大跨度门架墩设计，桥梁设计师必懂！

对大跨度门架墩盖梁与立柱不同的连接方式对立柱内力的影响进行了计算分析，提出了不同的适用条件下盖梁与立柱合理的连接方式，可供类似工程参考。

简述

当两条线路交角小，其中一条线路须跨越另一条线路时，如轨道交通、磁悬浮跨越城市道路（或公路、铁路），城市道路跨越城市道路、铁路等，在不中断交通的情况下，要满足限界及施工安全距离，上跨桥梁跨度一般很大，且桥梁上部结构须选择跨越能力大的钢结构，从而引起工程造价高、后期维护工作量大。另外一种解决方法就是选择门架墩跨越，上部结构选择预制小箱梁或空心板梁混凝土结构，一般采用吊机或架桥机架梁，架梁时间短，对既有运营线路影响小。

门架墩按照盖梁与立柱的连接方式，可分为全固接，一端固接、一端铰接。盖梁可采用预应力混凝土结构或钢结构，预应力混凝土盖梁搭设支架现浇，对交通的影响较大，钢箱盖梁可先在工厂预制，现场吊装，对交通的影响较小。

案例解析

某工程在既有全互通立交基础上共增设８条匝道。受地下管线和现有立交主线、匝道影响，ＦＷＥ匝道和ＦＷＮ匝道分流口布设在既有的ＷＳ匝道上，见图１；ＦＷＥ匝道分流口小里程侧上部结构为一联２２ｍ＋２４ｍ＋２２ｍ变宽度钢筋混凝土连续箱梁，ＦＷＥ匝道分流口大里程侧和ＦＷＮ匝道上部结构分别为跨径２７ｍ、

２０．６２ｍ预应力混凝土简支小箱梁，因此，分流口处ＰＦＷＥ１０号桥墩设计为门架墩。设计荷载：城－Ａ级，施工阶段温度１５℃，体系温度变化：±２５℃。

大跨度门架墩设计

1大跨度门架墩设计方案

门架墩柱间距（１０ｍ左右）较小时，盖梁与立柱一般采用全固接的混凝土结构。

门架墩柱间距（２０ｍ左右）很大时，称为大跨度门架墩，根据盖梁材料和盖梁与立柱的连接方式，有以下几种设计方案。

（１）方案１：先铰接后固接的钢－混凝土混合门架墩为了减少对下穿道路正常交通的干扰，大跨度门架墩常采用钢－混凝土混合结构，即盖梁为钢结构，立柱为钢筋混凝土结构。

该方案混凝土立柱施工完成后，将工厂预制的钢箱盖梁吊装置于柱顶，此时盖梁与墩柱铰接，待上部结构梁跨架设完成、

二期恒载施工完成后，使钢箱盖梁与墩柱固接，则在恒载作用下，铰接的盖梁无疑大大减小了柱顶、柱底节点处横向弯矩，正常运营阶段结构需承受温度变化、活载作用下所产生的横向弯矩。

（２）方案２：一端固接、一端先铰接后固接的预应力混凝土门架墩在不中断下穿道路交通的情况下，混凝土立柱施工完成后，搭设支架浇筑盖梁混凝土，并使一个立柱与盖梁固接，另一个立柱柱顶纵向扩大头上安放两块四氟板式橡胶支座，且该柱顶上方盖梁内混凝土后浇，然后张拉盖梁第一批预应力钢束，架设预制上部结构小箱梁，接着张拉盖梁第二批预应力钢束，铺筑桥面铺装和浇注防撞墙，最后浇注柱顶上方未浇注的盖梁混凝土，使立柱与盖梁固接。

（３）方案３：一端固接、一端铰接的预应力混凝土门架墩，本方案适用条件同方案２，混凝土立柱施工完成后，搭设支架浇筑盖梁混凝土，并使一个立柱与盖梁固接，另一个立柱柱顶布置一个单向（横桥向）活动球钢支座，且盖梁纵向设置限位，然后张拉盖梁预应力钢束、铺筑桥面铺装和浇注防撞墙。

（４）方案４：全固接预应力混凝土门架墩本方案适用条件同方案２。为了便于同方案２、方案３进行比较，考虑盖梁混凝土浇注时将立柱和盖梁全固接的方案。

2大跨度门架墩设计方案比选

本工程设计和施工周期短，工期紧，在不中断交通且下穿道路ＷＳ匝道允许搭设支架的前提下，ＰＦＷＥ１０门架墩立柱采用钢筋混凝土结构，盖梁不选择钢箱结构，而选择预应力混凝土结构。

立柱设计尺寸：１８００ｍｍ×１５００ｍｍ（横桥向×顺桥向）。针对方案２，Ｂ柱柱顶顺桥向尺寸各增大５００ｍｍ，便于放置两块３５０ｍｍ×５００ｍｍ×５９ｍｍ四氟板式橡胶支座。盖梁尺寸：２０００ｍｍ×２０００ｍｍ（宽度×高度），同样，针对方案２，Ｂ柱柱顶处盖梁宽度扩大到３０００ｍｍ，以利于提供相应布置支座的空间和减少钢束从柱顶通过，便于施工。根据方案２～方案４盖梁与立柱的连接方式，分别建模运用“桥梁博士”软件进行计算，立柱柱顶、柱底轴力、弯矩（顺时针为负、逆时针为正）和盖梁内力（盖梁弯矩上缘受拉为负、下缘受拉为正）计算结果见表１～表６。

从表１～表６立柱柱顶、柱底内力、盖梁内力计算结果发现：

（１）恒载作用下，方案２～方案４立柱柱顶、柱底轴力相差不大，基本相同；但方案２、方案３相对方案４的横向弯矩减小较多，这说明改变门架墩立柱与盖梁的连接方式可大大改善立柱的受力状况。

（２）在汽车荷载和温度作用下，方案２、方案４立柱柱顶、柱底的轴力、弯矩相同，且温度对门架墩结构产生较大的横向弯矩，而方案３由于柱顶、柱底的轴力、弯矩相同，且温度对门架墩结构产生较大的横向弯矩，而方案３由于柱顶设置了一单向（横桥向）活动支座，Ａ柱柱顶、柱底节点由温度产生的轴力、横向弯矩很小，Ｂ柱柱底仅仅存在由支座摩阻力所产生的横向弯矩。

（３）表４中方案２～４Ａ柱、Ｂ柱的柱底轴力基本相同，但方案４横向弯矩最大，方案３最小，方案２位于两者之间。横向弯矩大，将大大增加立柱的配筋量，同时，需增大基础的工程量，如桩的根数。

（４）表５说明：方案４的盖梁正、负弯矩的绝对值相差不大，基本相同。方案２比方案４的盖梁跨中弯矩有所增大、Ｂ柱顶处盖梁弯矩减少较多。方案３因一端铰接，Ｂ柱顶处的盖梁弯矩很小，相对方案４跨中弯矩增大很多。

（５）表６说明：在汽车荷载和温度作用下，方案２、

４盖梁弯矩的绝对值相差不大，基本相同。方案３盖梁在汽车荷载作用下跨中弯矩较大，温度作用对盖梁产生的内力很小。

小结

（１）在下穿道路不宜搭设支架的情况下，大跨度门架墩可采用钢－混凝土混合门架结构，即盖梁为钢结构，立柱为钢筋混凝土结构，盖梁工厂预制，立柱现场浇注。

（２）在不中断下穿道路交通且可搭支架的情况下，大跨度门架墩盖梁可选用预应力混凝土结构、立柱为钢筋混凝土结构，同时，立柱与盖梁的连接方式可选用一端固接、一端先铰接后固接，或一端固接、一端铰接的形式。