桥墩盖梁的特殊设计及安全性验算

刘会清

（河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011）

0 引言

山区高速公路的桥隧比高，桥梁上往往要设置交通标志标牌、摄像机[1]等，标志的基础预埋件往往要固定到桥梁的防撞护栏或盖梁上，因此桥墩盖梁就要作特殊设计，采用一端加长或两端加长的方式，来满足安全设施基础预埋件的尺寸要求。承平高速公路中的西水泉大桥位于两隧道之间，单悬臂标志牌及可变信息门架式标志牌不可避免地设置在了桥梁上。加宽护栏不能满足标志牌基础预埋的情况下，就应采取加宽桥墩盖梁长度的方法来解决这个问题。具体措施为：左幅13号桥墩，因要设置单悬臂标志牌，桥墩盖梁需一侧加长作特殊结构设计；右幅6号桥墩，因要设置门架式标志牌单悬臂标志牌，桥墩盖梁需两侧加长作特殊结构设计。

1 工程实例

首都地区环线高速公路（G95）承德（李家营）至平谷（冀京界）段（以下简称承平高速）属山岭重丘区，路线走向基本为东北-西南方向，路线全长59 176 m。主线桥梁总长15 602 m，隧道总长24 094 m，桥隧占路线长度的67.1%。

西水泉大桥位于苗榆桶隧道和老虎仗隧道之间，上部结构为40 m T梁的左右幅分离路基桥，桥宽16.5 m，盖梁宽16.4 m；左幅桥长759 m，右幅桥长689 m。交通标志确定放置在左幅13号桥墩和右幅6号桥墩上，左幅13号桥墩外侧需放置单悬臂标志牌，右幅6号桥墩两侧需放置门架式标志牌。左幅13号桥墩需一侧加长尺寸，右幅6号桥墩需两侧加长尺寸，以保证标志预埋件能够嵌入盖梁中。

2 桥墩盖梁的特殊设计

下面以西水泉大桥左幅13号桥墩为例来阐述特殊尺寸盖梁的设计。

2.1 尺寸选择

该桥梁的分离断面盖梁的标准尺寸，见图1。

图1 分离路基桥墩盖梁标准尺寸（单位：cm）

综合考虑由交通工程提供的单悬臂或门架式标志的预埋件尺寸，取其较大者，原盖梁纵桥向尺寸满足预埋要求，横桥向自盖梁最外缘需向外加长131 cm就能够满足预埋底座法兰盘的要求。具体尺寸见图2。

图2 一端加长后的盖梁横桥向、顺桥向尺寸（单位：cm）

2.2 配筋设计

工程设计中，桥墩盖梁配筋采用“桥梁通”软件进行计算分析。利用“桥梁通”软件填入盖梁尺寸，建立工况模型，上部恒载作用力取自上部结构计算结果，在承载能力极限状态下[2]得出弯矩包络图和剪力包络图，在正常使用极限状态下[2]得出裂缝配筋图。根据弯矩包络图配置受弯钢筋，根据剪力包络图配置弯起钢筋和箍筋，再由裂缝配筋图进行主筋总根数的验算。

2.2.1 标准尺寸（横桥向宽1 640 cm）桥墩盖梁的配筋设计

在承载能力极限状态计算下的弯矩、剪力包络图见图3。在正常使用极限状态计算下的裂缝配筋图见图4。

图3 标准尺寸盖梁弯矩、剪力包络图

图4 标准尺寸盖梁裂缝验算图

根据计算结果，盖梁钢筋采用全骨架设计，主筋直径采用28 mm。采用的钢筋骨架样式及钢筋骨架的排列片数分别见图5、图6。

图5 标准尺寸盖梁钢筋骨架图

图6 标准尺寸盖梁钢筋骨架排列图

盖梁配筋完成后，要进行裂缝宽度的验算。该工程处于Ⅱ类环境，裂缝宽度根据规范[3]按0.2 mm控制，墩顶弯矩削峰0.85，验算结果见表1。

表1 桥墩盖梁钢筋验算表

由上述盖梁跨中、柱顶及斜截面钢筋配置及验算情况看，可得出以下结论：

a）标准尺寸桥墩盖梁的跨中正弯矩、柱顶负弯矩及斜截面抗剪承载能力[3-4]均满足规范要求，此盖梁采用主筋直径28 mm、全骨架配置是合理的。

b）桥墩盖梁为安全起见，主筋直径及根数均能满足裂缝验算下的弯矩包络图，因此弯矩包络图以裂缝配筋图为准。

2.2.2 特殊尺寸（横桥向宽1 771 cm）桥墩盖梁钢筋配置

西水泉大桥左幅13号桥墩盖梁尺寸确定后，仍采用“桥梁通”软件进行计算，计算过程同上，只在“盖梁作用其他恒载”一项中，加入固定点位置的作用力[2]。此作用力取单悬式或门架式中作用力较大者并风荷载的共同作用力来进行加载，骨架钢筋直径取28 mm的情况下，盖梁配筋验算结果见表2。

表2 桥墩盖梁钢筋验算表

分析结果如下：外侧柱顶处及外侧柱顶两侧40 cm处的负弯矩钢筋根数不能满足规范要求，跨中正弯矩配筋储备量不足。因此需加大盖梁骨架的根数或增加主筋直径。盖梁已经采用全骨架，骨架根数已饱和，只有增加钢筋直径来再次计算并验算。

骨架钢筋直径加大为32 mm，盖梁配筋的包络图见图7；裂缝配筋图进行验算，验算结果见表3。

表3 桥墩盖梁钢筋验算表

图7 特殊尺寸盖梁剪力包络图及裂缝验算图

由上述盖梁跨中、柱顶及斜截面钢筋配置及验算情况看，可得出以下结论：

主筋直径增大后，特殊尺寸桥墩盖梁的跨中正弯矩、柱顶负弯矩及斜截面抗剪承载能力均满足规范要求，因此盖梁采用主筋直径32 mm、全骨架配置。

计算完成后需绘制盖梁钢筋图，设计完成后的盖梁钢筋骨架图见图8，钢筋骨架排列为全骨架，与标准尺寸盖梁相同，不再附图。

图8 特殊尺寸盖梁钢筋骨架图

右幅6号桥墩盖梁设计参考左幅13号桥墩盖梁设计方法进行，右幅6号桥墩盖梁为对称结构，相对来说较易完成。

2.3 结论

盖梁钢筋的配置主要采用“桥梁通”软件进行计算，根据弯矩、剪力包络图中给出的主筋根数进行配筋，再利用裂缝配筋图验算钢筋总根数。在配筋及验算的过程中要注意：在弯矩包络图中，钢筋抵抗弯矩时起弯点与h0/2范围受力侧水平筋不参与受力；而裂缝配筋图中，钢筋抵抗裂缝时无锚固长，截面受力侧水平筋均参与受力。

特殊盖梁的设计与标准尺寸盖梁计算过程相同，只是计算过程繁琐，迭代次数多。

3 结语

工程实践中，常常会遇到特殊盖梁设计的情况。在桥梁跨越管线设施或是重要沟渠等，会将桥墩柱间距加大或缩短，可能采用特殊尺寸的盖梁情况。互通式立体交叉中变宽桥的盖梁，更是普遍存在。这些特殊尺寸盖梁的设计方法与上述类似，计算到配筋到验算三者缺一不可，才能达到盖梁设计的完整性及安全性。