裝配式橋梁蓋梁計算方法研究

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(1.天津市市政工程設(shè)計研究院,天津 300051;2.中交二公局萌興工程有限公司，陜西 西安 710056)

0 引 言

裝配式橋梁結(jié)構(gòu)中的蓋梁通常按照蓋梁和墩柱的線剛度比值可按簡支梁、連續(xù)梁或剛架進(jìn)行計算。蓋梁承受荷載和作用包括自身重力、上部結(jié)構(gòu)重力、由上部結(jié)構(gòu)主梁通過支座傳到蓋梁上的汽車活載及收縮徐變、溫度作用。影響蓋梁計算結(jié)果的關(guān)鍵因素包括活載傳遞分配方式、幾何計算模型及截面驗算方法[1]。

1 活載傳遞分配方式

常用活載加載方式有以下幾種：(1)不加車道單元，直接在蓋梁上布置活載，這種方法無法模擬支座傳遞汽車活載，且在蓋梁寬度小于橋面寬度時無法準(zhǔn)確模擬活載加載范圍；(2)蓋梁上建立與橋面寬度相同的車道單元，常用方法有建立剛度極小的虛擬車道單元和剛度等于上部結(jié)構(gòu)支座位置橫梁剛度的虛擬車道單元，這種方法可以模擬汽車活載通過支座傳遞給蓋梁的過程；(3)《墩臺與基礎(chǔ)》(設(shè)計手冊)[2]中方法手算時，活載對稱布置時采用杠桿法，非對稱布置時采用偏心受壓法。

以某高速公路橋?qū)?2.9m、跨徑20m裝配式小箱梁的蓋梁進(jìn)行計算分析，蓋梁立面如圖1所示。采用橋梁博士3.6建立桿系有限元模型進(jìn)行計算分析。計算模型如圖2所示，模型中墩柱高度為6m，按最多3車道計算。

對各種活載傳遞分配方式進(jìn)行計算的內(nèi)力結(jié)果如表1所示。

圖1 12.9m寬小箱梁蓋梁立面(單位：cm)

圖2 蓋梁桿系有限元計算模型

軟件模擬不建車道建車道剛度極小剛度等于墩頂橫梁杠桿法正彎矩(kN·m)3432323528822933負(fù)彎矩(kN·m)387537953571正彎矩裂縫(mm)0.1220.1170.1040.109負(fù)彎矩裂縫(mm)0.1470.1450.137

計算結(jié)果表明，直接在蓋梁上加載汽車荷載的方式內(nèi)力計算結(jié)果最大，是因為不通過支座傳遞荷載時汽車荷載作用位置可以是蓋梁上任意一點，喪失了支座傳遞的真實性，但采用此方法進(jìn)行計算較為安全保守。建立車道單元時，內(nèi)力計算結(jié)果和車道單元的剛度有關(guān)，當(dāng)無法準(zhǔn)確確定墩頂建議采用剛度較小的車道單元進(jìn)行活載分配，此方法較為保守，但相比不建車道單元的計算方法更為準(zhǔn)確。《墩臺與基礎(chǔ)》(設(shè)計手冊)[2]采用的杠桿法內(nèi)力計算結(jié)果間于建立兩種剛度車道單元計算結(jié)果之間，也說明通過車道單元分配活載的計算方法較為準(zhǔn)確。

2 幾何計算模型

在一條路線上有不同墩高的裝配式結(jié)構(gòu)時，雖然上部結(jié)構(gòu)完全相同，但墩高的不同會影響蓋梁的受力，《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[3]中規(guī)定：墩臺蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計算。當(dāng)蓋梁與柱的線剛度(EI/L)之比大于5時，雙柱式蓋梁可按簡支梁計算，多柱式蓋梁可按連續(xù)梁計算。但實際情況是一條線路上大量裝配式結(jié)構(gòu)，如果按照規(guī)范建議算法，需要建立大量計算模型，工作量太大?，F(xiàn)對不同線剛度比的蓋梁和墩柱剛架模型進(jìn)行計算，結(jié)果結(jié)果如表2、表3、表4所示。

表2 不同幾何模型恒載計算結(jié)果對比(單位：kN·m)

表3 不同幾何模型活載計算結(jié)果對比(單位：kN·m)

表4 不同幾何模型收縮計算結(jié)果對比(單位： kN·m)

恒載計算結(jié)果表明，隨著墩柱線剛度減小，上部恒載內(nèi)力越來越接近簡支梁模型，當(dāng)考慮樁頂剛度后，剛架模型計算結(jié)果與簡支梁非常接近?；钶d計算結(jié)果與恒載為相同規(guī)律。

剛架模型如果不考慮樁頂剛度，墩底完全固結(jié)收縮徐變和溫度作用產(chǎn)生的次內(nèi)力會非常大，墩底約束按照樁頂剛度改為彈性約束后，次內(nèi)力基本能夠釋放，但占總荷載效應(yīng)的比例仍很顯著，可以達(dá)到總荷載效應(yīng)的20%～30%。所以如果為了減少工作量按簡支梁或連續(xù)梁計算蓋梁時建議承載能力留有20%～30%余量。

3 截面驗算

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定鋼筋混凝土蓋梁，跨高比為l/h為：簡支梁2.05時，可按一般受彎構(gòu)件驗算。實際用桿系有限元軟件計算時容易忽略跨高比的影響，當(dāng)蓋梁為深受彎構(gòu)件時要進(jìn)行深受彎構(gòu)件承載能力驗算。

4 結(jié) 論

結(jié)合實際工程對裝配式橋梁中蓋梁的計算方法進(jìn)行了分析，包括：活載傳遞分配方式、幾何計算模型及截面驗算方法，得出了以下結(jié)論。

(1)建議建立虛擬車道單元模擬支座對上部結(jié)構(gòu)承受的汽車荷載的傳遞作用，使計算更加準(zhǔn)確。

(2)簡支梁模型和考慮樁頂剛度的剛架模型恒載、活載計算結(jié)果差別不大，可以使用簡支梁模型以減小工作量，但剛架計算時收縮、溫度效應(yīng)較大，建議使用簡支梁模型計算時承載能力留有20%～30%余量。

(3)當(dāng)跨高比屬于深受彎構(gòu)件范圍時應(yīng)按深受彎構(gòu)件驗算蓋梁承載能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王亮. 公路橋梁墩臺蓋梁計算方法研究[D]. 重慶交通大學(xué), 2006.

[2] 廖朝華. 墩臺與基礎(chǔ).第2版[M]. 人民交通出版社, 2013.

[3] 中華人民共和國交通部. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG/T D62-2004)[S]. 人民交通出版社, 2004.