V型钢墩组合桥：揭秘其设计理念，为何如此设计更合理？

最近不少粉丝跟我留言说，他正在设计一座桥，桥型为V型钢墩-钢桥，问我有没有相关资料可参考。于是乎小灰查询总结一些资料，供大家参考学习。

     

     

V型墩特点

     

     

     

V型钢墩组合桥是一种新型的桥梁结构，它结合了刚构桥和拱桥的特点，具有整体刚度大、施工方便和结构轻盈美观等优点 。这种桥梁结构既具有组合式连续梁的独特力学性能，又具有V型墩桥的独特力学性能 。在设计方面， V型墩能够有效减小主梁跨径和弯矩，从而缩短计算跨径并降低梁的高度。在 施工方面，V型刚构墩桥梁的转体施工技术已经得到了完善，适用于跨线V型刚构墩桥梁转体施工 。此外，V型墩异型钢混梁拱组合桥的力学行为也通过数值分析方法进行了研究，以了解结构设计参数对其力学性能的影响 。因此，V型钢墩组合桥是一种具有高稳定性和美观性的桥梁结构，适用于大跨度桥梁特别是铁路桥梁中。

     

     

V型墩微创新

     

     

     

这几 年看 到一 些有 新意的 V型墩 ，本文就 描述 V型墩 的微 创新，包括 结构和造型两个方面。

在结构方面， V型墩的微创新主要集中在减少对温度变化和地面沉降的敏感性上。 这是因为传统的V型墩设计中，墩体与梁、基础之间的全固结连接使得结构对这些外部因素非常敏感。因此，通过改进设计方法，如优化V型墩的受力分析和施工措施，可以有效解决斜肢内部开裂问题，并控制施工过程中的变位，从而降低结构对外部环境变化的敏感。此外，采用预应力混凝土等材料和技术，也能满足结构设计的要求，进一步提高结构的稳定性和耐久性，如下图。

  V形墩桥梁结构的微创新思路  

墩底设支座结构简图

 

墩顶设置拉杆和支座。 V型墩下设置了支座，梁底是圆曲线，底板与腹板相交处设置了倒角，并且桥墩在横断面上是上宽下窄，景观效果较好，也有人称此类型桥型为“梁拱组合结构体系”。

 

关于V型墩的造型建议 ，首先应确保其横向个数不超过2个，以避免岸上视角显得凌乱。其次，V型墩的壁厚需要适当，以保证其刚度与上部结构相匹配，并非越厚越好。此外，V型墩的纵向可以采用变厚度设计，而横向宽度也可以根据需要进行调整，这样的设计能够提升景观效果。最后，V型墩的侧面色彩、质感和表面处理也是值得考虑的方面，对于追求高景观要求的情况，建议与建筑师合作进行设计。接下来跟小灰一起来看一些 工程实际案例 吧。

     

     

案例一

     

     

     

该桥梁的总跨为20.5+34.1+45+64+30米，采用钢结构V型墩作为主跨的一部分，以适应桥梁宽度需求，即6.25米，足以容纳一个小车道和人行道。主梁采用槽型钢组合梁设计，其高度为1.2米，最大跨高比达到28.3，底板宽度为2.3米，顶板宽度为3.28米。混凝土桥面板厚度为0.25米，悬臂长度为1.485米。钢结构V型墩与混凝土桥墩固结，墩身为2.4米空心矩形桩，纵向墩身逐渐变宽，顶部厚度为1.56米，斜坡坡度为1/20，壁厚为0.3米，基础由6根直径为1.0米的桩基构成。

 

 

 

 

     

     

案例二

     

     

     

该桥梁为V形连续刚构桥，采用预应力混凝土和组合梁结构，两端设有混凝土压重以增加稳定性。桥梁总长195米，分为三跨，为54.5+86+54.5米，跨中梁高为1.9m，支点最大高度为2.75m。高跨比1/46，钢箱宽3.8m，横隔板间距3.5m。这种设计在城市桥梁中因其优美的造型及较好的受力特点而得到广泛应用。

 

 

 

由于V型墩的墩座处外形和受力复杂，为增强浇筑质量，采用自密实的高强度混凝土。

 

 

 

 

 

 

为避免温度、混凝土收缩徐变等因素在基础上产生过大的弯矩，V墩基础设计采取了以下措施：首先，采用下部混凝土、上部钢管的组合桩，以降低抗推刚度；其次，桩顶的钢管桩设计为两层，顶部有5米的“自由桩长”，其中一根钢管为锥形，从顶部直径1.16米到5米深度处直径为1.33米；再次，在桩与基础之间形成间隙，允许桩在上部区域自由移动，最大间隙约为75毫米，并将桩的锚固点重新定位到更深的土层中。此外，在桩头板下方的硬质泡沫板上形成一层由PE薄膜制成的滑动层。这些措施旨在通过减少抗推刚度、增加桩的活动性和改善桩与基础之间的连接方式，来应对温度变化和混凝土收缩徐变带来的影响。

 

 

 

 

     

     

案例三

     

     

     

 

 

Hollandsch Diep 桥（也称为第三莫尔代克桥）是史基浦-安特卫普高速线上最长的铁路桥。这座桥连接荷兰北布拉班特省和南荷兰省，位于Hollandsch Diep之上，是三座Moerdijk 桥之一。大桥全长2公里，其中过水约1100米。主跨是由 11 个桥墩支撑的复合梁，桥梁跨度为 105 米。

这座桥是一座复合桥，由钢和混凝土组成的桥梁。之所以选择这种结构，是因为这座桥必须能够承受高速列车引起的振动。HSL 桥具有引人注目的形状，由 Y 形支撑组成，几乎无缝地融合到钢制管状跨度中。2004年10月，几十辆满载沙子的卡车被用来测试这座桥是否会弯曲，因为几厘米对快速列车来说已经是灾难性的了。最后，这座桥只弯曲了 12 毫米。可见这座桥的刚度是大大的哈！！

 

 

     

     

方案设计

     

     

     

结构形式选择思路

在选择结构形式时，一个关键的考虑因素是希望创造一个轮廓鲜明的结构，同时又不会完全占据旧桥。设计者希望旧桥仍能被感知，不会被新桥取代。新桥应该和旧桥有相同的节奏，它应该是一个干净简单的解决方案，旁观者容易阅读和理解。它也应该是一个没有主跨中心焦点的解决方案。主跨是不合适的，不仅是因为成本的原因，而且还会破坏人行横道的平静节奏。

考虑了许多典型的解决方案:多跨斜拉解决方案、梁解决方案、在铁路线上方或下方具有拱的拱解决方案以及框架解决方案。

由于严格的刚度要求，多跨斜拉解决方案很快被排除。此外，斜拉索不会产生强烈的轮廓，因为从高速公路大桥的远处只能隐约看到它们。

横梁解决方案需要约8米深，以便有足够的刚度跨越所需的105米，同时满足舒适度标准。因此，横梁几乎完全遮住了旧桥。除了共同的跨度长度之外，与旧桥没有任何关系，没有任何关系。

 

在研究拱门和框架时，设计者开发出了更有趣的解决方案，这为打开桥墩处的上部结构提供了机会，最后选择了一个框架，因为它提供了一个更有活力的形象，而不是一系列拱门的柔和流动，这座桥将从一个桥墩跳到另一个桥墩。同时，由于更窄的部分和桥墩处的开口，旧桥在新桥后面清晰可见。如上图所示的两个桥将是并列的，没有新桥取代旧桥。

方案结构设计

设计者选择了一个组合的上部结构,带有一个钢箱框架，混凝土桥面作为顶部翼缘，支撑桥梁全长的轨道。钢箱在每105米跨度的中央60米处，其梁高为4.5m，从支架向外张开22.5米。混凝土桥面通过2.5m宽的钢箱承载在桥墩上，而荷载通过倾斜的钢箱腿传递到下部结构。

设计者选择了高线形，并通过改变桥墩高度来实现线形，从而强调了桥梁跨越水面的感觉。以这种方式，也可以在所有十个跨度中实现钢元件的恒定和重复的几何形状。

 

结构具体尺寸

1.2米宽的顶部钢法兰厚度为40毫米。顶部相距6.05米的斜腹板厚35毫米。底部凸缘厚50毫米。中心60m部分的底部凸缘宽度为5.6m，桥墩上方2.5m高度部分的底部凸缘宽度为5.8m。腹板的倾斜沿着斜腿的侧面继续向下延伸，在承重层4.0m长的水平截面处，底部凸缘的宽度为5.0m。倾斜腿的侧壁从顶部的4.2米到底部的2.0米逐渐变细。倾斜支腿的顶部法兰是多面的，由三个相交的平面组成。桩腿在桥墩中心线交汇处的最大高度为3.0m。

分析计算后通过添加混凝土来加固斜腿中的底部法兰。假设纵向钢箱截面的腹板没有纵向加劲肋，只有横向加劲肋，每隔2.5米提供一个完整的K形支撑，每隔7.5米提供一个完整的横隔板，在桥面张开的地方需要完整的横隔板。桥墩中心线处的钢结构总高度为10.5米，与旧铁路桁架的高度相似。

桥面由置于混凝土空心墩顶部的支座支撑。弹性支座用于中间的九个桥墩，而滑动导向盆式支座用于桥台和倒数第二个桥墩，这些地方由于温度而产生的移动过大。合成橡胶支座的尺寸为1.0m x 1.0m x 0.25m，在九个中心桥墩的每一个桥墩上放置两排，每排四个。桥墩的基础采用直径为508的钢套混凝土灌注桩。

施工方案

出于施工方便和环境原因，复合结构是首选。海上桥梁建设已经转向大规模预制，大型构件在岸上制造，可以充分利用工厂条件。然后，这些装置通过驳船运输到现场，并通过浮式起重机或自升式装置形式的提升设备放置到位。结构主要分两种类型的块。一种是长45米、高10.5米、宽7.25米、重500吨的八字形码头单元，另一种是中央单元，长60米，高4.5米，宽7.25米，重400吨。