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文章编号１ ６ ７ １－２ ５ ７ ９（２ ０ １ １）０ ６－０ １ ８ ０－０ ３ 双柱式桥墩盖梁内力计算模型探讨 李杰 （ 中国市政工程中南设计研究总院，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ０） 摘要双柱式盖梁是预制梁桥常见下构形式，Ｊ Ｔ Ｇ Ｄ ６ ２－２ ０ ０ ４ 公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥梁设计规范 （ 简称“ 桥梁规范” ） 规定墩台盖梁与柱应按刚构计算， 对柱宽的消峰 影响作用考虑不够， 导致设计偏于保守， 不够经济。笔者采用“Ｍ ｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ” 分析计算软件， 对 双柱式盖梁按刚架空间模型、 刚架杆系模型、 优化刚架杆系模型及双悬臂简支模型进行内力 分析， 得出“ 优化刚架杆系模型” 建模简单， 并且盖梁内力计算结果与刚架空间模型更相符， 跨 中正弯矩计算误差５％以内， 负弯矩计算误差２ ８％以内， 修正了“ 桥梁规范” 中的不足之处。 关键词盖梁；计算模型；内力分析 收稿日期２ ０ １ １－０ ５－１ ０ 作者简介 李杰， 男， 大学本科， 高级工程师． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ４ １ ４ ０ １ ６ ７ １ ２＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ 双柱式盖梁结构因其简洁的造型及成熟、 便利的 施工工艺在高速公路及城市道路桥梁中使用最广。盖 梁作为桥梁下构重要的承重构件， 它承受着上部构造 的恒载以及主梁传递给它的活载效应， 并将这些荷载 传递给桥墩。如文献［ ３］ 、 ［４］ 、 ［５］ 等国内外有关盖梁 内力分析研究的论文较多， 他们侧重理论研究分析， 或 者盖梁与柱的线刚度（ Ｅ Ｉ／ｌ） 比对盖梁内力计算的影响 等。该文则以常用的双柱式盖梁作为研究对象， 用有 限元计算方法对盖梁内力进行仿真分析， 以校正Ｊ Ｔ Ｇ Ｄ ６ ２－２ ０ ０ ４ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设 计规范 中有关盖梁计算的规定。 １ 结构概况 示例为两跨３ ０ｍ 先简支后连续小箱梁桥， 桥面 宽１ ５． ５ｍ， 横向布置为５片小箱梁， 桥墩采用双柱式 桥墩， 柱高１ ０ｍ。其盖梁与柱的线刚度（Ｅ Ｉ／ｌ） 之比约 等于２。双柱式桥墩结构尺寸如图１所示 櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙 。 ５． ３ 索力分析 运营阶段拉索最大索力值为２ ０ ９ ０ｋ Ｎ， 最小索力 为１ ７ ５ ０ｋ Ｎ， 索力幅值为３ ４ ０ｋ Ｎ， 拉索应力幅值较小， 充分证明了该桥型方案“ 刚梁刚塔柔索” 的特点。 ６ 施工方案 根据“ 刚梁刚塔柔索” 的结构特点， 采用“ 先塔再梁 后索” 的施工方案， 具体为 １）支架法分段现浇主墩墩 柱、 主墩系梁和刚架塔座形成“ ▽” 形结构； ２）支架安 装刚架塔 Ａ 段， 浇筑段内填混凝土， 完成刚架塔 Ａ 段 内钢－混段施工， 主墩支架脱架；３）依次支架安装刚 架塔Ｂ～Ｅ段； ４）支架安装刚架塔合龙段 Ｆ段， 拆除 刚架塔施工支架； ５）依次支架浇筑０～４号块箱；６）安 装中跨吊杆， 张拉吊杆； ７）支架浇筑主梁跨中合龙段。 ７ 结语 三角刚架悬吊连续梁组合桥采用“ 刚梁刚塔柔索” 设计思路， 使该桥型具有优良的力学性能， 良好的整体 性、 耐久性以及优美流畅的造型； 该桥施工较为灵活， 吊杆更换方便。五渡桥建成通车后运营状态良好， 实 践表明梁拱组合体系桥具有诸多优点， 是一种经济、 实用、 美观的桥型， 具有一定的推广应用价值。 参考文献 ［１］ 金成棣．预应力混凝土梁拱组合桥梁 设计研究与实 践［Ｍ］． 北京 人民交通出版社， ２ ０ ０ １． ［２］ 邵旭东． 桥梁设计百问［Ｍ］． 北京 人民交通出版社， ２ ０ ０ ３ ． ［３］ 范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京 人民交通出版社， １ ９ ８ ８． ［４］ 许福友， 张哲， 黄才良， 等．斜拉－悬吊协作体系桥工程应 用及特点分析［Ｊ］． 中外公路， ２ ０ ０ ９（１）． ０８１ 中 外 公 路 第３ １卷 第６期 ２ ０ １ １年１ ２月 830275275 160160 160160 50505050656550250250250250 1 380 180 80100 160 180 180 5050 图１ 桥墩盖梁构造图（ 单位ｃ ｍ） ２ 设计方法及计算模型 “ 桥梁规范” 规定 墩台盖梁与柱应按刚构计算。 当盖梁与柱的线刚度（ Ｅ Ｉ／ｌ） 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。计算连续盖梁支座负弯矩时， 可按规范第４． ２． ４ 条的规定考虑柱支承宽度的影响， 圆形截面柱可换算 为边长等于０． ８倍直径的方形截面柱。 “ 桥梁规范” 将墩柱与盖梁的结构简化为刚构进行 计算， 这虽然使计算得到简化， 但与实际结果偏差过大 （ 有些情况甚至相差１倍） 。 为此， 该文选择了工程中常见的双柱式盖梁， 利用 “Ｍ ｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ桥梁结构通用有限元分析与设计软件” ， 对盖梁内力计算采用４种不同的计算模型进行计算， 并对其计算结果进行对比分析。 ４种计算模型边界条件 盖梁与上部结构连接按 照实际支座个数和位置， 采用只受压节点连接； 柱与承 台采用固结连接； 上部结构的支撑方式与荷载加载方 式均相同。 （ １）刚架空间模型 采用空间有限元计算方法对 盖梁和立柱进行单元划分， 并在盖梁与立柱固结处加 密计算单元。 （ ２）刚架杆系模型 不考虑盖梁和立柱的截面宽 度， 沿盖梁顶端中线和立柱中线划分计算单元， 并且盖 梁与立柱相交点采用固结方式连接。 （ ３）优化刚架杆系模型 考虑立柱的实际支撑宽 度影响， 在立柱范围内考虑两个支撑点， 支撑点位置假 定位于立柱边缘， 每个支撑点立柱截面的宽度与实际 立柱宽度一致， 其高度按照等刚度原理计算确定。计 算模型建立方式与刚架杆系模型相同。 （ ４）双悬臂简支模型 盖梁按照杆系建模方式划 分计算单元， 在立柱与盖梁相交点设置支撑点， 不考虑 立柱的宽度和刚度。 ３ 计算结果及分析 计算示例只考虑恒载、 汽车荷载、 横桥向水平力和 温度荷载， 其他荷载忽略不计。４种计算模型最不利 组合弯矩、 剪力峰值见表１。 表１ ４种计算模型最不利组合弯矩、 剪力峰值 计算模型 Ｍｍ ａ ｘ／ （ｋ Ｎｍ） Ｍｍ ｉ ｎ／ （ｋ Ｎｍ） Ｑｍ ａ ｘ／ ｋ Ｎ Ｑｍ ｉ ｎ／ ｋ Ｎ （１） ４ １ ８ ３． ２－２ ５ ９ ３． １ ２ ９ ６ ０． ５－５ ３ ９ ４． ５ （２） ４ ４ ６ ０． ６－６ ８ １ ８． １ ３ １ １ ０． ８－５ １ ７ ５． ０ （３） ４ ３ ６ ６． ３－３ ３ １ １． ９ ３ ０ ９ ７． ７－５ ０ ０ ２． ０ （４） ３ ４ ８ ９． ８－６ ６ ４ ９． ５ ３ １ ０ ９． ５－５ １ ５ ５． ２ 模型（ ２） 、 （３） 、 （４） 与（１） 相比较， 弯矩、 剪力峰值的 计算误差见表２。 表２ 盖梁弯矩、 剪力计算结果比较 计算误差 ｛ ［ （２）－（１） ］ ／ （１） ｝ ／％ ｛ ［ （３）－（１） ］ ／ （１） ｝ ／％ ｛ ［ （４）－（１） ］ ／ （１） ｝ ／％ Ｍｍ ａ ｘ６． ６ ４． ４－１ ６． ６ Ｍｍ ｉ ｎ１ ６ ３． ０（１ ３ ６． ６）２ ７． ７ １ ５ ６． ４（１ ３ ０． ８） Ｑｍ ａ ｘ５． １ ４． ６ ５． ０ Ｑｍ ｉ ｎ－４． １－７． ３－４． ４ 注１）计算误差为计算模型弯矩、 剪力值比较的结果；２） 括号内数值为按照“ 桥梁规范” 第４． ２． ４条考虑弯矩折减后的 计算结果；３）数值正值表示相对实体结构增加， 带负号表示相 对实体结构减小。 ４种计算模型， 盖梁最不利组合弯矩、 剪力图见图 ２、３。 在４ 种计算模型分析中， 盖梁与柱不同线刚度 （ Ｅ Ｉ／ｌ） 比（λ） 的跨中最大正弯矩和支点最大负弯矩影 响线如图４所示。 由图４可见， 当λ＜２． ０时， （１） 、 （２） 模型弯矩数值 变化明显， 主要由于温度作用影响。随着盖梁与柱的 线刚度比（ λ） 变化， 模型（１） 、 （３） 的计算结果仍然更 相符。 （ １）由图３及表２可见 在４种不同计算模型中， 盖梁剪力的计算结果误差较小（ 最大误差为－７． ３％） ， 但是， 正剪力至负剪力的过渡方式不同。 １８１ ２ ０ １ １年 第６期 李杰 双柱式桥墩盖梁内力计算模型探讨 6 000 3 000 -3 000 -6 000 弯矩/（kNm） 0.65 0.50.45 柱边 柱边 80.2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.50.5 跨中 0.25 刚架空间模型 刚架杆系模型 优化刚架杆系模型 双悬臂简支模型 间距/m 0.350.1 0 图２ 最不利组合竖向弯矩图 6 000 3 000 -3 000 -6 000 剪力/kN 0.65 0.50.45 柱边 柱边 80.2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.50.5 跨中 0.25 刚架空间模型 刚架杆系模型 优化刚架杆系模型 间距/m 0.350.1 0 图３ 最不利组合剪力图 支点跨中 λ （1）（1）（3） （4） （2） （4） （3） （2） -6 000-4 000-2 0002 0004 0006 0000 （1） 刚架空间模型（2） 刚架杆系模型 （3） 简化刚架杆系模型（4） 双悬臂简支模型 Mj/（kNm） 1 2 3 4 5 6 7 图４ 不同线刚度最不利组合弯矩影响线图 （ ２）由图２及表２可见 在４种不同计算模型中， 盖梁支点负弯矩的计算结果误差较大（ 最大误差为 １ ６ ３． ０％） ； 盖梁跨中正弯矩的计算结果误差相对较小 （ 最大误差为－１ ６． ６％） 。 （ ３）采用双悬臂简支梁模型计算时（ 盖梁与柱的 线刚度之比约等于２） ， 盖梁跨中弯矩计算结果偏小， 跨中截面强度需要提高１ ６． ６％才能满足规范要求。 （ ４）优化刚架杆系模型的支点弯矩计算结果比刚 架空间计算模型组合弯矩值大２ ７． ７％ 左右， 计算误差 相对较小； 跨中弯矩值大４． ４％， 计算误差很小。可 见， 优化刚架杆系计算模型的计算结果较准确， 偏安 全， 且计算建模简单。 （ ５）参照“ 桥梁规范” 第８． ２． １条规定建立的计算 模型（ 刚架杆系模型或者双悬臂简支梁模型） ， 盖梁支 点处计算结果安全储备过大， 而跨中处可能存在不安 全隐患。 ４ 结论 （ １）建议在“ 桥梁规范” 的条文中明确墩台盖梁内 力计算模型， 避免出现盖梁支点处弯矩计算结果过大 的现象。 （ ２）在４种计算模型中， 盖梁与柱不同线刚度 （ Ｅ Ｉ／ｌ） 比λ导 致跨 中 最大 正弯矩和支点最大弯矩 不同。 （ ３）采用优化刚架杆系模型对盖梁进行内力分析 计算， 其内力计算结果比较接近盖梁的实际受力情况， 且计算建模简单。 参考文献 ［１］ Ｊ Ｔ Ｇ Ｄ ６ ２－２ ０ ０ ４ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范［Ｓ］． ［２］ Ｊ Ｔ Ｊ ０ ２ １－８ ９ 公路桥涵设计通用规范［Ｓ］． ［３］ 马琳， 照兴中．浅谈柱式墩盖梁的内力计算［Ｊ］．城市道桥 与防洪，２ ０ ０ ９（ ５）． ［４］ 李兵， 王东阳， 刘青春． 墩台盖梁的空间有限元分析及简 化计算［Ｊ］．辽宁省交通高等专科学校学报， ２ ０ ０ ３（３）． ［５］ 胡东， 胡免缢．柱式桥墩盖梁内力计算方法探讨［Ｊ］．重庆 交通学院学报，２ ０ ０ ６（ ３）． ［６］ 易祥军， 林晓， 邹毅松． 连续刚构桥双薄壁墩与单柱式墩 结构行为对比分析［Ｊ］．中外公路， ２ ０ ０ ６（３）． ［７］ 罗绍仟．德维二级路盖梁内力计算探讨［Ｊ］．林业建设， ２ ０ １ ０（２）． ［８］ 邓陈记， 周指示． 桥墩盖梁的加固设计与施工［Ｊ］． 中外公 路，２ ０ １ ０（ ３）． ２８１ 中 外 公 路 第３ １卷
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