大悬臂双柱预应力盖梁设计的影响因素分析

张峥

广东顺设工程咨询有限公司 广东 佛山 528000

引言

近年来，为解决城市道路拥堵问题，城市交通建设标准不断提高，城市高架桥承担起立体化城市交通发展的重要一环。单幅桥梁为双向六车道在城市高架桥中已经很常见，以至于对于预制小箱梁来说，桥梁盖梁横向长度达到25m以上。在此长度下，盖梁选择普通钢筋混凝土结构往往不经济，需要较大的梁高或较多的墩柱；因此城市高架桥常常采用大悬臂预应力混凝土盖梁。本文结合广东省佛山市伦桂路项目中盖梁的设计，分析墩高、盖梁跨径等因素对盖梁设计的影响。

1 项目概况

1.1 工程概况

广东省佛山市伦桂路项目，引桥上部结构为30m跨径预应力混凝土小箱梁，桥宽27.5m，采用单幅双向六车道。下部结构盖梁长27m，桥墩采用方柱式，基础为承台桩基础。该桥梁设计速度80km/h，荷载等级为公路Ⅰ级，结构设计安全等级为一级[1]。

1.2 盖梁尺寸

预应力盖梁混凝土等级采用C40，钢筋采用HRB400，钢束采用ΦS15.24低松弛高强度钢绞线，按A类预应力混凝土构件计算。为减少墩柱个数，采用双柱式大悬臂盖梁，墩柱采用1.8×1.8m的方柱墩，立柱高度约2～10m，支座由左至右为支座1～9，结构尺寸如图1所示：

图1 盖梁结构尺寸图

2 盖梁结构内力的影响因素

2.1 盖梁受力特点

盖梁是连接上部结构与下部结构的关键部件，它通过支座承担上部荷载，与桥墩刚性连接，使上部荷载得以较均匀地分配到桥墩，受力体系明确。盖梁为典型的弯剪构件，虽然在施工过程中和活载作用下，盖梁还会承受扭矩，产生扭转剪应力，但数值很小且不是永久作用，一般不控制设计[1]。

2.2 影响大悬臂盖梁内力的因素

桥墩的高低对盖梁内力的计算有较大的影响，在最新的《公规》[2]规定墩台盖梁与桥墩宜按刚架计算。考虑到基础土体对基础的作用，若为桩柱式基础，墩底约束可设置弹性约束应是更合理的，若为承台桩基础或桩顶有系梁连接的墩柱，可设置为刚性约束。本项目盖梁跨径较大，故需考虑桥墩对盖梁的约束作用，盖梁与墩柱按刚架计算；基础为承台桩基础，土体作用对桥墩影响不大，故将墩底设为刚性约束[2]。

3 计算分析

取上部恒载包括小箱梁、二期铺装（含护栏）以集中荷载形式加载至支座1～9位置处，恒载作用见表1，汽车荷载通过横向布置按《通规》[3]进行模拟。

表1 盖梁上部恒载作用

3.1 墩高对盖梁内力的影响

3.1.1 计算模型的建立。采用桥博V4.4，按照该项目盖梁跨径10m，跨中截面高度2.2m，分别建立间隔1m的墩高2～10m的盖梁模型，墩底采用固定约束，建立桥博模型。

3.1.2 计算结果分析。取盖梁的跨中、支点处为控制截面，按基本组合计算得到跨中、支点截面处的盖梁弯矩。结果见图2。

图2 基本组合下不同墩高的盖梁跨中处的弯矩包络

由图2可以看出，盖梁跨中弯矩由墩高控制，墩高在8m以下时，基本组合下的最大弯矩为盖梁下缘受拉，墩高超过8m，为上缘受拉。盖梁跨中在基本组合下的最小弯矩均为上缘受拉。从图2可以看出，随着墩高的增加，盖梁的弯矩包络逐渐向盖梁上缘受拉方向增大。

3.2 盖梁跨径对盖梁内力的影响

3.2.1 计算模型的建立。采用桥博V4.4，按照该项目跨中截面高度2.2m，墩高5m的尺寸，分别建立间隔1m的跨径5～15m的盖梁模型，墩底采用固定约束，建立桥博模型。

3.2.2 计算结果分析。取盖梁的跨中、支点处为控制截面，按基本组合计算得到跨中、支点截面处的盖梁弯矩。计算见图3、图4。

图3 基本组合下不同跨径的盖梁跨中处的弯矩包络

图4 基本组合下不同跨径的盖梁墩柱顶处的弯矩包络

由图3可以看出，随着盖梁跨径的增大，盖梁跨中弯矩从上缘受拉向下缘受拉变化，基本组合下的最大弯矩在盖梁跨径小于8.5m时为上缘受拉，且弯矩随盖梁跨径增大而减小；大于8.5m为下缘受拉，且弯矩随盖梁跨径增大而增大。基本组合下的最小弯矩在跨径小于14m时，上缘受拉，且弯矩随跨径增大而减小；跨径超过14m，盖梁下缘受拉，弯矩随跨径逐步增大。基本组合下的跨中最大最小弯矩随跨径变化情况曲线几乎一致[3]。

从图4可以看出，墩顶弯矩在跨径为5m～15m之间均为上缘受拉，且弯矩大小随跨径的增加而减小。弯矩变化的速率几乎为常数，这是因为当盖梁跨径在5m～15m之间时盖梁的墩顶弯矩仍以悬臂控制为主。实际上，经过计算，墩顶弯矩以悬臂控制与跨径控制的交界跨径基本为15m，悬臂与跨径比值约为0.4。

4 结束语

本文依托于佛山市伦桂路，对大悬臂盖梁的内力影响因素进行探讨，取盖梁跨中、墩顶为控制截面，分析了墩高、盖梁跨径对盖梁内力的影响，主要得到以下几点结论：

随着墩高的增加，盖梁的跨中弯矩包络逐渐由下缘受拉向以盖梁上缘受拉转变。

随着盖梁跨径的增大，盖梁跨中弯矩从盖梁上缘受拉向下缘受拉变化，当为盖梁下缘受拉时，弯矩随跨径增大而增大。

对于大悬臂盖梁来说，墩顶弯矩的大小随跨径的增加而减小，此时的弯矩变化的速率几乎为常数。当悬臂与跨径比值小于某一值时（对于本文盖梁来说，此值为0.4），墩顶弯矩以跨径控制，且随跨径增大而增大。