淺談公路橋梁的鋼筋混凝土蓋梁設計

摘要：蓋梁是橋墩頂端的傳力部分，它通過支座承托著上部結構，并將相鄰兩孔橋上的恒載和活載傳到橋墩上，蓋梁設計是橋墩設計中一個很關鍵的部分。本文主要介紹了鋼筋混凝土蓋梁的計算內容和驗算內容。

關鍵字：鋼筋混凝土蓋梁 有限元計算設計方法

中圖分類號：TU37文獻標識碼：A 文章編號：

一、引言

在一些橋面較寬、墩身較高的橋梁中，為了節省墩身及基礎的圬工體積，常常利用挑出的懸臂來縮短墩身橫向的長度。蓋梁長度和寬度視上部結構的形式和尺寸、支座尺寸和布置以及上部構造中主梁的施工吊裝要求等條件而定。

二、鋼筋混凝土蓋梁的受力特點

蓋梁是一種典型的以彎剪受力為主的構件。與外加荷載相比，蓋梁自重引起的結構內力很小，蓋梁上的絕大部分荷載是由其上梁體通過支座傳遞來的集中力。

鋼筋混凝土蓋梁常見的類型有柱式墩蓋梁、板墩蓋梁等，柱式墩蓋梁的受力特點為：當蓋梁與柱的線剛度(EI/l)大于5時，雙柱式墩臺蓋梁可按簡支梁計算，多柱式墩臺蓋梁可按連續梁計算。以上E、I、l分別為梁或柱混驗算凝土的彈性模量、毛截面慣性矩、梁計算跨徑或柱計算長度。板墩蓋梁的特點為：可按懸臂梁來計算，最不利截面為懸臂根部。

三、鋼筋混凝土蓋梁的計算要點

蓋梁計算的要點就是計算模型的簡化，其中包括：單元的簡化、荷載的簡化和邊界條件的簡化。

（一）單元的簡化

根據蓋梁的幾何尺度及其以彎矩、剪力為主的受力特點，將它模擬成平面桿單元比模擬成體單元不僅計算簡單許多，總體上也完全能夠滿足控制要求。盡管局部區域(如墩柱與蓋梁連結處及支座墊石附近)應力可能偏差較大，但這些通?？梢酝ㄟ^熟悉的構造措施來處理。因此除非特殊需要，一般將蓋梁用平面桿系有限元模擬是可行的。

（二）荷載的簡化

蓋梁的恒載如蓋梁自重、上部構造自重以及橋面鋪裝等，一般比較明確并易于計算，故不贅述。筆者在此僅討論蓋梁活荷載的簡化。蓋梁活載為汽車荷載和人行荷載通過梁體和支座傳來的，要準確算出蓋梁最不利內力情況下汽車引起的各支座反力，大致步驟如下：首先求出梁支座反力影響線；根據梁支座反力影響線縱橋向布置汽車車隊；為使蓋梁某種內力最為不利，順蓋梁方向(橫橋向)按車輪最不利位置布置汽車。

（三）邊界條件的簡化

在蓋梁的受力特點中已經介紹。

四、實例分析

利用跨徑為30m T梁大中橋的柱式墩蓋梁和板墩蓋梁的計算來說明一下鋼筋混凝土蓋梁的具體計算方法以及要驗算的內容。

（一）概述

1、具體計算方法

蓋梁荷載全部由T梁通過支座作用到蓋梁上，但是由于活載通過支座傳遞的計算非常復雜，而且不易計算準確，從簡單安全的原則出發，T梁自重通過支座作用到蓋梁上，而汽車車輪縱向綜合輪載則直接作用在蓋梁頂面。采用的計算軟件為《橋梁博士3.2》。

2、主要計算依據

（1）《公路工程技術標準》（JTJ001-2003）。

（2）《公路橋涵設計通用規范》（JTJD60-2004）。

（3）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJD62-2004）。

3、主要材料及設計荷載

（1）主要材料及其參數

a、C35混凝土

彈性模量：31500MPa

剪切模量：12600MPa

泊桑比：0.2

軸心抗壓強度設計值：16.1MPa

軸心抗拉強度設計值：1.52MPa

熱膨脹系數：0.00001

b、HRB335 鋼筋

抗拉強度標準值

抗拉強度設計值

彈性模量

（2）設計荷載取值

a．恒載

恒載包括T梁、橋面防撞護欄、泄水管及橋面鋪裝等材料重量?；炷寥葜厝?6KN/m3。

b．活載

公路-Ⅰ級 活載沖擊系數0.3

（二）蓋梁計算

1.結構離散圖和承載力、裂縫驗算

(1)柱式墩蓋梁計算

柱式墩蓋梁結構離散圖

（單位：mm）

(2)柱式墩蓋梁承載力、裂縫驗算

a.承載力驗算

(單位：kN?m)

b.裂縫驗算

（單位：mm）

(3)板式墩蓋梁計算

荷載組合結果:

①承載能力極限狀態荷載組合I強度驗算結果:

最大軸力強度驗算

截面受力性質: 上拉受彎

內力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 2.24e+03 KN, Mj = -4.03e+03 KN-m

截面抗力: MR = -1.19e+04 KN-m <= Mj =-4.03e+03 KN-m(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 實際配筋面積 Ag = 2.96e-02 m**2 (滿足)

最小軸力強度驗算

截面受力性質: 上拉受彎

內力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 2.24e+03 KN, Mj = -4.03e+03 KN-m

截面抗力: MR = -1.19e+04 KN-m <= Mj =-4.03e+03 KN-m(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 實際配筋面積 Ag = 2.96e-02 m**2 (滿足)

最大彎矩強度驗算

截面受力性質: 上拉受彎

內力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 2.24e+03 KN, Mj = -4.03e+03 KN-m

截面抗力: MR = -1.19e+04 KN-m <= Mj =-4.03e+03 KN-m(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 實際配筋面積 Ag = 2.96e-02 m**2 (滿足)

最小彎矩強度驗算

截面受力性質: 上拉受彎

內力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 2.69e+03 KN, Mj = -4.84e+03 KN-m

截面抗力: MR = -1.19e+04 KN-m <= Mj =-4.84e+03 KN-m(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 實際配筋面積 Ag = 2.96e-02 m**2 (滿足)

②正常使用極限狀態荷載組合II抗裂性驗算:

上緣:

長期荷載彎矩: M = -4.03e+03 KN-m

全部使用荷載彎矩: Mo = -4.03e+03 KN-m

長期荷載裂縫寬度: d_f = 0.148 mm

容許裂縫寬度: d_fo = 0.2 mm

上緣抗裂性驗算滿足規范要求。

下緣:

長期荷載彎矩: M = -4.03e+03 KN-m

全部使用荷載彎矩: Mo = -4.03e+03 KN-m

長期荷載裂縫寬度: d_f = 0.0 mm

容許裂縫寬度: d_fo = 0.2 mm

下緣抗裂性驗算滿足規范要求。

五、 結論

本人結合自身工作實踐,通過對鋼筋混凝土蓋梁結構進行設計計算和分析比較，總共積累了以下設計經驗:

(一）懸臂長與墩柱間距的比例很重要，盡量達到配筋合理。

（二）如果在蓋梁計算中沒有模擬墩柱的話，考查計算結果要適當放大計算結果。

（三）蓋梁主筋的間距盡量在10～15cm范圍內，原因是：首先是便于混凝土的振搗；其次是容易滿足規范要求的鋼筋凈距。

【參考文獻】

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【作者簡介】岳靜(1983～)，女，山西原平，助理工程師，從事橋梁設計工作，

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。