摘要：本文根据不同跨高比(L/H)对桥梁墩台盖梁的受力特性进行分析，研究盖梁不同跨高比下跨中截面与支点截面的应变分布情况及变化，提出盖梁设计计算的合理方法，为工程技术人员提供参考。
关键词：桥梁;盖梁;高跨比;应变分布
Abstract: This paper analyzes bridge pier cap beam based on the Mechanical Characteristics of Different Span (L / H), studies cover beam across a high-than under the cross in the middle section of the fulcrum cross-section of the strain distribution and changes proposed capping beam reasonable method of design calculations, to provide a reference for engineering and technical personnel.
Key words: bridge; capping beam; span ratio; strain distribution
中图分类号 : K928.78文献标识码： A 文章编号：
1 引言
盖梁是一个承上启下的重要构件，它联结着桥梁上部结构和下部结构，并将上部结构的恒载和活载引起的支反力通过自身的内力分配传递到下部结构的桥墩和桩基础中。目前，在桥梁墩台盖梁设计过程中，设计人员往往忽视盖梁受力特性，常常采用程序化的设计软件或是简单的计算方法完成各种盖梁的计算与设计，这不但造成了一定的经济损失和不良的社会效应，而且给盖梁的安全性、可靠性及耐久性埋下了极大的隐患。
2 盖梁的受力特征及计算模式
2.1 盖梁受力特征
盖梁的主要荷载是由其上梁体通过支座传递过来的集中力，盖梁作为受弯构件，在荷载作用下在各截面除了产生弯矩外，同时还承受着剪力的作用。此外，盖梁在施工过程中和活载作用下，还会承受扭矩，产生扭转剪应力。扭转剪应力的数值很小并且不是永久作用，一般不用控制设计。实际计算中一般只考虑弯剪的组合，因为如果考虑弯、剪、扭三种内力同时组合，需要进行空间分析，计算工作会很繁琐，而且实际意义也不大。因此可见盖梁是一种典型的以弯剪受力为主的构件。
2.2 盖梁计算模式
《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：墩台盖梁与柱应按刚构计算。当盖梁与柱的线刚度之比大于5时，双柱式墩台盖梁可按简支梁计算，多柱式墩台盖梁可按连续梁计算。
由此可知盖梁主要有两种计算模式：双悬臂简支梁(连续梁)计算模式和双悬臂刚构结构计算模式。前者可忽略桩柱对盖梁的约束作用， 近似按双悬臂简支(连续) 梁计算。柱顶视为铰支承， 柱对盖梁的嵌固作用被完全忽略。这种计算模式是以往设计实践中用得最多也最普遍的一种。后者考虑了立柱刚度对盖梁的影响，盖梁与柱呈刚架结构，此种计算模式为超静定结构，可用平面杆系程序或有限元软件进行电算。
3 盖梁示例计算分析
某双柱式桥墩盖梁长11.5米，柱间距7.1米，两侧悬臂长2.2米，盖梁宽度为1.9米，盖梁计算模型如图1所示。
本算例利用MIDIANS6.71按照第一种计算模式，根据不同跨高比，分别建立有限元模型，然后绘出梁高分别为1.4米、1.7米、2.4米和3.5米时盖梁跨中、支点截面的应变曲线，研究跨高比(L/H)对盖梁受力特性的影响。
(1)跨高比L/H=5.07(梁高=1.4米)时，盖梁跨中和支点截面的应变计算结果见表1。
表1 盖梁跨中和支点截面应变计算结果
|
计算点编号 |
距截面底缘距离(cm) |
跨中截面应变 |
支点截面应变 |
|
1 |
140 |
-0.4435E-04 |
0.6328E-04 |
|
2 |
126 |
-0.3026E-04 |
0.4999E-04 |
|
3 |
112 |
-0.2212E-04 |
0.3882E-04 |
|
4 |
98 |
-0.1326E-04 |
0.2354E-04 |
|
5 |
84 |
-0.6001E-05 |
0.1543E-04 |
|
6 |
70 |
0.1234E-05 |
0.6547E-05 |
|
7 |
56 |
0.7984E-05 |
-0.4136E-05 |
|
8 |
42 |
0.1234E-04 |
-0.1563E-04 |
|
9 |
28 |
0.2128E-04 |
-0.2967E-04 |
|
10 |
14 |
0.3781E-04 |
-0.4134E-04 |
|
11 |
0 |
0.4509E-04 |
-0.5657E-04 |
根据表1的计算数据绘出的盖梁跨中和支点截面应变分布图如图2所示。
从图2可以看出，跨高比L/H=5.07时，盖梁的正截面应变分布自顶面到底面的分布不再是直线了，也就是说不符合平截面假定，但是正截面应变的曲线化并不是很明显。
(2)跨高比L/H=4.17(梁高=1.7米)时，盖梁跨中和支点截面的应变计算结果见表2。
表2 盖梁跨中和支点截面应变计算结果
|
计算点编号 |
距截面底缘距离(cm) |
跨中截面应变 |
支点截面应变 |
|
1 |
170 |
-0.3089E-04 |
0.4837E-04 |
|
2 |
153 |
-0.2341E-04 |
0.3568E-04 |
|
3 |
136 |
-0.1567E-04 |
0.2773E-04 |
|
4 |
119 |
-0.7784E-05 |
0.2002E-04 |
|
5 |
102 |
-0.2468E-05 |
0.1446E-04 |
|
6 |
85 |
0.2013E-05 |
0.7661E-05 |
|
7 |
68 |
0.5945E-05 |
0.1304E-05 |
|
8 |
51 |
0.1087E-04 |
-0.6325E-05 |
|
9 |
34 |
0.1626E-04 |
-0.1593E-04 |
|
10 |
17 |
0.2267E-04 |
-0.2678E-04 |
|
11 |
0 |
0.3001E-04 |
-0.3981E-04 |
根据表2的计算数据绘出的盖梁跨中和支点截面应变分布图如图3所示。
从图3可以看出，跨高比L/H=4.17时，盖梁的正截面应变分布不符合平截面假定，并且正截面应变分布曲线化要比跨高比L/H=5.07时更加明显。
(3)跨高比L/H=2.92(梁高=2.4米)时，盖梁跨中和支点截面的应变计算结果见表3。
表3 盖梁跨中和支点截面应变计算结果
|
计算点编号 |
距截面底缘距离(cm) |
跨中截面应变 |
支点截面应变 |
|
1 |
240 |
-0.1836E-04 |
0.3002E-04 |
|
2 |
216 |
-0.1184E-04 |
0.2264E-04 |
|
3 |
192 |
-0.7049E-05 |
0.1730E-04 |
|
4 |
168 |
-0.3247E-05 |
0.1320E-04 |
|
5 |
144 |
-0.5167E-06 |
0.1037E-04 |
|
6 |
120 |
0.1579E-05 |
0.8123E-05 |
|
7 |
96 |
0.3694E-05 |
0.5268E-05 |
|
8 |
72 |
0.6044E-05 |
0.1078E-05 |
|
9 |
48 |
0.8895E-05 |
-0.5057E-05 |
|
10 |
24 |
0.1298E-04 |
-0.1386E-04 |
|
11 |
0 |
0.1956E-04 |
-0.2378E-04 |
根据表3的计算数据绘出的盖梁跨中和支点截面应变分布图如图4所示。
从图4可以看出，跨高比L/H=2.92时，盖梁的正截面应变分布已经呈现出非常明显的非线性了，而且截面应变曲线的曲率变化比较大。
(4)跨高比L/H=2.0(梁高=3.5米)时，盖梁跨中和支点截面的应变计算结果见表4。
表4 盖梁跨中和支点截面应变计算结果
|
计算点编号 |
距截面底缘距离(cm) |
跨中截面应变 |
支点截面应变 |
|
1 |
350 |
-0.1684E-04 |
0.2799E-04 |
|
2 |
315 |
-0.1073E-04 |
0.2125E-04 |
|
3 |
280 |
-0.5885E-05 |
0.1557E-04 |
|
4 |
245 |
-0.2523E-05 |
0.1284E-04 |
|
5 |
210 |
-0.1923E-06 |
0.1063E-04 |
|
6 |
175 |
0.1614E-05 |
0.8591E-05 |
|
7 |
140 |
0.3269E-05 |
0.6325E-05 |
|
8 |
105 |
0.5456E-05 |
0.2784E-05 |
|
9 |
70 |
0.7868E-05 |
-0.3057E-05 |
|
10 |
35 |
0.1167E-04 |
-0.1224E-04 |
|
11 |
0 |
0.1642E-04 |
-0.2293E-04 |
根据表4的计算数据绘出的盖梁跨中和支点截面应变分布图如图5所示。
从图5可以看出，跨高比L/H=2.0时，盖梁的正截面应变已经呈现出非常明显曲线性了，而且截面应变曲线的曲率变化非常明显。
由计算结果可知，公路桥梁墩台盖梁的跨高比L/H在2.0～5.0之间时，盖梁的跨中、支点截面的应变分布已经表现出明显的非线性，不再符合乎截面假定了;当跨高比L/H≥5的时候，盖梁的正截面应变基本上呈直线分布，应变分布的非线性并不明显。但是随着跨高比L/H的不断减小，截面应变的非线性分布会越来越明显。在实际工程中，公路桥梁墩台盖梁的跨高比L/H大多都在3～5之间，盖梁的截面应变的分布已经不符合平截面假定，因此，不能按一般梁的计算方法设计这类构件，必须采用深梁的计算方法或是有限元软件进行设计。
参考文献
[1] JTG 60-2004.公路桥涵设计通用规范[S]. 北京：人民交通出版社,2004
[2] JTG 62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 北京：人民交通出版社,2004
[3] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,1993
[4] 陈杰.桥墩盖梁悬臂端受力分析[D].陕西：长安大学,2011
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文章名称：
跨高比对盖梁受力特性的影响
文章地址：
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