大悬臂倒T 盖梁设计要点分析

尹绪胜，冯 兵，王凤鸣

（山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101）

引言

随着经济快速发展和城镇化进程推进，城镇人口规模不断攀升，城镇建设用地指标越来越紧张，很多城市选择修建高架快速路来缓解居民出行难的问题。近年来，国家大力倡导绿色可持续发展、大力发展预制拼装建造方式，越来越多城市高架桥采用大悬臂盖梁柱式墩+预制小箱梁这种结构形式。

1 总体设计要点

1.1 道路横断面

双向六车道、设计速度80 km/h 的城市高架快速路典型横断面布置见图1，上下行各设置一个大型车道，中分带护栏采用SAm 级混凝土护栏，桥宽一般为25.6 m，地面路中央分隔带宽度为8 m。

图1 高架快速路标准段典型横断面/cm

上下口范围的路面往往单侧或双侧加宽，当加宽值较大，需增设边墩，见图2。边墩一般放置于侧分带中，立柱应尽量平行于道路设计线一条线布置，有规律的重复变化，形成韵律、节奏，易于组织地面交通[1]。

图2 高架上下口区段典型横断面/cm

1.2 桥墩布置

根据《城市道路路线设计规范》（CJJ193—2012）[2]要求，中分带或侧分带布置的桥墩距离路缘石内边缘距离应≮25 cm。为尽可能减小盖梁悬臂长度，在满足建筑限界要求的前提下，应尽可能增大墩柱间距。

承台平面不宜伸入地面路机动车道范围内，以避免路基强度刚度差异导致的不均匀沉降，当条件受限，可以加大承台埋深，一般≮1.5 m，还应满足管线管布设要求[3]。

1.3 桥墩与盖梁形式

墩柱采用花瓶墩，曲线在视觉上更生动柔和，所表现的活力和动势给人一种轻巧飘逸的感觉[1]，也可减小盖梁悬臂长度，有利于盖梁的整体受力，但应注意墩柱顶部外倾后是否侵入地面道路建筑限界。另如，外倾过大，墩柱在恒载下会产生较大横向弯矩，必要时设置墩柱中系梁。

如果采用平头盖梁，其梁高大、视觉效果较差；倒T 盖梁大部分结构高度隐藏于上部结构中，不仅有效降低结构的建筑高度，节约投资，而且极大地削减盖梁的视觉体量，景观效果较好。设计时应控制构造尺寸和配置牛腿加强钢筋，可按照偏心受拉构件验算牛腿承载力及裂缝宽度[4]。

2 构造细节与计算要点

2.1 盖梁构造设计

倒T 型横断面典型图见图3。

图3 倒T 型横断面

图3中：h1 和bw—倒T腹板高度和宽度，cm；h2 和bf—支撑宽度和高度，cm；e—盖梁偏心值，cm；F1 和F2—上部结构支反力，kN；Db和Dh—盖梁底部倒角，cm；a和b—上部反力与盖梁中心距，cm。

腹板厚度bw一般不受抗剪要求控制[5]，通常根据钢束布置确定。钢束型号不宜过大，不宜设置平弯以方便施工，同时应注意端部张拉空间要求。如布置横向3 排钢束，bw可采用130 cm。虽然腹板越宽对桥面连续的受力越有利，但也不是越大越好，标准双柱盖梁腹板宽度每增加10 cm，盖梁重量增大约20 t，如采用预制装配法施工，则运输吊装难度都将加大。

翼缘宽度bf，根据抗震措施要求确定。根据规范[6-7]对搭接宽度的要求，最低要求差值=（50+0.1L+0.8H+0.5Lk）-（70+0.5Lk）=（0.1L+0.8H）-20，联长L越长，墩高H越大，所需的搭接宽度越大，当墩高15 m，联长90 m 时，两者相当。对于常规30 m 简支桥面小箱梁、墩高10 m、联长120 m，bf≥（50+0.1×120+0.8×10+0.5×30+8）cm=93 cm，可取为95 cm。

h1 一般取梁高与支撑高度之和，h2 在盖梁端部根据牛腿受力确定，对于跨径30 m 简支小箱梁，则h1=（160+30）cm=190 cm，h2 在盖梁端部一般≮100 cm；在盖梁中部，盖梁总高度h1+h2 根据盖梁整体受力计算确定。

当跨越路口或管线等障碍物时，往往采用不同的跨径或结构形式，当恒载反力差值较大时，须设置纵向偏心，一般原则为盖梁两侧恒载反力导致的墩柱弯矩M=0，得到e=（F1×b-F2×a）/（F1+F2），墩柱偏向反力较大的一侧。

2.2 计算要点分析

墩台盖梁与柱宜按照刚架计算，跨高比＜5 时，属于深受弯构件[8]。施工期间和汽车活载作用导致的扭转剪应力较小，盖梁计算不再考虑扭转影响，受力模式主要以弯剪为主[9]；实体模型及梁单元模型计算结构应力分布总体相同，采用杆系结构基本可以满足要求[10]，盖梁一般按照部分预应力A 类构件设计。

2.2.1 施工过程分析、钢束分批次张拉

通过计算分析，如果架梁前一次性张拉所有钢束，盖梁下缘拉应力将达到3.74 MPa；盖梁自重导致的结构内力较小，仅占20%左右，同时考虑施工便利性，钢束分两批次张拉较为合理，各阶段的盖梁上下缘应力见表1。

表1 各施工阶段盖梁上下缘应力

2.2.2 温度梯度影响

倒T 盖梁顶缘较宽，一般取1.2 ～1.5 m 左右，直接接受日照，截面沿高度方向存在温差的影响，应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D0—2015）[11]考虑梯度温度效应。盖梁计算不考虑温度梯度时上缘的频遇组合应力为1.48 MPa（压），考虑时盖梁上缘的频遇组合应力为-0.08 MPa（拉），不考虑温度梯度偏不安全。

2.2.3 基础变位影响

对于双柱墩一般共用一个承台，承台整体刚度角度，可以忽略沉降影响。对于三柱或四柱墩，柱间距达17 m，上部梁板荷载的分布差异较大、基础刚度也不同，应适当考虑支座沉降影响。对于典型四柱式桥墩，边墩沉降导致的盖梁中支点上缘产生2.39 MPa 拉应力，中墩沉降在盖梁中支点下缘产生2.08 MPa 拉应力。

温度梯度和基础变位对盖梁（尤其是非标准三柱或四柱桥墩盖梁）影响非常大，设计中应充分考虑。边墩尽量采用支座与盖梁连接，以减小次内力，但应做好限位措施。

3 结语

大悬臂倒T 盖梁的部分结构高度隐藏在上部结构中，不仅降低结构建筑高度、节约造价，而且景观效果较好，该种结构形式在城市高架快速路中很有竞争力。