桥梁盖梁计算探讨

彭光达

中图分类号： U445 文献标识码： A

柱式墩台是公路桥梁设计中普遍采用的结构形式, 对于简支的钢筋混凝土桥梁, 盖梁是其主要的受力构件, 起着承上启下的作用。盖梁作为受弯构件, 在荷载作用下除了在各个截面上引起弯矩外,同时伴随着剪力的作用, 在弯曲正应力和剪应力的共同作用下, 将产生与梁纵轴斜交的主拉应力及主压应力。因混凝土的抗压强度较高, 故一般盖梁的截面尺寸不会由于主压应力而引起破坏。但当主拉应力较大时, 则可能使构件沿着垂直于主拉应力方向产生斜裂缝, 并导致盖梁沿斜截面发生破坏。因此, 钢筋混凝土盖梁除应进行正截面强度计算外,需对弯矩和剪力同时作用的区段, 进行斜截面强度计算。

1盖梁的计算方法

1.1计算手段

（1） 传统的盖梁计算方法

活载横向简化: 汽车偏载时采用刚性横梁法,汽车对称布载时采用杠杆法。

活载纵向简化: 将多跨连续梁简化成2 跨简支梁进行计算。

计算烦琐且复杂, 不建议采用手工计算。

（2） 利用桥梁通进行盖梁计算

对于普通钢筋混凝土盖梁可直接采用桥梁通软件进行盖梁内力计算及构件验算。预应力混凝土盖梁可借助桥梁通软件获取盖梁上支座反力,然后利用其它有限元软件进行受力分析。桥梁通软件的盖梁计算原理同传统的计算方法基本一致。

（3）利用平面单元进行盖梁计算

采用桥梁博士进行盖梁计算, 其计算原理为:提取纵桥向单车道荷载作用下的支座反力, 将其等效为汽车荷载, 利用桥梁博士的横向加载功能进行分析计算。

这种方法有一定的局限性, 特别是对于现浇箱梁下盖梁的计算不尽合理。

（4）利用空间分析进行盖梁计算

盖梁计算存在诸多假设, 为了较好地分析一些特殊形式盖梁的受力特性, 我们有时需要进行一些空间实体分析。实际上, 盖梁的计算过程就是如何准确地获取若干组控制反力的过程。

1.2 计算原理

（1） 根据荷载横向分布进行离散计算

目前工程上采用的计算方法多为离散计算方法。这种方法的基础源于横向分布计算, 因此选择合适的横向分布理论至关重要。目前的方法有: 刚性横梁法( 偏心受压法) 、杠杆法、刚接板法、铰接板法、正交异性板法。

（2） 梁格理论等空间分析理论

这里简单介绍一下梁格理论。梁格法从目前的应用来看效果并不是很好。梁格法与空间实体有限元相比建模简单, 但对设计者的要求较高。采用3D- BSA 软件进行空间杆系计算比较方便。采用MIDAS 或ANSYS 来构建梁格往往误差较大。

采用桥梁博士进行梁格计算是错误的。

1.3 盖梁计算的控制因素

（1） 预应力钢束的张拉批次

每个盖梁的计算都是完整和独立的, 因此施工阶段的计算也尤为重要。从施工的角度出发,预应力张拉批次越少越有利。张拉批次尽量不要超过2 次, 否则会给施工带来不便。如果采用2次张拉, 2 次张拉钢束量的比例是一个重要的控制指标。

（2）施工阶段控制应力

施工阶段控制应力和正常使用阶段控制应力是密切相关的。正常使用阶段的应力控制程度直接影响到施工阶段的应力好坏。盖梁设计往往由施工阶段应力控制。我们既要保证正常使用阶段应力满足规范要求, 又要保证架设预制梁和成桥时盖梁混凝土不被拉坏。盖梁的施工控制应力直接决定预应力束的布束形式和预应力的张拉批次。

（3）盖梁的强度验算( 弯剪扭)

强度验算对应的是承载力极限状态设计法。应力验算对应的是正常使用极限状态设计法。两种方法基于不同的概率设计水平。应力通过或混凝土不开裂不能保证结构强度满足要求。盖梁的强度计算不同于一般纵梁, 大多数盖梁为浅梁, 有时也会出现深梁和普通受弯构件。普通受弯构件和深受弯构件的弯剪计算公式是不同的。深受弯构件的受剪效应比较突出。由于盖梁宽度按构造拟定, 抗扭能力比较强, 所以一般很少进行盖梁抗扭计算。注意悬臂部分强度验算的特殊性。

1.4 盖梁的设计思路

（1） 支座的布置

好的设计是在满足设计目的的基础上尽量避免难题的发生, 而不是把难题解决得如何好。在现浇盖梁的设计中, 这一点表现得很突出。现浇梁的支座间距应同时兼顾盖梁、横梁的受力。当支座布置于盖梁柱附近时可以减少钢束, 降低设计难度。

（2）墩柱间距的确定

盖梁墩柱间距的确定有时受桥下控制因素的制约。单从受力角度来讲, 墩柱间距同悬臂长度有一定的关系。对于大悬臂盖梁, 墩柱间距一般比较小。墩柱间距过小, 墩柱数量过多, 超静定次数过多, 温度荷载下墩柱受力不利。

(3) 避免在汇流端设计盖梁

在一些项目中我们出于控制造价的原因, 把很多现浇箱梁改为预制箱梁, 结果造成汇流端大盖梁的诞生。这种大盖梁同时承受由现浇变宽桥、预制箱梁、匝道箱梁支座传力, 受力较为复杂, 对施工单位约束较多, 同时从美观的角度来讲比较难看。因此, 不建议采用大盖梁。

(4)预应力钢绞线的布置

预应力钢绞线的布置最能发挥设计人员的主观能动性。预应力钢绞线的线形、张拉方式、钢绞线型号的选择对盖梁的受力及张拉批次有很大的影响。

1.5 盖梁计算实例

工程概况：本桥梁位于104国道改扩建工程K3+972南排干桥渠处，跨径为3×13 m后张预应力空心板桥。桥台为桩柱式桥台。现通过桥梁通对该桥台盖梁进行分析如下：盖梁宽1.4m，跨中高度1.1m，端部高度1.1m，右偏角为120°。盖梁按连续梁计算，盖梁结构简图如下图：

2.荷载取值

①恒载：各板自重产生支反力反向加载至盖梁上，二期恒载按平均分布于各

板上计算。

②横向分布系数：活载横向分布系数采用左右偏载按偏心受压法，对称布置

采用杠杆法。

③冲击系数：16m 板冲击系数为1.26。

④活载加载：采用车道荷载及车辆荷载分别按双孔加载、单孔加载计算，按

最不利情况，求出支点最大反力。

3.盖梁复核计算

①持久状况极限承载能力验算：

经计算最不利组合下弯矩包络图及盖梁承载力校核图如下：

盖梁承载力校核图

可以看到，本桥盖梁极限承载力满足规范要求，并有适当安全储备。

②正常使用阶段抗裂验算：

规范要求长期效应作用下混凝土裂缝宽度应小于0.2mm，按照裂缝控制配筋

验算校核图如下图所示，可以看出均满足规范要求。

盖梁裂缝验算校核图

③斜截面抗剪验算：

计算时按混凝土和箍筋承担剪力的80%计算，各截面抗剪验算如下表所示。

表1 梁板作用截面抗剪验算

斜截面 水平投影长度cm 4.7 35.6 36 6.7 33.6 102.8 169.9 62.4 24.6 24.6

由表中结果可知，混凝土截面及箍筋可提供的抗剪力已大于组合剪力。盖梁主要结论综上，盖梁持久状况承载能力极限状态验算、抗剪验算、抗裂验算均满足，规范要求。

参考文献：

[1] 陈宏俊，余培玉.基于法国规范的桥梁盖梁设计示例[J].公路，2008, (9); 199-204

[2] 范丙臣. 盖梁的设计与计算 [J]城市道桥与防洪。