装配式桥梁盖梁计算方法研究

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(1.天津市市政工程设计研究院,天津 300051;2.中交二公局萌兴工程有限公司，陕西 西安 710056)

0 引 言

装配式桥梁结构中的盖梁通常按照盖梁和墩柱的线刚度比值可按简支梁、连续梁或刚架进行计算。盖梁承受荷载和作用包括自身重力、上部结构重力、由上部结构主梁通过支座传到盖梁上的汽车活载及收缩徐变、温度作用。影响盖梁计算结果的关键因素包括活载传递分配方式、几何计算模型及截面验算方法[1]。

1 活载传递分配方式

常用活载加载方式有以下几种：(1)不加车道单元，直接在盖梁上布置活载，这种方法无法模拟支座传递汽车活载，且在盖梁宽度小于桥面宽度时无法准确模拟活载加载范围；(2)盖梁上建立与桥面宽度相同的车道单元，常用方法有建立刚度极小的虚拟车道单元和刚度等于上部结构支座位置横梁刚度的虚拟车道单元，这种方法可以模拟汽车活载通过支座传递给盖梁的过程；(3)《墩台与基础》(设计手册)[2]中方法手算时，活载对称布置时采用杠杆法，非对称布置时采用偏心受压法。

以某高速公路桥宽12.9m、跨径20m装配式小箱梁的盖梁进行计算分析，盖梁立面如图1所示。采用桥梁博士3.6建立杆系有限元模型进行计算分析。计算模型如图2所示，模型中墩柱高度为6m，按最多3车道计算。

对各种活载传递分配方式进行计算的内力结果如表1所示。

图1 12.9m宽小箱梁盖梁立面(单位：cm)

图2 盖梁杆系有限元计算模型

软件模拟不建车道建车道刚度极小刚度等于墩顶横梁杠杆法正弯矩(kN·m)3432323528822933负弯矩(kN·m)387537953571正弯矩裂缝(mm)0.1220.1170.1040.109负弯矩裂缝(mm)0.1470.1450.137

计算结果表明，直接在盖梁上加载汽车荷载的方式内力计算结果最大，是因为不通过支座传递荷载时汽车荷载作用位置可以是盖梁上任意一点，丧失了支座传递的真实性，但采用此方法进行计算较为安全保守。建立车道单元时，内力计算结果和车道单元的刚度有关，当无法准确确定墩顶建议采用刚度较小的车道单元进行活载分配，此方法较为保守，但相比不建车道单元的计算方法更为准确。《墩台与基础》(设计手册)[2]采用的杠杆法内力计算结果间于建立两种刚度车道单元计算结果之间，也说明通过车道单元分配活载的计算方法较为准确。

2 几何计算模型

在一条路线上有不同墩高的装配式结构时，虽然上部结构完全相同，但墩高的不同会影响盖梁的受力，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[3]中规定：墩台盖梁与柱应按刚构计算。当盖梁与柱的线刚度(EI/L)之比大于5时，双柱式盖梁可按简支梁计算，多柱式盖梁可按连续梁计算。但实际情况是一条线路上大量装配式结构，如果按照规范建议算法，需要建立大量计算模型，工作量太大。现对不同线刚度比的盖梁和墩柱刚架模型进行计算，结果结果如表2、表3、表4所示。

表2 不同几何模型恒载计算结果对比(单位：kN·m)

表3 不同几何模型活载计算结果对比(单位：kN·m)

表4 不同几何模型收缩计算结果对比(单位： kN·m)

恒载计算结果表明，随着墩柱线刚度减小，上部恒载内力越来越接近简支梁模型，当考虑桩顶刚度后，刚架模型计算结果与简支梁非常接近。活载计算结果与恒载为相同规律。

刚架模型如果不考虑桩顶刚度，墩底完全固结收缩徐变和温度作用产生的次内力会非常大，墩底约束按照桩顶刚度改为弹性约束后，次内力基本能够释放，但占总荷载效应的比例仍很显著，可以达到总荷载效应的20%～30%。所以如果为了减少工作量按简支梁或连续梁计算盖梁时建议承载能力留有20%～30%余量。

3 截面验算

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定钢筋混凝土盖梁，跨高比为l/h为：简支梁2.05时，可按一般受弯构件验算。实际用杆系有限元软件计算时容易忽略跨高比的影响，当盖梁为深受弯构件时要进行深受弯构件承载能力验算。

4 结 论

结合实际工程对装配式桥梁中盖梁的计算方法进行了分析，包括：活载传递分配方式、几何计算模型及截面验算方法，得出了以下结论。

(1)建议建立虚拟车道单元模拟支座对上部结构承受的汽车荷载的传递作用，使计算更加准确。

(2)简支梁模型和考虑桩顶刚度的刚架模型恒载、活载计算结果差别不大，可以使用简支梁模型以减小工作量，但刚架计算时收缩、温度效应较大，建议使用简支梁模型计算时承载能力留有20%～30%余量。

(3)当跨高比属于深受弯构件范围时应按深受弯构件验算盖梁承载能力。

参考文献：

[1] 王亮. 公路桥梁墩台盖梁计算方法研究[D]. 重庆交通大学, 2006.

[2] 廖朝华. 墩台与基础.第2版[M]. 人民交通出版社, 2013.

[3] 中华人民共和国交通部. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG/T D62-2004)[S]. 人民交通出版社, 2004.