大悬臂预应力混凝土盖梁设计及强度分析验算.doc

1、大悬臂预应力混凝土盖梁设计及强度分析验算摘要：本文以某过渡墩大悬臂盖梁为例，介绍大悬臂预应力混凝土盖梁设计及强度分析验算。 关键词：不等跨过渡墩 大悬臂 倒 T 承载能力计算 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 1概述 装配式预制梁桥受力明确，构造简单，易于标准化和规模化施工，是中小跨径桥梁中应用最为广泛的桥梁结构形式。盖梁作为预制梁桥重要的承重构件，承受上部结构的荷载并将其传递给桥墩。采用预制梁桥就不可避免地遇到盖梁设计问题。近年来，大悬臂盖梁以其线条简洁、造型美观、桥下空间易于利用等特点，在城市桥梁中得到越来越广泛地利用。在城市桥梁中，因为影响布跨的因素较多，常常出现连接非等

2、跨桥梁的过渡墩。这样，过渡墩的大悬臂盖梁除了要进行抗弯和抗剪的设计外，还有比普通盖梁更加突出的抗扭设计问题。本文以某过渡墩大悬臂盖梁为例，介绍大悬臂预应力混凝土盖梁设计及强度分析验算。 2工程实例及计算模型 某桥梁过渡墩两侧分别接 40 米和 25 米小箱梁，采用盖梁接双柱式桥墩。为降低盖梁高度，增加桥下净空，使盖梁视觉上更轻巧美观，本桥墩选择了倒 T 型盖梁。倒 T 型盖梁一般梁高较高，可以提供较普通盖梁有更好的强度，对结构的纵向抗震也有好处。 本桥墩盖梁横桥向宽 26.9 米，悬臂长度 9.55 米。盖梁根部梁高 4.4米，悬臂端梁高 3.45 米。盖梁截面全宽 3.3 米，倒 T 部分腹

3、板宽 1.5 米。本桥墩两侧桥跨长度相差较大，为减小桥墩顺桥向弯矩，设置了 30 厘米的偏心。盖梁构造及配筋如下图 1图 3 所示： 图 1 盖梁一般构造 图 2 盖梁预应力钢束布置 图 3 盖梁钢筋布置示意 3盖梁计算 31 计算内容 对于大悬臂盖梁来说，主要计算内容在于其悬臂部分的结构计算。本次计算将桥墩盖梁简化为三维杆系计算模型，验算盖梁悬臂控制截面在外荷载作用下的抗弯、抗剪及抗扭承载能力是否满足规范要求。 32 计算方法 除自重外，盖梁主要承受上部传来的荷载。上部恒载按实际重量计算，活载根据车轮作用的最不利位置采用杠杆法得出各支座反力。盖梁两侧小箱梁各恒、活载支座反力如下表： 支座反力

4、表单位：KN 本次计算内力采用 MIDAS CIVIL 软件，按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004（以下简称“规范” ）对结构进行结构验算。 3.3 施工步骤 （1）桥墩及盖梁施工。 （2）张拉第一批预应力钢束。 （3）架设上部主梁。 （4）张拉第二批预应力钢束。 （5）施工桥面系。 （6）使用阶段（汽车荷载） 。 3.4 分析过程 3.4.1 抗弯计算 盖梁悬臂为静定结构，沿横桥向承受各支座反力，受力明确，抗弯计算方法与普通盖梁悬臂相同，计算结果可由程序直接给出。本盖梁抗弯钢筋采用直径 d28mm，间距 10cm，共 15 根；预应力钢束采用 4 束17S15.

5、24 和 4 束 19S15.24，共 144 根。由此可验证横梁横桥向配筋，尤其是预应力钢束配置是否合理。计算选项取图 1 所示各支座位置截面作为典型截面，验算盖梁悬臂抗弯承载能力。计算最不利位置为 4 号截面，抗弯承载能力安全度为 1.33。 盖梁悬臂翼缘 A-A 截面（图 4）计算，反力 P 按 40 米跨径一侧的较大值考虑（P 值取 40 米跨一侧半幅桥支座反力合计值=11017KN） ，取盖梁横桥向整体断面计算抗弯承载能力。由此可验证图 3 中 N5 号大箍筋配置（直径 d16 间距 10cm，共 126 根）是否满足截面横向抗弯要求。计算抗弯承载能力 9222kN?m，设计值 56

6、19 kN?m，安全度为 1.64。此方法可较好的计算翼缘截面，但因盖梁悬臂横桥向为变截面，因此以翼缘截面作整体计算结果偏于保守，设计可作参考。 图 4 3.4.2 抗剪计算 横桥向取图 1 所示 C-C 截面为计算截面，按照规范第 5.2.7 条及 5.2.9条公式进行计算。C-C 截面抗剪计算方法与普通盖梁悬臂相同。本盖梁计算截面高 3.9 米，同一截面内配 6 肢直径 d16 的箍筋，间距 10cm。斜截面内混凝土和箍筋提供了较好的抗剪承载能力。经计算，抗剪承载能力为 31925KN，设计剪力值 8195KN，安全度较高，为 3.89。 盖梁悬臂翼缘 B-B（如图 4 所示）截面计算，剪

7、力值同抗弯计算中反力 P，按 40 米跨径一侧的较大值考虑。取盖梁横桥向整体断面作抗剪承载能力及抗剪截面验算。由此可根据规范第 5.2.11 条验证截面各箍筋（图 3 中 N6 号和 N7 号钢筋，直径 d16，间距 10cm，同一截面共 126 根）配置及斜钢筋（图 3 中 N8 号钢筋，直径 d28，间距 10cm，同一截面共126 根）是否满足规范要求。经计算，抗剪承载能力为 50330KN，设计剪力值 11545KN，安全度较高，为 4.36。此方法可较好的计算翼缘截面，但因盖梁悬臂横桥向为变截面，因此以翼缘截面作整体计算结果偏于保守，设计可作参考。 3.4.3 抗扭计算 本盖梁两侧桥

8、孔跨径相差较大，由此带来的荷载差值使悬臂各截面出现了较大的扭矩。取图 1 所示各支座位置截面作为典型截面进行抗扭计算，以此验证悬臂的抗扭承载能力。根据规范第 5.5.5 条，将截面划分为 3 个矩形（如图 4 所示）计算其抗扭抵抗矩。由此可验算截面尺寸及截面边缘各类型钢筋配置是否满足抗扭设计要求。具体计算结果如下表： 悬臂截面抗扭承载能力计算结果一览表单位：kN/kN?m 本盖梁悬臂属于 T 形弯剪扭构件，其纵向钢筋和箍筋应按规范第 5.5.6条规定配置。即： 按受弯构件正截面抗弯承载能力计算所需的钢筋截面面积，布置抗弯纵向钢筋（图 3 中 N1 号钢筋） 。 按规范 5.5.4 条抗扭承载能

9、力计算公式计算所需的抗扭纵向钢筋（图 3 中 N1a、N2、N3、N4 号钢筋）截面面积，并沿周边均匀对称布置。按规范 5.5.4 条抗扭承载能力计算公式计算所需抗扭箍筋，与按抗剪承载能力计算公式计算所需的抗剪箍筋数量相加，统一布置箍筋。 翼缘截面按规范 5.5.1 条纯扭构件抗扭承载能力计算公式计算所需的抗扭纵筋和箍筋（图 3 中 N1N6 号钢筋） 。 4结语 连接不等桥跨的大悬臂桥墩盖梁受力较复杂，很多计算上的假定只能本着使结构更安全的原则进行，难免过于保守。另外，此种的计算方法也有相当的局限性，一方面保证了结构的安全，另一方面也在一定程度上会造成材料的浪费。计算方法是值得长期探索研究的大问题。 参考文献： 1中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）S.北京：人民交通出版社，2004 2中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）S.北京：人民交通出版社，2004