[浅谈公路桥梁的钢筋混凝土盖梁设计] 已知钢筋混凝土盖梁

　　摘要：盖梁是桥墩顶端的传力部分，它通过支座承托着上部结构，并将相邻两孔桥上的恒载和活载传到桥墩上，盖梁设计是桥墩设计中一个很关键的部分。本文主要介绍了钢筋混凝土盖梁的计算内容和验算内容。
　　关键字：钢筋混凝土盖梁 有限元计算设计方法
　　中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
　　
　　一、引言
　　在一些桥面较宽、墩身较高的桥梁中，为了节省墩身及基础的圬工体积，常常利用挑出的悬臂来缩短墩身横向的长度。盖梁长度和宽度视上部结构的形式和尺寸、支座尺寸和布置以及上部构造中主梁的施工吊装要求等条件而定。
　　
　　二、钢筋混凝土盖梁的受力特点
　　盖梁是一种典型的以弯剪受力为主的构件。与外加荷载相比，盖梁自重引起的结构内力很小，盖梁上的绝大部分荷载是由其上梁体通过支座传递来的集中力。
　　钢筋混凝土盖梁常见的类型有柱式墩盖梁、板墩盖梁等，柱式墩盖梁的受力特点为：当盖梁与柱的线刚度(EI/l)大于5时，双柱式墩台盖梁可按简支梁计算，多柱式墩台盖梁可按连续梁计算。以上E、I、l分别为梁或柱混验算凝土的弹性模量、毛截面惯性矩、梁计算跨径或柱计算长度。板墩盖梁的特点为：可按悬臂梁来计算，最不利截面为悬臂根部。
　　
　　三、钢筋混凝土盖梁的计算要点
　　盖梁计算的要点就是计算模型的简化，其中包括：单元的简化、荷载的简化和边界条件的简化。
　　（一）单元的简化
　　根据盖梁的几何尺度及其以弯矩、剪力为主的受力特点，将它模拟成平面杆单元比模拟成体单元不仅计算简单许多，总体上也完全能够满足控制要求。尽管局部区域(如墩柱与盖梁连结处及支座垫石附近)应力可能偏差较大，但这些通常可以通过熟悉的构造措施来处理。因此除非特殊需要，一般将盖梁用平面杆系有限元模拟是可行的。
　　（二）荷载的简化
　　盖梁的恒载如盖梁自重、上部构造自重以及桥面铺装等，一般比较明确并易于计算，故不赘述。笔者在此仅讨论盖梁活荷载的简化。盖梁活载为汽车荷载和人行荷载通过梁体和支座传来的，要准确算出盖梁最不利内力情况下汽车引起的各支座反力，大致步骤如下：首先求出梁支座反力影响线；根据梁支座反力影响线纵桥向布置汽车车队；为使盖梁某种内力最为不利，顺盖梁方向(横桥向)按车轮最不利位置布置汽车。
　　（三）边界条件的简化
　　在盖梁的受力特点中已经介绍。
　　
　　四、实例分析
　　利用跨径为30m T梁大中桥的柱式墩盖梁和板墩盖梁的计算来说明一下钢筋混凝土盖梁的具体计算方法以及要验算的内容。
　　（一）概述
　　1、具体计算方法
　　 盖梁荷载全部由T梁通过支座作用到盖梁上，但是由于活载通过支座传递的计算非常复杂，而且不易计算准确，从简单安全的原则出发，T梁自重通过支座作用到盖梁上，而汽车车轮纵向综合轮载则直接作用在盖梁顶面。采用的计算软件为《桥梁博士3.2》。
　　2、主要计算依据
　　（1）《公路工程技术标准》（JTJ001-2003）。
　　（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）。
　　（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJD62-2004）。
　　3、主要材料及设计荷载
　　（1）主要材料及其参数
　　a、C35混凝土
　　 弹性模量：31500MPa
　　 剪切模量：12600MPa
　　 泊桑比：0.2
　　 轴心抗压强度设计值：16.1MPa
　　 轴心抗拉强度设计值：1.52MPa
　　 热膨胀系数：0.00001
　　b、HRB335 钢筋
　　抗拉强度标准值
　　抗拉强度设计值
　　弹性模量
　　（2）设计荷载取值
　　a．恒载
　　恒载包括T梁、桥面防撞护栏、泄水管及桥面铺装等材料重量。混凝土容重取26KN/m3。
　　b．活载
　　 公路-Ⅰ级 活载冲击系数0.3
　　（二）盖梁计算
　　1.结构离散图和承载力、裂缝验算
　　(1)柱式墩盖梁计算
　　柱式墩盖梁结构离散图
　　
　　（单位：mm）
　　(2)柱式墩盖梁承载力、裂缝验算
　　a.承载力验算
　　
　　(单位：kN•m)
　　 b.裂缝验算
　　
　　（单位：mm）
　　(3)板式墩盖梁计算
　　
　　
　　荷载组合结果:
　　
　　
　　①承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:
　　最大轴力强度验算
　　截面受力性质: 上拉受弯
　　内力描述: 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(满足)
　　最小配筋面积 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 实际配筋面积 Ag = 2.96e-02 m**2 (满足)
　　最小轴力强度验算
　　截面受力性质: 上拉受弯
　　内力描述: 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(满足)
　　最小配筋面积 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 实际配筋面积 Ag = 2.96e-02 m**2 (满足)
　　最大弯矩强度验算
　　截面受力性质: 上拉受弯
　　内力描述: 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(满足)
　　最小配筋面积 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 实际配筋面积 Ag = 2.96e-02 m**2 (满足)
　　最小弯矩强度验算
　　截面受力性质: 上拉受弯
　　内力描述: 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(满足)
　　最小配筋面积 Agmin = 1.03e-02 m**2 < 实际配筋面积 Ag = 2.96e-02 m**2 (满足)
　　②正常使用极限状态荷载组合II抗裂性验算:
　　上缘:
　　长期荷载弯矩: M = -4.03e+03 KN-m
　　全部使用荷载弯矩: Mo = -4.03e+03 KN-m
　　长期荷载裂缝宽度: d_f = 0.148 mm
　　容许裂缝宽度: d_fo = 0.2 mm
　　上缘抗裂性验算满足规范要求。
　　下缘:
　　长期荷载弯矩: M = -4.03e+03 KN-m
　　全部使用荷载弯矩: Mo = -4.03e+03 KN-m
　　长期荷载裂缝宽度: d_f = 0.0 mm
　　容许裂缝宽度: d_fo = 0.2 mm
　　下缘抗裂性验算满足规范要求。
　　
　　五、 结论
　　本人结合自身工作实践,通过对钢筋混凝土盖梁结构进行设计计算和分析比较，总共积累了以下设计经验:
　　(一）悬臂长与墩柱间距的比例很重要，尽量达到配筋合理。
　　 （二）如果在盖梁计算中没有模拟墩柱的话，考查计算结果要适当放大计算结果。
　　 （三）盖梁主筋的间距尽量在10～15cm范围内，原因是：首先是便于混凝土的振捣；其次是容易满足规范要求的钢筋净距。
　　
　　【参考文献】
　　[1] 邵旭东,程翔云,李立峰.桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社,2007.2.
　　[2] 张树仁.桥梁设计规范学习与应用讲评[M].北京:人民交通出版社,2005.8.
　　[3] 邬晓光.公路桥梁设计丛书——钢架桥[M].北京:人民交通出版社,2002.2.
　　[4] 徐栋.桥梁体外预应力设计技术[M].北京:人民交通出版社,2008.10.
　　
　　【作者简介】岳静(1983～)，女，山西原平，助理工程师，从事桥梁设计工作，
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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