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              对桥梁通软件盖梁计算的分析
              2010-09-07 
              1. 盖梁计算理论

                1.1计算依据

                《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) 》规定:双柱式桥墩,当盖梁的刚度与墩柱的线刚度比大于5时,为简化计算可以忽略节点不均衡弯矩的分配及传递,一般可按简支梁或悬臂梁进行计算和配筋,多柱式的盖梁可按连续梁计算,当盖梁计算跨径L与粱高h之比,简支梁2.0<L/h≤5.0,连续粱或刚构2.0<L/h≤5.0,应按深受弯构件计算;L/h>5.0时,则按一般构件计算。

                1.2内力计算

                恒载主要包括上部粱重,桥面铺装,防撞墙或人行道及栏杆,路灯,管线及设备,支座,垫石及盖梁自重,跨铁路桥梁还包括桥上防抛网等相关设施。活载计算中需考虑的主要丁况有:单列车对称布置、非对称布置、双列车及多列车对称布置、非对称布置。最后进行车道折减,取计算最大值。在顺桥向活载移动情况下,需选取单孔布载和双孔布载两种工况,每种工况又相应分为单列车和多列车情况,分别计算出纵向支座活载反力最大值,用于盖梁的内力计算。然后根据荷载横向分配系数,求出活载作用下各支座反力的最大值,再求出活载作用下盖梁各控制截面相应的内力值。最后把上述求得的恒载内力及活载最大工况内力进行组合,以确定盖粱最终极限内力效应值。需要说明的是,在盖梁内力计算时,可考虑桩柱支承宽度对削减负弯矩尖峰的影响。

                桥梁通软件的盖梁计算原理同传统的计算方法基本一致。对于普通钢筋混凝土盖梁可直接采用桥梁通软件进行盖梁内力计算及构件验算。预应力混凝土盖梁可借助桥梁通软件获取盖梁上支座反力,然后利用其它有限元软件进行受力分析。

                2.工程实例

                图一为黑龙江省新建前进镇至抚远铁路新建工程中,既有306围道平改立设计单幅桥桥墩盖梁尺寸,盖梁设计斜交角度为30º,主桥正截面宽机动车道宽11m,两侧分别设置0.5m防撞墙,全宽12m。上部结构采用9块20m后张法预应力空心板梁,盖梁斜长13.62m.桥上设计荷载为公路-I级,上部恒载加载如图所示,图中上图为桥梁通计算模型,下图为依据支座位置加载盖梁实际受力模型。
              图一

               
                限于篇幅,两种计算模式所得弯矩包络图和剪力包络图从略,支点处弯矩考虑桥墩支承宽度对削减负弯矩尖峰的影响。按照桥梁通计算模型计算和实际受力所得跨中、支点的弯矩和剪力计算结果对比见表1。
                表1盖梁计算结果
                
                  从表1数据可以看出,两种计算方法跨中正弯矩和支点负弯矩相差不大,弯矩差值分别为123KN.M和94KN.M,模型计算结果比实际受力结果约大6%和4%。造成这种现象的原因是结构上部为奇数片粱,在计算模型中,跨中位置有一集中力。而实际上盖梁跨中并不直接受力,传递集中力的支座对称盖梁中心布置,这就使得实际计算的弯矩包络图有类似削峰的处理。加载位置的不同使得跨中弯矩值必然要偏离实际结构的受力状态,同样在支点处,因为两种计算模型集中力加载位置的不同,车辆偏载加载时使得每个支座分配的集中力不一样,也使得支点处弯矩不一样,事实上,如果主梁片数为偶数片梁,两种计算模式在跨中处都没有集中力,跨中弯矩在计算模型和实际受力中都有类似削峰的处理,两种结果计算所得跨中最大正弯矩会更加接近。再看剪力,两个计算结果剪力差值较大,跨中和支点处剪力差值分别为331KN和-425KN,究其原因,也是由于车辆偏载加载时。在计算模型中,仅考虑梁与梁之间的横向分布,而实际七,偏载时每片梁上两个支座所分配的集中力大小并不一致,这就使得两种计算方法所得到剪力的位置和大小都不一样,也使得剪力计算结果差值较大。如果抗剪钢筋直径以28mm设计,考虑混凝土和箍筋的剪力分配,按照桥梁通计算模型计算得到支点处需抗剪钢筋11 根,而按照实际受力计算需抗剪钢筋13根。抗剪钢筋差两根,在盖梁配筋设计时,设计者一般偏于保守留有一定得富余量,使得实际配筋根数比计算结果要多一些。这就使得配筋结果满足实际受力要求,在结构上也更偏于安全。

                结语

                通过以上分析计算可以得出如下结论:

                (1)盖梁因其结构的特殊性,其受力情况较复杂。盖梁根据不同的情况,可以以简支粱、悬臂粱、连续梁、刚架及深受弯构件等结构形式分别进行计算。上部活载加载根据横桥向及顺桥向的不同,也会出现不同的荷载组合,使得盖梁计算复杂而繁琐。对此桥梁设计者要有清晰的认识,需正确理解其计算原理,设计者对盖梁设计的掌握,是重要的,也是必须的。

                (2)对于一般中小桥梁而育,钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构盖梁,采用桥梁通软件进行计算,计算结果也能达到设计要求,满足工程实际需要。分析表明,由于桥梁通软件计算模型与实际受力存在一些不同,因为主梁片数奇偶性的不同及支座受力不一等情况,使得其计算结果与实际结果有一定差别。整体而言,弯矩计算,无论是接承载能力极限状态设计进行强度计算还是接正常使用极限状态进行裂缝配筋,其差值都在允许范围内,可以直接参考其计算数据,剪力计算结果差别较大,在抗剪配筋设计时应保守一些,适当增加抗剪钢筋根数。

                【参考文献】

                【1】《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JT6 D62-2004)》北京:人民交通出版社,2004。

                【2】胡东,胡免缘,柱式桥墩盖莱内力计算方法探讨[J]重庆交通学院学报,2006,(3)。

                【3】李廉锟,结构力学嗍,北京:高等教育出版社,1979。

                【4】范丙臣,盖粱的设计与计算,城市道桥与防,2008.8。
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