新舊規(guī)范墩臺(tái)蓋梁設(shè)計(jì)比較

曹 碩,常永振

(1. 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006；2.浙江中誠(chéng)工程管理科技有限公司,浙江 杭州 310012)

墩臺(tái)蓋梁作為傳遞梁橋上部結(jié)構(gòu)恒載和活載的重要承重構(gòu)件,在常規(guī)預(yù)制梁橋中廣泛使用。新版《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG 3362—2018)》(以下簡(jiǎn)稱“新規(guī)”)已于2018年11月1日投入使用,其中對(duì)墩臺(tái)蓋梁的計(jì)算相比較于《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62—2004)》(以下簡(jiǎn)稱“舊規(guī)”)來(lái)說(shuō),既有繼承,又有發(fā)展。本文首先介紹新舊規(guī)范對(duì)墩臺(tái)蓋梁計(jì)算的異同,然后結(jié)合工程實(shí)例,考察新舊規(guī)范計(jì)算墩臺(tái)蓋梁配筋的變化規(guī)律,旨在為新規(guī)實(shí)施后墩臺(tái)蓋梁的設(shè)計(jì)提供一定的參考[1]。

1 新舊規(guī)范對(duì)比

1.1 計(jì)算模式

新規(guī)規(guī)定“墩臺(tái)蓋梁與柱宜按剛架計(jì)算”，而舊規(guī)規(guī)定“除墩臺(tái)蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計(jì)算外,在蓋梁與柱的線剛度之比大于5時(shí),雙柱蓋梁可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁,多柱蓋梁可簡(jiǎn)化為連續(xù)梁計(jì)算”。由文獻(xiàn)[2]的計(jì)算結(jié)果可以看出,在蓋梁與柱的線剛度之比大于5時(shí),采用簡(jiǎn)化模式(簡(jiǎn)支梁或連續(xù)梁),由于“剛度效應(yīng)”,跨中正彎矩比剛架模式要大,支點(diǎn)負(fù)彎矩比剛架模式要小,計(jì)算結(jié)果的誤差都可以控制在10%以內(nèi),但這種誤差會(huì)隨著蓋梁與柱的線剛度之比減小而增大。而在電算軟件較為普及的當(dāng)下,新規(guī)取消了蓋梁的簡(jiǎn)化計(jì)算模式,使得蓋梁的計(jì)算更為準(zhǔn)確。

另外,舊規(guī)中對(duì)于蓋梁按剛構(gòu)計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)固結(jié)點(diǎn)并無(wú)規(guī)定,日常設(shè)計(jì)中常取樁頂作為固結(jié)點(diǎn)。新規(guī)中明確墩臺(tái)蓋梁按剛架計(jì)算時(shí),等效固結(jié)點(diǎn)深度取為地面以下1.8/α,α為樁的變形系數(shù),α具體計(jì)算可參見(jiàn)文獻(xiàn)[3]中的附錄P?？紤]了樁頂?shù)奈灰?新規(guī)中對(duì)固結(jié)點(diǎn)的規(guī)定更接近實(shí)際受力情況,也更為合理。

1.2 配筋計(jì)算

經(jīng)對(duì)比,新舊規(guī)范對(duì)墩臺(tái)蓋梁正截面抗彎、抗剪和斜截面抗剪的計(jì)算完全一致。

但是,當(dāng)蓋梁懸臂部分存在外邊梁,且外邊梁作用點(diǎn)到柱邊緣(圓形截面柱需換算成0.8倍直徑的方形截面柱)的距離小于蓋梁梁高時(shí),即“短懸臂蓋梁”,而這也是日常設(shè)計(jì)中較為普遍的情況,新規(guī)與舊規(guī)有較大區(qū)別。舊規(guī)規(guī)定,此時(shí)應(yīng)按“撐桿-系桿體系”計(jì)算懸臂部分正截面抗彎承載力,按一般受彎構(gòu)件計(jì)算抗剪承載力。而新規(guī)規(guī)定,這種情況應(yīng)采用“拉壓桿模型”計(jì)算。

具體來(lái)說(shuō),對(duì)于圖1所示的短懸臂鋼筋混凝土蓋梁,舊規(guī)蓋梁墩頂負(fù)彎矩抗彎承載力配筋公式為：

γ0Td≤fsdAS,Td=Fd(0.15h0+x)/h0

新規(guī)蓋梁墩頂負(fù)彎矩抗彎承載力配筋公式為：

γ0Td≤fsdAS,Td=Fd(b/2+x)/(0.9h0)

其中：h0為蓋梁有效高度;

AS為墩頂抗拉鋼筋面積;

Fd為按基本組合算得的上部結(jié)構(gòu)支座反力;

b為柱寬(圓柱為0.8倍柱徑)；

x為蓋梁懸臂豎向力作用點(diǎn)至柱邊緣的距離。

圖1 蓋梁短懸臂模型

此外,因新規(guī)范中鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫計(jì)算公式發(fā)生變化,新舊規(guī)范墩臺(tái)蓋梁裂縫配筋也不相同。而日常設(shè)計(jì)中,對(duì)蓋梁配筋起控制作用的常常是裂縫配筋,因此,有必要對(duì)新舊規(guī)范墩臺(tái)蓋梁裂縫配筋作進(jìn)一步的考察和分析。

2 新舊規(guī)范對(duì)蓋梁配筋的影響

通過(guò)以上分析可以看出,新舊規(guī)范對(duì)墩臺(tái)蓋梁配筋計(jì)算的區(qū)別主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)短懸臂蓋梁負(fù)彎矩抗彎承載力配筋；2)蓋梁裂縫配筋。下面參照國(guó)內(nèi)東部已通車的某高速公路蓋梁尺寸,考察新舊規(guī)范對(duì)蓋梁配筋在這兩方面的差異。

圖2 橋墩蓋梁構(gòu)造

本項(xiàng)目預(yù)制T梁跨徑包括25、30、35、40 m四種跨徑,其橋墩蓋梁構(gòu)造見(jiàn)圖2,選取典型跨徑和柱徑,將橋墩蓋梁分類匯總(表1),其中d表示圓形墩柱直徑,b=0.8d。

表1 蓋梁尺寸參數(shù)表 mm

這四類蓋梁中,蓋梁與柱的線剛度之比均小于5,且均為短懸臂蓋梁。為考察新舊規(guī)范對(duì)蓋梁裂縫計(jì)算的區(qū)別,假定四類蓋梁墩頂均采用30根直徑28 HRB400鋼筋,跨中均采用15根直徑28 HRB400鋼筋。對(duì)于蓋梁墩頂和跨中裂縫,本文采用橋梁通軟件建立計(jì)算模型,恒載主要考慮上部梁重，附屬設(shè)施重量及蓋梁自重,活載考慮以下主要工況：?jiǎn)瘟熊噷?duì)稱布置及非對(duì)稱布置，雙列車及多列車對(duì)稱布置及非對(duì)稱布置,最后進(jìn)行車道折減,計(jì)取最大值。通過(guò)橋梁通模型計(jì)算得到墩頂和跨中短期組合及長(zhǎng)期組合彎矩值,分別根據(jù)新規(guī)和舊規(guī)手算得到蓋梁墩頂和墩間跨中裂縫。四類蓋梁計(jì)算得到的墩頂裂縫和跨中裂縫結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可以看出,新規(guī)計(jì)算出的短懸臂蓋梁墩頂Td均遠(yuǎn)大于舊規(guī),對(duì)25、30、35、40 m四種跨徑,新規(guī)計(jì)算出的結(jié)果分別為舊規(guī)計(jì)算值的1.44、1.47、1.51、1.60倍。這主要是新舊規(guī)范計(jì)算模式的不同引起的,“拉壓桿模型”比“撐桿-系桿模型”算得的配筋面積更大。

墩頂裂縫中,對(duì)25、30、35、40 m四種跨徑,新規(guī)計(jì)算出的裂縫寬度分別是舊規(guī)的1.17、1.16、1.18、1.20倍?？缰辛芽p中,對(duì)25、30、35、40 m四種跨徑,新規(guī)計(jì)算出的裂縫寬度分別是舊規(guī)的1.30、1.32、1.32、1.34倍。新規(guī)范對(duì)舊規(guī)的裂縫計(jì)算公式進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn),在墩臺(tái)蓋梁同等受力和同樣配筋的情況下,新規(guī)計(jì)算出的裂縫寬度更大。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以看出,新規(guī)對(duì)墩臺(tái)蓋梁配筋計(jì)算的規(guī)定與舊規(guī)相比,主要有以下三方面的區(qū)別：

1)新規(guī)取消了舊規(guī)對(duì)蓋梁與柱的線剛度之比大于5時(shí)的簡(jiǎn)化計(jì)算規(guī)定,而且明確規(guī)定了剛構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)固結(jié)點(diǎn)；

2)新規(guī)對(duì)短懸臂蓋梁墩頂抗彎承載力的計(jì)算與舊規(guī)完全不同,而且計(jì)算出的配筋也比舊規(guī)大50%左右；

3)同樣配筋情況下,新規(guī)計(jì)算的蓋梁墩頂裂縫寬度比舊規(guī)要大20%左右,而蓋梁墩間跨中裂縫寬度，新規(guī)比舊規(guī)要大30%左右。