技术应用Mou tie lu niu tui qiao dun de ji suan yu fen xi某铁路牛腿桥墩的计算与分析李鑫在城际铁路中跨度设计受到多个条件，无法完全根据《混凝土结构设计规范》9.3.11条，由承受竖向按照标准跨度布置，因此需要对桥墩进行特殊设计，本文力所需的受拉钢筋截面面积和承受水平拉力所需的锚筋截通过研究桥墩顶施加附加结构的方式，同时实现标准跨度面面积所组成的纵向受力钢筋的总面积，应满足：布置和节点跨越的功能要求。上式中，当a小于0.3h0时，取0.3h0。笔者对非标墩设计首先进行简化分析，然后对结构进AFvaF5173×0.3×0.8×2.5×103170×103行高精度实体分析，将两者计算结果进行相互对比和校核，=s≥0.85fh+1.2h=+1.2×14498mm2y0fy0.85×140×0.8×2.5140最终确定合理的结构设计。由上述公式推算，单位宽度配筋面积最小为60.4cm2。一、设计概述2.4m受力宽度范围内实际设计布置受拉钢筋As布本文以某铁路特大桥的158号桥墩为研究对象，墩置间距为4.5cm，钢筋根数为16根，需要单束钢筋面积高10m，桥墩上跨度组合为32+32m。为828mm2，故主要受拉钢筋为2φ25。1.尺寸拟定系筋采用φ16，均匀分布在主要受拉钢筋附近的有简支梁非标墩的主要尺寸初拟为：墩身：纵桥向2.8m，效高度的2/3范围内。横桥向5.8m；墩帽：纵桥向5.1m，挑臂1.15m；横桥2.实体模型分析向9.6m，挑臂1.15~1.9m。（1）模型介绍与分析。为了对上述计算进行验证，支座中心距离墩身边缘0.392m。顺桥向垫石超出墩本次计算采用Midas FEA对桥墩实体模型分析，顶帽、身范围，桥墩设计受顺桥向工况控制。托盘、墩身均按实际尺寸采用四面体单元模拟，支座反力2.主要计算分析内容采用均布荷载3472kN/m2施加于垫石顶面。非标墩的计算主要分为三个部分：主要分析结果如下：（1）托盘及顶帽的计算，保证在承受最不利支座反力的同时，把支座反力传递给墩身，该部分宜简化为牛腿进行计算并配筋。（2）使用有限元实体分析校核计算分析托盘及顶帽，并确定最终设计方案。（3）墩身应保证在最不利荷载工况下，墩身钢筋拉应力或裂缝不超过容许值。二、托盘及顶帽计算1.牛腿分析模型（1）裂缝控制 整体 半剖面 轴线拉应力分布墩顶混凝土采用C35混凝土,根据《混凝土结构设计图1 桥墩顺桥向轴线拉应力规范》9.3.10条要求进行检算，截面尺寸满足规范要求。（2）局部压应力分析结论：在牛腿受压顶平面上，由竖向力Fvk引起的局部压应①在最不利支座反力情况下，顺桥向墩顶最大拉应力力为3.6MPa，小于0.75fc。为1.5MPa，顶帽托盘沿墩身边缘的剖面上最大剪应力为（3）纵向受拉钢筋0.34MPa。265JIAN SHE YAN JIU②挑臂根部高度越小，墩顶拉应力越大，当挑臂根部高度减小为1.28m时，墩顶最大拉应力为2.59MPa，超过C35混凝土极限拉应力【2.50】MPa；顶帽托盘沿墩身边缘的剖面上最大剪应力为0.70MPa。故认为挑臂根部有足够的高度是必要的。③墩顶设置实体段后，顺桥向墩顶拉应力有适量减小，因此实体模型按墩顶不设置实体段进行分析是偏于安全的。④顶帽挖槽底部沿横桥向的拉应力也较大，应设置受力钢筋，钢筋直径不小于20mm。（2）与牛腿计算理论配筋比较。由有限元提取结果，按照深梁公式配筋。分析得到墩中心处顺桥向应力沿墩身高度分布图如图2：Pt=621.4kN，截面受拉区合力为:Pc=676.6kN内力臂:Z=2.669m截面弯矩:M=1805.9kN.m根据深受弯公式:M=fy×As×ZZ数值取最外层受拉区钢筋中心至受压区中心高度:Z=2.914m可以得到需要顺桥向单位宽度内钢筋面积为:=AsM1805.9=×=1056cm2fy×Z110×2.934结论：有限元分析出配筋面积小于牛腿计算结构，按牛腿计算配筋是偏安全的，满足规范要求。三、墩身计算墩身截面尺寸为5.8x2.8m，截面纵桥向特性：A=14.47m2 W=5.97m3。1.成桥工况非标墩作为偏心受压构件，墩身计算的原则如下：（1）墩身受拉边缘出现裂缝后，全部拉力由钢筋承受；（2）为了控制裂缝宽度，钢筋应力不超过110MPa。根据《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》5.1.3条，弯矩增大系数为1.06。然后活载计入1.097的动力系数，并计入墩顶实体段和墩顶的重量，则相对于墩身中心：轴力N+G=18343KN，弯矩M=8205KN·m。受拉侧按0.5倍的半圆端形截面计入，则截面尺寸为4.4x2.8m,受拉区的钢筋根数为36根，钢筋直径为16mm。结论：墩身钢筋应力和裂缝满足规范要求。（作者单位：中铁上海设计院集团有限公司）图2 顺桥向正应力沿墩高分布图取截面横向宽度:B=1.0m截面受拉区合力为:266
