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(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)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(jiǎn)支梁、連續(xù)梁或剛架進(jìn)行計(jì)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(guò)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(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵因素包括活載傳遞分配方式、幾何計(jì)算模型及截面驗(yàn)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(wú)法模擬支座傳遞汽車活載，且在蓋梁寬度小于橋面寬度時(shí)無(wú)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(guò)支座傳遞給蓋梁的過(guò)程；(3)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》(設(shè)計(jì)手冊(cè))[2]中方法手算時(shí)，活載對(duì)稱布置時(shí)采用杠桿法，非對(duì)稱布置時(shí)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(jì)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(jì)算分析。計(jì)算模型如圖2所示，模型中墩柱高度為6m，按最多3車道計(jì)算。

對(duì)各種活載傳遞分配方式進(jìn)行計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果最大，是因?yàn)椴煌ㄟ^(guò)支座傳遞荷載時(shí)汽車荷載作用位置可以是蓋梁上任意一點(diǎn)，喪失了支座傳遞的真實(shí)性，但采用此方法進(jìn)行計(jì)算較為安全保守。建立車道單元時(shí)，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果和車道單元的剛度有關(guān)，當(dāng)無(wú)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(jì)算方法更為準(zhǔn)確?！抖张_(tái)與基礎(chǔ)》(設(shè)計(jì)手冊(cè))[2]采用的杠桿法內(nèi)力計(jì)算結(jié)果間于建立兩種剛度車道單元計(jì)算結(jié)果之間，也說(shuō)明通過(guò)車道單元分配活載的計(jì)算方法較為準(zhǔn)確。

2 幾何計(jì)算模型

在一條路線上有不同墩高的裝配式結(jié)構(gòu)時(shí)，雖然上部結(jié)構(gòu)完全相同，但墩高的不同會(huì)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(jì)規(guī)范》[3]中規(guī)定：墩臺(tái)蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計(jì)算。當(dāng)蓋梁與柱的線剛度(EI/L)之比大于5時(shí)，雙柱式蓋梁可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，多柱式蓋梁可按連續(xù)梁計(jì)算。但實(shí)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(jì)算模型，工作量太大。現(xiàn)對(duì)不同線剛度比的蓋梁和墩柱剛架模型進(jìn)行計(jì)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(jì)算結(jié)果對(duì)比(單位：kN·m)

表3 不同幾何模型活載計(jì)算結(jié)果對(duì)比(單位：kN·m)

表4 不同幾何模型收縮計(jì)算結(jié)果對(duì)比(單位： kN·m)

恒載計(jì)算結(jié)果表明，隨著墩柱線剛度減小，上部恒載內(nèi)力越來(lái)越接近簡(jiǎn)支梁模型，當(dāng)考慮樁頂剛度后，剛架模型計(jì)算結(jié)果與簡(jiǎn)支梁非常接近。活載計(jì)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(huì)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(jiǎn)支梁或連續(xù)梁計(jì)算蓋梁時(shí)建議承載能力留有20%～30%余量。

3 截面驗(yàn)算

《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》規(guī)定鋼筋混凝土蓋梁，跨高比為l/h為：簡(jiǎn)支梁2.05時(shí)，可按一般受彎構(gòu)件驗(yàn)算。實(shí)際用桿系有限元軟件計(jì)算時(shí)容易忽略跨高比的影響，當(dāng)蓋梁為深受彎構(gòu)件時(shí)要進(jìn)行深受彎構(gòu)件承載能力驗(yàn)算。

4 結(jié) 論

結(jié)合實(shí)際工程對(duì)裝配式橋梁中蓋梁的計(jì)算方法進(jìn)行了分析，包括：活載傳遞分配方式、幾何計(jì)算模型及截面驗(yàn)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(duì)上部結(jié)構(gòu)承受的汽車荷載的傳遞作用，使計(jì)算更加準(zhǔn)確。

(2)簡(jiǎn)支梁模型和考慮樁頂剛度的剛架模型恒載、活載計(jì)算結(jié)果差別不大，可以使用簡(jiǎn)支梁模型以減小工作量，但剛架計(jì)算時(shí)收縮、溫度效應(yīng)較大，建議使用簡(jiǎn)支梁模型計(jì)算時(shí)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(shí)應(yīng)按深受彎構(gòu)件驗(yàn)算蓋梁承載能力。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3] 中華人民共和國(guó)交通部. 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/T D62-2004)[S]. 人民交通出版社, 2004.