橋梁多柱式蓋梁設(shè)計與工程實例

肖溢華 （合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

在我國的橋梁建設(shè)項目中，預(yù)制橋梁因為構(gòu)造簡單，受力明確，施工便利，造價經(jīng)濟(jì)，可以批量化工廠加工從而大大縮短橋梁建設(shè)周期等優(yōu)點，其應(yīng)用一直非常廣泛。預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁由多片預(yù)制梁橫向拼接形成整體，橫向支座較多，其下部結(jié)構(gòu)多采用多柱式蓋梁結(jié)構(gòu)，是使上部結(jié)構(gòu)承受的荷載通過蓋梁傳遞到橋梁下部的結(jié)構(gòu)。

2 蓋梁受力特點

預(yù)制橋梁通過支座將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到蓋梁，再由蓋梁進(jìn)一步傳遞到墩柱及樁基。上部結(jié)構(gòu)荷載包含恒載和活載，恒載主要有主梁自重、二期恒載等；活載主要有汽車荷載、人群荷載、風(fēng)荷載以及溫度梯度等。蓋梁計算時，除應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的荷載，還需考慮蓋梁的自重。對于雙柱式蓋梁，根據(jù)其受力特點，可以簡化為帶懸臂的靜定結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行計算；對于多柱式蓋梁，根據(jù)其受力特點可以簡化為超靜定結(jié)構(gòu)連續(xù)梁進(jìn)行計算。

3 蓋梁設(shè)計計算要點

在蓋梁設(shè)計中，主要包含蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸的擬定以及柱間距的布置。對于簡支梁橋，蓋梁順橋向?qū)挾瘸凉M足受力計算要求外，還需滿足抗震措施中梁端到蓋梁邊緣最小距離的要求，以防止發(fā)生落梁破壞。蓋梁高度主要根據(jù)柱間距，通過計算后擬定，需滿足結(jié)構(gòu)受力要求。蓋梁的柱間距布置主要原則是保持蓋梁在墩頂處的負(fù)彎矩與跨中處的正彎矩在數(shù)值上基本相等，此時材料的利用率最高。

4 工程實例

4.1 工程概況

合肥市大連路工程位于駱崗機(jī)場片區(qū)，道路全長2.3km，為城市主干路。本項目貫穿中央公園片區(qū)，是中央公園片區(qū)北部一條重要的東西向通道。大連路在樁號19+95 處與現(xiàn)狀許小河相交，道路與河道斜交，斜交角度約35。，橋梁采用20+35+20m 簡支小箱梁結(jié)構(gòu)，斜交33。布置。大連路道路紅線寬度50m，考慮橋梁橫向受力的合理性，橋梁分兩幅布置，單幅橋梁橫向布置9 片小箱梁。為了預(yù)留游步道通行空間，且盡可能縮短中跨跨徑，橋梁錯孔布置。因橋梁錯孔分幅布置，故下部結(jié)構(gòu)墩柱較凌亂，為了盡可能保證橋下空間通透美觀，橋梁應(yīng)盡量減少墩柱的數(shù)量。

4.2 蓋梁方案一設(shè)計

4.2.1 蓋梁尺寸設(shè)計

方案一蓋梁采用普通鋼筋混凝土蓋梁，蓋梁斜長29.451m，橫向布置4 根墩柱，柱間距7.65m，邊柱外側(cè)懸臂長3.251m，墩柱為直徑1.4m 圓柱墩。蓋梁順橋向?qū)挾?.0m，蓋梁高度1.7m，蓋梁跨高比為4.5，蓋梁構(gòu)造如圖1。

圖1 方案一蓋梁構(gòu)造圖（單位：cm）

4.2.2 蓋梁計算

蓋梁采用橋梁博士（版本號4.2）軟件進(jìn)行計算，上部結(jié)構(gòu)橫向布置9 片小箱梁，梁間距為3.383m。上部結(jié)構(gòu)恒載在支座位置以集中力的形式作用在蓋梁上，恒載數(shù)值由上部結(jié)構(gòu)計算模型中提?。簧喜拷Y(jié)構(gòu)活載通過虛擬橋面板進(jìn)行模擬，虛擬橫梁與蓋梁之間采用主從約束連接，汽車活載采用橫向三車道加一個非機(jī)動車道模擬，人群活載按照規(guī)范取值模擬。方案一蓋梁計算簡圖如圖2所示。

圖2 方案一蓋梁計算簡圖

4.2.3 計算結(jié)果

圖3 方案一蓋梁彎矩包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖4 方案一蓋梁剪力包絡(luò)圖（單位：kN）

由計算結(jié)果可知，方案一蓋梁柱頂最大負(fù)彎矩為- 6449.6kN·m，跨中最大正彎矩為4727.5kN·m，最大剪力值為5955.8kN。

根據(jù)計算結(jié)果，蓋梁主筋采用直徑28mm 的HRB400 級鋼筋，蓋梁頂?shù)赘鞑贾靡慌磐ㄩL主筋?？辜翡摻钣蓮澠鹦苯詈凸拷罟餐M成，斜筋采用直徑28mm 的HRB400 級鋼筋，共布置一排通長斜筋以及一排短斜筋，箍筋采用直徑12mm 的HRB400 級鋼筋。在主筋、彎起斜筋及箍筋的共同作用下，蓋梁承載力滿足要求。

圖5 方案一蓋梁配筋構(gòu)造圖

4.3 蓋梁方案二設(shè)計

4.3.1 蓋梁尺寸設(shè)計

方案二蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，蓋梁斜長29.451m，橫向布置3 根墩柱，柱間距12m，邊柱外側(cè)懸臂長2.726m，墩柱為直徑1.6m 圓柱墩。蓋梁順橋向?qū)挾?.0m，蓋梁高度1.5m，蓋梁跨高比為8，蓋梁構(gòu)造如圖6。

圖6 方案二蓋梁構(gòu)造圖（單位：cm）

4.3.2 蓋梁計算

方案二蓋梁計算模式及相關(guān)參數(shù)同方案一方，蓋梁計算簡圖如圖7 所示。

圖7 方案二蓋梁計算簡圖

4.3.3 計算結(jié)果

圖8 方案二蓋梁彎矩包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖9 方案二蓋梁剪力包絡(luò)圖（單位：kN）

由計算結(jié)果可知，方案二蓋梁柱頂最大負(fù)彎矩為- 16553.9kN·m，跨中最大正彎矩為13188.8kN·m，最大剪力值為8988.8kN。

根據(jù)計算結(jié)果，蓋梁布置10 根15.2- 10 鋼束，蓋梁主筋采用直徑28mm 的HRB400 級鋼筋，蓋梁頂?shù)赘鞑贾靡慌磐ㄩL主筋?？辜翡摻钣蓮澠鹦苯詈凸拷罟餐M成，斜筋采用直徑28mm 的HRB400 級鋼筋，共布置一排通長斜筋以及一排短斜筋，箍筋采用直徑12mm 的HRB400 級鋼筋。在預(yù)應(yīng)力鋼束、主筋、彎起斜筋及箍筋的共同作用下，蓋梁承載力滿足要求。

圖10 方案二蓋梁配筋及鋼束構(gòu)造圖

4.4 方案比選

由于本項目橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，無需現(xiàn)場張拉鋼束，方案一采用4 柱鋼筋混凝土蓋梁，受力合理，施工便利；方案二采用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，需在施工現(xiàn)場張拉鋼束，且預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁造價較鋼筋混凝土蓋梁高。故本項目最終選擇方案一普通鋼筋混凝土蓋梁作為推薦方案。

5 結(jié)語

由上述分析可知，蓋梁設(shè)計時，應(yīng)盡量保證蓋梁墩頂負(fù)彎矩與跨中正彎矩大致相等，以最大程度利用材料。蓋梁的抗剪主要由混凝土、箍筋以及彎起斜筋共同承擔(dān)。蓋梁柱間距的布置以及結(jié)構(gòu)形式的選擇，需要統(tǒng)籌考慮結(jié)構(gòu)受力、施工便利性以及整體景觀性，并兼顧經(jīng)濟(jì)性等。本文大致闡述了兩種蓋梁形式在工程實際中的應(yīng)用，存在著一定的不足之處，對于蓋梁結(jié)構(gòu)抗震性等其他方面問題有待進(jìn)一步研究。