雙柱式橋墩蓋梁內(nèi)力計(jì)算模型探討

1、第卷第期 年 月中外公路文章編號(hào)：（） 雙柱式橋墩蓋梁內(nèi)力計(jì)算模型探討 李杰 （中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院，湖北 武漢 ）摘要：雙柱式蓋梁是預(yù)制梁橋常見下構(gòu)形式， 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)（簡稱“橋梁規(guī)范”）規(guī)定墩臺(tái)蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計(jì)算，對(duì)柱寬的消峰影力混凝土橋梁響作用考慮不夠，導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏于保守，不夠經(jīng)濟(jì)。筆者采用“”分析計(jì)算軟件，對(duì)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(jìn)行內(nèi)力 分析，得出“優(yōu)化剛架桿系模型”建模簡單，并且蓋梁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果與剛架空間模型更相符，跨中正彎矩計(jì)算誤差 以內(nèi)，負(fù)彎矩計(jì)算誤差 以內(nèi)，修正了“橋梁規(guī)范”中的不足之處。 關(guān)鍵詞：蓋梁；計(jì)算模

2、型；內(nèi)力分析雙柱式蓋梁結(jié)構(gòu)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(gòu)重要的承重構(gòu)件，它承受著上部構(gòu)造的恒載以及主梁傳遞給它的活載效應(yīng)，并將這些荷載傳遞給橋墩。如文獻(xiàn)、等國內(nèi)外有關(guān)蓋梁內(nèi)力分析研究的論文較多，他們側(cè)重理論研究分析，或者蓋梁與柱的線剛度（）比對(duì)蓋梁內(nèi)力計(jì)算的影響等。該文則以常用的雙柱式蓋梁作為研究對(duì)象，用有限元計(jì)算方法對(duì)蓋梁內(nèi)力進(jìn)行仿真分析，以校正 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yùn)營階段拉索最大索力值為，最小索力為，索力幅值為，拉索應(yīng)力幅值較小， 充分證明了該橋型方案“剛梁剛塔柔索”的特點(diǎn)。 結(jié)語三角剛架懸吊連續(xù)梁組合橋采用“剛梁剛塔柔索” 設(shè)計(jì)思路，使該橋型具有優(yōu)良的力學(xué)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(yùn)營狀態(tài)良好，實(shí) 踐表明：梁拱組合體系橋具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的橋型，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。 施工方案 根據(jù)“剛梁剛塔柔索”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)；）支架安參考文獻(xiàn)： 裝剛架塔 段，澆筑段內(nèi)填混凝土，完成剛架塔 段金成棣預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁 設(shè)計(jì)研究與實(shí)內(nèi)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(hào)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(shè)計(jì)百問北京：人民交通范立礎(chǔ)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(yīng)用及特點(diǎn)分析中外公路，（） 收稿日期： 作者簡介：李杰，男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師： 年 第期李杰：雙柱式橋墩蓋梁內(nèi)力計(jì)算模型探討

5、 立柱的寬度和剛度。 1 380250 50 250 50 25018050 506550 250 505065計(jì)算結(jié)果及分析 計(jì)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(jì)。 種計(jì)算模型最不利組合彎矩、剪力峰值見表。 160160 160 275830275 160 160表種計(jì)算模型最不利組合彎矩、剪力峰值 圖 橋墩蓋梁構(gòu)造圖（單位：） （） （） 計(jì)算模型設(shè)計(jì)方法及計(jì)算模型 （）（）“橋梁規(guī)范”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（）之比大于 時(shí)，雙柱式墩臺(tái)蓋梁可按簡支梁計(jì)算，多柱式墩臺(tái)蓋梁可按連續(xù)梁計(jì)算。計(jì)算連續(xù)蓋梁支座負(fù)彎矩時(shí)，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(jié)構(gòu)簡化為剛構(gòu)進(jìn)行 計(jì)算，這雖然使計(jì)算得到簡化，但與實(shí)際結(jié)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(jié)構(gòu)通用有限元分析與設(shè)計(jì)軟件”，對(duì)蓋梁內(nèi)力計(jì)算采用 種不同的計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算， 并對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。 種計(jì)算模型邊界條件：蓋梁與上部結(jié)構(gòu)連接按照實(shí)際支座個(gè)數(shù)和位置，采用只受壓節(jié)點(diǎn)連接；柱與承 臺(tái)采用固結(jié)連接；上部結(jié)構(gòu)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(jì)算方法對(duì)蓋梁和立柱進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，并在蓋梁與立柱固結(jié)處加密計(jì)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(jì)算單元，并且蓋 梁與立柱相交點(diǎn)采用固結(jié)方式連接。 （）優(yōu)化剛架桿系模型：考慮立柱的實(shí)際支撐寬度影響，在立柱范圍內(nèi)考慮兩個(gè)支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)位置假定位于立柱邊緣，每個(gè)支撐點(diǎn)立柱截面的寬度與實(shí)際立柱寬度一致，其高度按照等剛度原理計(jì)算確定。計(jì)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(jì)算單元，在立柱與蓋梁相交點(diǎn)設(shè)置支撐點(diǎn)，不考慮（）（）模型（）、（）、（）與（）相比較，彎矩、剪力峰值的計(jì)算誤差見表。 表 蓋梁彎矩、剪力計(jì)算結(jié)果比較 （）（） （）（） （）（）計(jì)算誤差（） （） （） （）

8、 （） 注：）計(jì)算誤差為計(jì)算模型彎矩、剪力值比較的結(jié)果；） 括號(hào)內(nèi)數(shù)值為按照“橋梁規(guī)范”第 條考慮彎矩折減后的計(jì)算結(jié)果；）數(shù)值正值表示相對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)增加，帶負(fù)號(hào)表示相對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)減小。 種計(jì)算模型，蓋梁最不利組合彎矩、剪力圖見圖、。 在 種計(jì)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(diǎn)最大負(fù)彎矩影響線如圖所示。 由圖可見，當(dāng)時(shí)，（）、（）模型彎矩?cái)?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(jì)算結(jié)果仍然更相符。 （）由圖及表可見：在 種不同計(jì)算模型中，蓋梁剪力的計(jì)算結(jié)果誤差較?。ㄗ畲笳`差為），但是，正剪力至負(fù)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(jì)算結(jié)果誤差相對(duì)較?。ㄗ畲笳`差為）。 （）采用雙懸臂簡支梁模型計(jì)算時(shí)（蓋梁與柱的線剛度之比約等于），蓋梁跨中彎矩計(jì)算結(jié)果偏小， 跨中截面強(qiáng)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(diǎn)彎矩計(jì)算結(jié)果比剛架空間計(jì)算模型組合彎矩值大 左右，計(jì)算誤差相對(duì)較??；跨中彎矩值大 ，計(jì)算誤差很小?？梢?，優(yōu)化剛架桿系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確，偏安全，且計(jì)算建模簡單。 （）參照“橋梁規(guī)范”第 條規(guī)定建立的計(jì)算模型（剛架桿系模型或者雙懸臂簡支梁模型），蓋梁支 點(diǎn)處計(jì)算結(jié)果安全儲(chǔ)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(jié)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(tái)蓋梁內(nèi)力計(jì)算模型，避免出現(xiàn)蓋梁支點(diǎn)處彎矩計(jì)算結(jié)果過大的現(xiàn)象。 （）在 種計(jì)算模型中，蓋 梁與柱不同線剛度（）比 導(dǎo)致跨中最大正彎矩和支點(diǎn)最大彎矩不同。 （）采用優(yōu)化剛架桿系模型對(duì)蓋梁進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算，其內(nèi)力計(jì)算結(jié)果比較接近蓋梁的實(shí)際受力情況，

11、 且計(jì)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(xiàn)： 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵 公路橋涵設(shè)計(jì)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(diǎn)（3）跨中（1） 7654321（1）馬琳，照興中淺談柱式墩蓋梁的內(nèi)力計(jì)算城市道橋與防洪，（） 李兵，王東陽春墩臺(tái)蓋梁的空間有限元分析及簡化計(jì)算遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，（） （2）（4）（4）（3）2 0004 000（2）胡東，胡免縊柱式橋墩蓋梁內(nèi)力計(jì)算方法探討重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，（） 易祥軍，林曉，鄒毅松連續(xù)剛構(gòu)橋雙薄壁墩與單柱式墩-6 000 -4 000-2