墩所处地震区域为一般烈度区，抗震设防烈度为5度；2.采用C50混凝土，不考虑减震设备；3.工作性能要求：桥墩工作寿命为100年，最小限制状态和频率限制状态满足相应要求。

设计过程：1.确定桥墩的结构形式和尺寸：根据设计要求，选择双柱式桥墩结构形式。

根据实际情况，确定桥墩的高度、宽度、柱间距等尺寸参数。

2.计算垂直荷载：根据桥梁设计标准和实际交通状况，计算桥墩所承受的垂直荷载。

考虑桥梁自重、汽车荷载、行人荷载等因素，按照标准规定进行计算。

3.计算水平荷载：根据桥梁设计标准和实际情况，计算桥墩所承受的水平荷载。

考虑侧向风荷载、地震荷载等因素，按照标准规定进行计算。

4.设计桥墩柱截面和配筋：根据垂直和水平荷载的计算结果，确定桥墩柱截面尺寸，并进行荷载作用下的弯矩、剪力等计算。

然后根据桥墩截面的受力情况，进行钢筋配筋设计。

5.设计桥墩基础：根据桥墩尺寸和地质情况，进行桥墩基础设计。

考虑地基承载力和稳定性等因素，确定桥墩基础底板的尺寸和深度，并进行钢筋配筋设计。

6.进行桥墩的受力分析：将桥墩的受力分析结果输入计算机软件中，进行静力计算和动力计算。

通过受力分析，校核桥墩结构的安全性和稳定性。

7.编制桥墩施工图纸和施工方案：根据设计计算结果，编制桥墩施工图纸和施工方案。

包括各个构件的尺寸、钢筋数量和直径、混凝土配合比、施工工艺等内容。

8.进行桥墩的施工和检验：根据桥墩的施工图纸和施工方案，进行桥墩的施工。

在施工过程中，进行逐步检验和监测，确保桥墩的质量和安全。

结论：通过以上设计过程，可以得到一种符合设计要求的公路双柱式钢筋混凝土桥墩。

花瓶式桥墩受力分析的探讨摘要：本文对某大桥的花瓶式桥墩受力特征进行分析，鉴于结构受力比较复杂，结合空间有限元模型和拉压杆模型分别就应力和裂缝计算分析，根据各自的计算结果。

经比较，得出在结构设计和钢筋布置方面得到一些有价值的结论，供以后类似的设计和计算参考。

关键词：花瓶式桥墩空间有限元模型拉压杆模型计算分析1 引言随着科学技术水平的发展和人们对于美学欣赏的要求，桥梁结构形式日新月异，桥梁细部构造的创新已经成为目前桥梁建设人员探讨的问题。

随着桥梁结构形式变化，其相关受力特性也随之发生了很大变化。

花瓶式桥墩作为新结构形式在公路市政桥梁建设中得以广泛采用，但在其使用过程中也发现了一些墩身裂缝的问题，对于结构的承载能力和耐久性能产生直接影响。

2 概况某桥跨径布置34+55+34m现浇变截面连续箱梁桥，断面全宽为16.5m，箱式悬臂长度为2.25m。

箱梁变高，支座处梁高3.5m，跨中梁高2.2m。

顶板厚度为0.28m，底板厚度为0.25m，支点范围腹板厚度为70cm，跨中范围腹板厚度45cm。

箱梁悬臂端部厚度为20cm。

其主墩为花瓶式桥墩，墩身为变截面的花瓶式，墩顶尺寸为5.7m×1.4m（横桥向×纵桥向），墩底尺寸为4.0m×1.4m（横桥向×纵桥向），墩高8.7m。

墩底横桥向单侧配置22根直径32mm受力钢筋，纵向边单侧配置57根直径32mm受力钢筋，墩顶按配置有38根直径32mm的受拉钢筋。

3 主墩墩身验算对于高墩的花瓶式桥墩，在相同荷载作用下，支座中心距离悬臂根部距离越大，它在悬臂根部产生的弯矩就越大，呈现“大牛腿”效应，弯矩过大可导致墩顶混凝土产生裂缝和悬臂根部下缘混凝土压坏。

对于支座中心线与墩身底部截面边缘距离不同值（边缘内20㎝、边缘齐平、边缘外20㎝），根据以前相关结构受力设计计算对比分析，支座中心线处于墩身底部截面边缘内20㎝，基本上消除了剪应力集中现象，应力等值线更加平缓，应力分布变得十分均匀，弯曲正应力得到降低，顺桥向支座中心线所在的竖直面内剪应力值相对较小。

桥梁工程中花瓶墩的设计分析摘要：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。

花瓶墩系梁受力分析摘要：平潭综合实验区市政桥梁桥墩常采用双柱花瓶式，平面杆系模型难以准确计算系梁横向受力，对其结果往往偏于不安全。

根据应力迹线绘制“撑杆一系杆体系”并撑简化模型，分析各参数对横向系杆力的影响，并给出一种简便的计算方法。

关键词: 花瓶墩柱；双实体有限元；撑杆一系杆模型0．引言花瓶桥墩由于造型优美，近些年已经被广泛运用在城市立交主线桥梁中。

由于墩顶段成花瓶形，在支座反力的作用下墩顶系梁横桥向会产生较大的水平拉力，需根据计算，在系梁内配置合适数量的横向钢筋，避免系梁横向承载力的不足或裂缝的产生。

1.计算钢筋用量及承载力可积分求得系梁截面内力，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)第6.4.4、6.4.3以及8.5.3条公式进行钢筋应力、裂缝以及抗拉承载力的计算，也可假定求得的横向拉力全部由横向钢筋来承受。

为了控制裂缝，可根据结构所处的环境类别和拟配置的钢筋直径，来反算钢筋控制应力，将横向拉力除以钢筋控制应力，从而求得所需的钢筋面积。

钢筋的布置宜尽量布置在较大的拉应力区，即靠近系梁上缘为宜。

2.撑杆-系杆体系简化计算法根据花瓶墩顶“D区”类似于“深梁”的受力特点，可以考虑采用“撑杆-系杆体系”来计算其系杆力。

根据实体有限元模型计算所得的应力迹线，按照杆件中心尽量与应力迹线重合的原则绘制杆件，建立的撑杆-系杆体系。

值得注意的是，此时部分撑杆与传统意义上的撑杆不同，其作用在混凝土外部，是“虚撑杆”，撑杆力的平衡是通过墩柱受弯来实现的。

图1 撑杆-系杆模型图图中系杆力：Td=N/tanθ式中：N——支座反力，KN；θ——撑杆系杆的夹角，（°）。

从式中可知，双柱花瓶墩顶横向受力的计算即为系杆拉力的计算，而系杆拉力的计算也即为撑杆-系杆夹角θ的计算。

《规范》第8.5.3条中有关撑杆——系杆体系算法。

在承台短悬臂中，其根据外排桩中心距墩台边缘距离等于墩台高度情况下，采用：“梁式”和“撑杆——系杆”两种体系计算结果相近，经过试算，作了a=0.15h0的假设，从而求得θ的大小。

花瓶式桥墩墩顶拉力计算分析桥墩墩顶拉力计算分析是指在桥梁结构中，通过计算和分析花瓶式桥墩墩顶的拉力，以确定桥梁的受力情况和安全性能。

本文将通过对花瓶式桥墩墩顶拉力计算的原理、方法和一些典型实例进行详细探讨，以期帮助读者更好地理解这一方面的知识。

花瓶式桥墩墩顶拉力计算的原理主要是根据结构力学原理，对桥梁结构中的荷载进行分析，并利用平衡条件、变形平衡条件等基本原理，求解桥墩墩顶的拉力。

花瓶式桥墩是指具有形状类似于花瓶的桥墩，其墩顶由一个或多个平台组成，承受来自桥面、横梁和护栏等构件的荷载。

在实际应用中，花瓶式桥墩墩顶拉力计算主要包括以下几个方面的内容：1.荷载计算：首先，需要计算桥墩墩顶所受的各种荷载，包括自重、行车荷载、风荷载、地震荷载等。

对于车行荷载，一般会采用规范提供的标准荷载模型进行计算。

对于风荷载和地震荷载，可以采用风压和地震力的计算模型进行计算。

2.桥墩墩顶受力分析：在计算荷载的基础上，进行桥墩墩顶的受力分析。

通常，桥墩墩顶受到的主要力有竖向力、横向力和弯矩。

其中，竖向力是指桥墩墩顶所受荷载的竖直分量，横向力是指荷载在横向方向上对桥墩墩顶的作用力，弯矩是指由于荷载作用产生的对桥墩墩顶的弯曲力。

3.桥墩墩顶拉力计算：根据桥墩墩顶所受的荷载和受力分析结果，采用合适的计算方法，分析桥墩墩顶的拉力。

一般情况下，可采用静力分析进行计算，即假设桥墩墩顶处于静力平衡的状态，通过平衡条件和变形平衡条件，求解桥墩墩顶的拉力。

对于较为复杂的结构，还可以采用有限元分析等方法进行计算。

4.安全评估：通过对桥墩墩顶的拉力计算，可以评估桥梁结构的安全性能。

根据桥梁设计规范要求，对计算结果进行评定，并确定桥墩墩顶的强度和稳定性是否符合规范要求。

如果桥墩墩顶的拉力超过了承受能力或者稳定性要求，需要进行结构优化设计或采取加固措施。

总之，花瓶式桥墩墩顶拉力计算分析是一项复杂的工作，需要对桥梁结构和力学原理有较深入的了解，并结合规范和标准进行计算和评估。