雙柱式橋墩蓋梁內力計算模型探討

1、第卷第期 年 月中外公路文章編號：（） 雙柱式橋墩蓋梁內力計算模型探討 李杰 （中國市政工程中南設計研究總院，湖北 武漢 ）摘要：雙柱式蓋梁是預制梁橋常見下構形式， 公路鋼筋混凝土及預應（簡稱“橋梁規(guī)范”）規(guī)定墩臺蓋梁與柱應按剛構計算，對柱寬的消峰影力混凝土橋梁響作用考慮不夠，導致設計偏于保守，不夠經濟。筆者采用“”分析計算軟件，對雙柱式蓋梁按剛架空間模型、剛架桿系模型、優(yōu)化剛架桿系模型及雙懸臂簡支模型進行內力 分析，得出“優(yōu)化剛架桿系模型”建模簡單，并且蓋梁內力計算結果與剛架空間模型更相符，跨中正彎矩計算誤差 以內，負彎矩計算誤差 以內，修正了“橋梁規(guī)范”中的不足之處。 關鍵詞：蓋梁；計算模

2、型；內力分析雙柱式蓋梁結構因其簡潔的造型及成熟、便利的 施工工藝在高速公路及城市道路橋梁中使用最廣。蓋 梁作為橋梁下構重要的承重構件，它承受著上部構造的恒載以及主梁傳遞給它的活載效應，并將這些荷載傳遞給橋墩。如文獻、等國內外有關蓋梁內力分析研究的論文較多，他們側重理論研究分析，或者蓋梁與柱的線剛度（）比對蓋梁內力計算的影響等。該文則以常用的雙柱式蓋梁作為研究對象，用有限元計算方法對蓋梁內力進行仿真分析，以校正 結構概況 示例為兩跨 先簡支后連續(xù)小箱梁橋，橋面寬 ，橫向布置為 片小箱梁，橋墩采用雙柱式橋墩，柱高 。其蓋梁與柱的線剛度（）之比約等于 。雙柱式橋墩結構尺寸如圖所示。 櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙

3、櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙 索力分析 運營階段拉索最大索力值為，最小索力為，索力幅值為，拉索應力幅值較小， 充分證明了該橋型方案“剛梁剛塔柔索”的特點。 結語三角剛架懸吊連續(xù)梁組合橋采用“剛梁剛塔柔索” 設計思路，使該橋型具有優(yōu)良的力學性能，良好的整體 性、耐久性以及優(yōu)美流暢的造型；該橋施工較為靈活， 吊桿更換方便。五渡橋建成通車后運營狀態(tài)良好，實 踐表明：梁拱組合體系橋具有諸多優(yōu)點，是一種經濟、實用、美觀的橋型，具有一定的推廣應用價值。 施工方案 根據(jù)“剛梁剛塔柔索”的結構特點，采用“先塔再梁后索”的施工方案，具體為：）支架法分段現(xiàn)

4、澆主墩墩柱、主墩系梁和剛架塔座形成“ ”形結構；）支架安參考文獻： 裝剛架塔 段，澆筑段內填混凝土，完成剛架塔 段金成棣預應力混凝土梁拱組合橋梁 設計研究與實內鋼 混段施工，主墩支架脫架；）依次支架安裝剛架塔 段；）支架安裝剛架塔合龍段 段，拆除剛架塔施工支架；）依次支架澆筑 號塊箱；）安裝中跨吊桿，張拉吊桿；）支架澆筑主梁跨中合龍段。踐北京：人民交通， 邵旭東橋梁設計百問北京：人民交通范立礎橋梁工程北京：人民交通， 許福友，張哲，黃才良，等斜拉 懸吊協(xié)作體系橋工程應用及特點分析中外公路，（） 收稿日期： 作者簡介：李杰，男，大學本科，高級工程師： 年 第期李杰：雙柱式橋墩蓋梁內力計算模型探討

5、 立柱的寬度和剛度。 1 380250 50 250 50 25018050 506550 250 505065計算結果及分析 計算示例只考慮恒載、汽車荷載、橫橋向水平力和溫度荷載，其他荷載忽略不計。 種計算模型最不利組合彎矩、剪力峰值見表。 160160 160 275830275 160 160表種計算模型最不利組合彎矩、剪力峰值 圖 橋墩蓋梁構造圖（單位：） （） （） 計算模型設計方法及計算模型 （）（）“橋梁規(guī)范”規(guī)定：墩臺蓋梁與柱應按剛構計算。當蓋梁與柱的線剛度（）之比大于 時，雙柱式墩臺蓋梁可按簡支梁計算，多柱式墩臺蓋梁可按連續(xù)梁計算。計算連續(xù)蓋梁支座負彎矩時，可按規(guī)范第 條的規(guī)

6、定考慮柱支承寬度的影響，圓形截面柱可換算為邊長等于倍直徑的方形截面柱。 “橋梁規(guī)范”將墩柱與蓋梁的結構簡化為剛構進行 計算，這雖然使計算得到簡化，但與實際結果偏差過大（有些情況甚至相差倍）。 為此，該文選擇了工程中常見的雙柱式蓋梁，利用“橋梁結構通用有限元分析與設計軟件”，對蓋梁內力計算采用 種不同的計算模型進行計算， 并對其計算結果進行對比分析。 種計算模型邊界條件：蓋梁與上部結構連接按照實際支座個數(shù)和位置，采用只受壓節(jié)點連接；柱與承 臺采用固結連接；上部結構的支撐方式與荷載加載方式均相同。 （）剛架空間模型：采用空間有限元計算方法對蓋梁和立柱進行單元劃分，并在蓋梁與立柱固結處加密計算單元。

7、 （）剛架桿系模型：不考慮蓋梁和立柱的截面寬度，沿蓋梁頂端中線和立柱中線劃分計算單元，并且蓋 梁與立柱相交點采用固結方式連接。 （）優(yōu)化剛架桿系模型：考慮立柱的實際支撐寬度影響，在立柱范圍內考慮兩個支撐點，支撐點位置假定位于立柱邊緣，每個支撐點立柱截面的寬度與實際立柱寬度一致，其高度按照等剛度原理計算確定。計算模型建立方式與剛架桿系模型相同。 （）雙懸臂簡支模型：蓋梁按照桿系建模方式劃分計算單元，在立柱與蓋梁相交點設置支撐點，不考慮（）（）模型（）、（）、（）與（）相比較，彎矩、剪力峰值的計算誤差見表。 表 蓋梁彎矩、剪力計算結果比較 （）（） （）（） （）（）計算誤差（） （） （） （）

8、 （） 注：）計算誤差為計算模型彎矩、剪力值比較的結果；） 括號內數(shù)值為按照“橋梁規(guī)范”第 條考慮彎矩折減后的計算結果；）數(shù)值正值表示相對實體結構增加，帶負號表示相對實體結構減小。 種計算模型，蓋梁最不利組合彎矩、剪力圖見圖、。 在 種計算模型分析中，蓋梁與柱不同線剛度（）比（）的跨中最大正彎矩和支點最大負彎矩影響線如圖所示。 由圖可見，當時，（）、（）模型彎矩數(shù)值變化明顯，主要由于溫度作用影響。隨著蓋梁與柱的線剛度比（）變化，模型 （）、（）的 計算結果仍然更相符。 （）由圖及表可見：在 種不同計算模型中，蓋梁剪力的計算結果誤差較?。ㄗ畲笳`差為），但是，正剪力至負剪力的過渡方式不同。 180

9、80100180中外公 路第卷）；蓋梁跨中正彎矩的計算結果誤差相對較?。ㄗ畲笳`差為）。 （）采用雙懸臂簡支梁模型計算時（蓋梁與柱的線剛度之比約等于），蓋梁跨中彎矩計算結果偏小， 跨中截面強度需要提高才能滿足規(guī)范要求。 （）優(yōu)化剛架桿系模型的支點彎矩計算結果比剛架空間計算模型組合彎矩值大 左右，計算誤差相對較?。豢缰袕澗刂荡?，計算誤差很小?？梢?，優(yōu)化剛架桿系計算模型的計算結果較準確，偏安全，且計算建模簡單。 （）參照“橋梁規(guī)范”第 條規(guī)定建立的計算模型（剛架桿系模型或者雙懸臂簡支梁模型），蓋梁支 點處計算結果安全儲備過大，而跨中處可能存在不安全隱患。 間距/m0.350.65 0.50 .45

10、0.10.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.2580.26 0003 0000-3 000剛架空間模型剛架桿系模型優(yōu)化剛架桿系模型雙懸臂簡支模型-6 000圖 最不利組合豎向彎矩圖 間距/m結論0.350.65 0.50.450.10.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.2580.26 000（）建議在“橋梁規(guī)范”的條文中明確墩臺蓋梁內力計算模型，避免出現(xiàn)蓋梁支點處彎矩計算結果過大的現(xiàn)象。 （）在 種計算模型中，蓋 梁與柱不同線剛度（）比 導致跨中最大正彎矩和支點最大彎矩不同。 （）采用優(yōu)化剛架桿系模型對蓋梁進行內力分析計算，其內力計算結果比較接近蓋梁的實際受力情況，

11、 且計算建模簡單。 3 0000-3 000剛架空間模型剛架桿系模型優(yōu)化剛架桿系模型-6 000圖 最不利組合剪力圖 參考文獻： 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵 公路橋涵設計通用規(guī)范 （1） 剛架空間模型（3） 簡化剛架桿系模型 （2） 剛架桿系模型 （4） 雙懸臂簡支模型支點（3）跨中（1） 7654321（1）馬琳，照興中淺談柱式墩蓋梁的內力計算城市道橋與防洪，（） 李兵，王東陽春墩臺蓋梁的空間有限元分析及簡化計算遼寧省交通高等?？茖W校學報，（） （2）（4）（4）（3）2 0004 000（2）胡東，胡免縊柱式橋墩蓋梁內力計算方法探討重慶交通學院學報，（） 易祥軍，林曉，鄒毅松連續(xù)剛構橋雙薄壁墩與單柱式墩-6 000 -4 000-2