公路桥梁盖梁设计探讨

2016-04-13檀维超

铁道勘察 2016年1期

关键词：盖梁墩柱剪力

檀维超

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

公路桥梁盖梁设计探讨

檀维超

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

The Discussion of Highway Bridge Cap BeamDesign

TAN Weichao

摘要盖梁是桥梁重要构件，主要有预应力钢筋混凝土、普通钢筋混凝土两种结构形式。以官厅水库特大桥26号、29号桥墩为例，简述两种结构形式盖梁的设计方法，对比分析两种盖梁的受力特点以及各自在工程应用中的优缺点，为桥墩盖梁的设计提供参考。

关键词盖梁；预应力混凝土普通钢筋混凝土设计

随着公路建设的不断发展，桥梁跨度不断增加，预应力钢筋混凝土盖梁以其良好的结构受力性能和抗开裂性能，在桥梁盖梁设计中得到广泛采用。结合工程实例，就预应力混凝土盖梁及普通钢筋混凝土盖梁的设计过程、受力特点及应用范围作简要探讨。

1盖梁简介

盖梁是为支承、分布和传递上部结构的荷载，在排架桩墩顶部设置的横梁，又称帽梁。在桥墩或排桩上设置钢筋混凝土或少筋混凝土的横梁，主要作用是支撑桥梁上部结构，并将全部荷载传到下部结构，主要有预应力钢筋混凝土盖梁及普通钢筋混凝土盖梁两种形式。

2官厅水库特大桥引桥盖梁设计

2.1官厅水库特大桥工程概况

(1)工程概况

官厅水库特大桥全桥长1 988 m，为城市主干路，设计速度60 km/h，双向四车道，两侧考虑非机动车道、人行道。本桥包括主桥和南北引桥两部分，其中主桥为主跨720 m的钢-混组合梁单跨悬索桥，引桥整幅布置，横向布置10片小箱梁，采用桩基础，全桥立面布置见图1。

图1　全桥立面布置(单位：cm)

(2)引桥概况

图2　引桥横断面布置(单位：cm)

引桥横向为整幅布置，防撞护栏内侧宽度24 m，桥面宽度30.5 m。路幅布置为：2.75 m(人行道)+0.5 m(防撞护栏)+3.0 m(非机动车道)+0.5 m(机非分隔带)+0.5 m(路缘带)+7.25 m(行车道)+0.5 m(路缘带)+0.5 m(中间分隔带)+0.5 m(路缘带)+7.25 m(行车道)+0.5 m(路缘带)+0.5 m(机非分隔带)+3.0 m(非机动车道)+0.5 m(防撞护栏)+2.75 m(人行道)=30.5 m。引桥横断面布置见图2。引桥桥墩盖梁一般采用预应力混凝土结构，桥墩为双墩柱，14、29号墩因设置在主缆锚定基础上，盖梁横向长度受锚体空间结构尺寸限制，无法满足预应力张拉空间要求，故采用普通钢筋混凝土结构，桥墩为四墩柱设计。以26号桥墩(预应力钢筋混凝土盖梁)、29号桥墩(普通钢筋混凝土盖梁)为代表，简述预应力混凝土盖梁、普通钢筋混凝土盖梁不同设计过程，以及在相同荷载下，两种结构类型的受力特点。

2.2预应力混凝土盖梁设计

(1)盖梁构造及预应力钢束布设

盖梁长度29.1 m，宽度2.4 m，跨中高度2.5 m，梁端高度1.5 m，墩柱外侧为变高度截面。布设9束13-7φ5标准强度fpk=1 860 MPa的高强度、低松弛钢绞线，采用C50混凝土。盖梁构造及钢束布置见图3。

图3　预应力钢筋混凝土盖梁构造(单位：mm)

(2)恒载加载

小箱梁自重及二期横载分别以集中力形式作用在上，每片小箱梁自重1 210 kN、二期恒载600 kN，于支座中心位置处加载到横梁顶，恒载作用示意见图4。

图4　恒载作用示意

(3)活载加载

加载横向移动荷载，定义盖梁为横向移动荷载作用车道，车辆荷载采用公路—Ⅰ级，车轮荷载按照计算跨度30 m、均布荷载10.5 kN/m、集中荷载320 kN并乘以1.2系数，2P=699 kN，取车轮荷载P=350 kN。

(4)钢束张拉

9束预应力钢筋采用上5下4交错布置，钢束张拉顺序：张拉第一批5束钢束，架梁，张拉第二批4束钢束。钢束张拉时应左右对称张拉。

(5)定义施工阶段

混凝土浇筑7 d、张拉第一批钢束3 d、架梁1 d、张拉第二批钢束3 d、加载二期恒载10 d、收缩徐变5 000 d。

(6)计算结果

选取基本组合：1.4×汽车荷载+1.2×恒载+1.2×预加应力+1.2×收缩徐变，在基本组合作用下，盖梁弯矩、剪力包络见图5。

图5　预应力混凝土盖梁弯矩、剪力包络

由图4、图5可见：最大弯矩及剪力均出现在墩柱支撑处：弯矩33 293 kN·m，剪力10 022 kN。

图6　预应力混凝土盖梁抗弯、抗剪能力验算

正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力验算结果见图6。按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.1.5条验算，结构重要性系数×作用效应的组合设计最大值均小于等于构件承载力设计值，满足规范要求。

2.3普通混凝土盖梁设计

图8　普通钢筋混凝土盖梁弯矩、剪力包络图

(1)盖梁构造

盖梁长度28.9 m，宽度2.4 m，跨中高度1.8 m，梁端高度1.0 m，墩柱外侧为变高度截面。4墩柱等间距6.1 m布设，矩形墩柱截面尺寸1.6 m×1.6 m，墩柱外盖梁悬臂长度2.1 m。盖梁构造见图7。

图7　普通钢筋混凝土盖梁构造(单位：m)

(2)横断面设计

普通钢筋混凝土盖梁采用“桥梁通”建模设计，根据“引桥横断面”布置梁部恒载及活载，左/右侧护栏宽0.25 m、左/右侧人行道宽2.5 m，左/右侧隔离栅宽0.5 m、桥面净宽24 m，小箱梁自重及二横在支座处以集中力形式加载，活载采用双向行驶4机动车道+两侧各一非机动车车道设计。

(3)计算结果

弯矩、剪力包络图见图8。

由弯矩、剪力包络图可见，支点最大负弯矩为6 292 kN·m，最大剪力5 377 kN。通过配置抗弯钢筋及抗剪箍筋、斜筋，本设计可满足承载要求。

2.4预应力混凝土盖梁与普通混凝土盖梁设计对比分析

以本桥为例的多车道、大跨度公路桥梁，预应力钢筋混凝土盖梁外形呈现梁端悬臂长、墩柱间距大、墩柱数量少的特点，外形较美观，盖梁下仅设置两墩柱，桥下通过性好。盖梁各截面受力差异性较大，最大弯矩及剪力集中在墩柱支撑处，长悬臂根部为结构薄弱点，此处须加强预应力钢筋及普通钢筋的布设，以抵抗因长悬臂、大跨度造成的支点负弯矩及跨中弯矩。因布设了预应力钢束，更具有工艺复杂、工期较长、对外界环境敏感等特点。

普通钢筋混凝土盖梁采用四墩柱设计，悬臂长度:柱间跨度≈1∶2.5，考虑削峰效应下支点处负弯矩:跨中正弯矩≈1∶1.5，四处支点剪力均在5 200～5 400 kN之间，盖梁整体受力均匀。但盖梁高度较大，且设置四墩柱，桥下通过性及景观效应不佳，墩柱间距及悬臂长度受盖梁、墩柱尺寸所限，对于更多车道的道路，只能通过增加墩柱个数、加大盖梁尺寸来实现。在较小跨度、低等级公路中，普通钢筋混凝土盖梁因结构简单、工期较短、便于施工等特点而被广泛应用。

3结束语

两种盖梁均为公路工程设计中常见的结构形式，官厅水库特大桥同时采用了两种盖梁形式。简述了在相同荷载作用下，两种结构的设计过程及受力特点，并对比了各自在结构受力、景观设计、应用范围等不同方面的特点。两种形式的盖梁在设计、施工、运营、维护等不同阶段，以及在工程投资、结构耐久性、抗震设计等不同方面的对比分析值得进一步研究与探讨。

参考文献

[1]王其君.公路桥梁预应力混凝土盖梁设计[J].交通标准化，2010(228):21-22

[2]翟顺鹏.桥梁施工中现浇盖梁支架的设计与施工[J].经济技术协作信息，2010(16):162-162

[3]付玉辉.双墩柱大悬臂预应力盖梁设计探讨[J].工程技术，2013(6):60-61

[4]赵永军.苏州高架桥大悬臂预应力盖梁施工技术[J].铁道勘察，2007(2)：92-93

[5]邵长胜，刘永锋，焦亚萌.京新高速上地斜拉桥横向计算分析[J].铁道勘察，2013(4)：87-88

[6]JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范[S]

[7]JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]

[8]JTG B01—2014公路工程技术标准[S]

[9]许东风，李皓.浅谈预应力混凝土盖梁设计[J].中国水运，2010(4):15-16

[10]葛占钊，胡国海，张耀元，等.桥梁柱式盖梁内力分析的有限元方法[J].公路，2008(1):79-82

[11]杨树萍，纪秋吉，朱东.关于盖梁计算模型的探讨[J].工程与建设，2011(25):50-51