盖梁设计与计算方法的研究现状

盖梁设计与计算方法的研究现状

唐杨

（重庆交通大学重庆 400074）

摘要：归纳了现阶段盖梁设计和计算中采用的4种方法以及近几年来在盖梁计算理论上取得的重要成果，总结出了影响盖梁内力的三个变量因子即线刚度比、盖梁梁高和桥墩跨径，同时简要叙述了盖梁非线性分析的研究成果，分析了今后盖梁的研究方向和重点。

关键词：盖梁计算模型影响规律非线性分析

中国分类号：U441+4 文献标识码：A 文章编号：1673-1816(2018)03-0011-04

1 引 言

盖梁是桥梁中承上启下的结构部件，规范中关于盖梁计算没有严格的规定。公预规[1]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，多柱式墩台可按连续梁计算。另外指出按简支梁计算的盖梁，其计算跨径应取lc和1.15ln两者的最小值，其中lc为支承中心之间的距离，ln为盖梁净跨径。当盖梁作为连续梁或刚构分析时，计算跨径取支承中心之间的距离。

2 计算理论发展

2.1 规范中的计算方法

现在最常用的双柱式盖梁，规范[1]中针对线刚度比大于5的情况，此时盖梁的简化受力图示是双悬臂简支梁的形式，考虑恒载和活载很容易手算出盖梁各截面的内力。当线刚度比小于5之后必须采用刚构模型计算，由于双悬臂刚构模型是一个超静定结构，多采用商业软件进行建模计算，也有学者[2]通过大量有限元试验分析，利用多元回归建立了盖梁控制截面的简化计算公式。

软件计算基本都建立杆系模型，也就是没有考虑盖梁和立柱的截面宽度。双悬臂简支梁模型是在立柱与盖梁的相交点上设置支撑点，双悬臂刚构模型是在盖梁和立柱相交点采用刚接。

2.2 计算理论的发展

目前盖梁设计多采用四种设计理论：传统盖梁计算方法、有限元平面模型计算、全桥空间有限元模型计算以及实体有限元模型。

传统计算方法目前国内采用桥梁通计算软件进行建模计算，其计算原理与传统盖梁计算方法基本一致。赵香玲等[3]采用杠杆原理法、刚性横梁法、铰接板法计算了桥墩高粱在对称荷载和非对称荷载下的支座反力，比较了各种方法计算的优越性。

收稿日期：2017-12-14

作者简介：唐杨（1992-），男，湖北五峰人，土家族，硕士，研究方向桥梁结构理论研究。

石家庄铁路职业技术学院学报 2018年第3期

有限元平面模型计算目前多采用桥梁博士计算软件，其计算原理为：提取纵向车道荷载作用下的支座反力，将其等效为汽车荷载，利用桥梁博士的横向加载功能进行分析计算。全桥空间有限元模型计算方法将上部结构及盖梁全部建出，按车道横向布载，通过较符合实际结构的模型进行盖梁分析[4]。葛占钊[5]等对比了有限元平面模型和全桥空间有限元模型，平面有限元模型相比于全桥空间有限元模型更为简单，可以满足工程技术要求，也是偏于安全的。随着计算机性能的逐步提高，实体模型计算将是一个趋势，对于一些特殊盖梁形式必须建立实体模型才能得到较为精确的结果[6]，但是现在多采用实体建模验证杆系模型的结论[7]。

早在2000年左右就有人提及柱式墩盖梁的计算存在一些不足之处[8]，根据规范，盖梁出现了两种受力模型，第一是双悬臂简支梁模型，第二是双悬臂刚构模型。很多学者[9]-[10]对以上两个模型进行了对比研究。研究发现双悬臂简支梁模型的简化思想是忽略柱对盖梁的嵌固作用，刚构模型完全考虑了柱对盖梁的完全嵌固[11]- [12]。相同的是，两种模型均没有考虑到立柱实际宽度的影响。

优化刚架杆系模型[12]考虑立柱实际宽度的影响，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，其高度按等刚度原理确定。优化刚架杆系模型支点计算弯矩仅比刚架空间模型计算结果大27.7%，跨中计算弯矩仅大4.4%，能够满足工程需要，且有一定安全富裕。

当盖梁考虑为深受弯构件，规范[1]规定梁的计算跨径和梁高之比u，当u≤5均为深受弯构件，习惯上将u≤2的简支梁与u≤2.5的连续梁称为深梁；2＜u≤5的简支梁和2.5＜u≤5的连续梁称为短梁；的梁称为普通梁，浅梁或一般梁[13]。在规范[1]8.2.2中盖梁设计章节明确规定：本节规定的钢筋混凝土盖梁，其跨高比l/h为2＜l/h≤5简支梁；连续梁或刚构2.5＜l/h≤5。可见对于深梁的承载力未做明确规定，在文献[14]中详细论述了深受弯构件的破坏机理以及设计过程。在实际设计过程中，绝大多数盖梁的计算跨径与梁高之比在3＜u≤5，按规范均属于深受弯构件，故而应按深受弯构件设计。

除了对盖梁计算模型的探讨以外，实际上采用空间全桥计算模型有时也会才生误差，这是不容易注意到的。通常我们建立空间全桥计算模型时都将桥墩（或立柱）下部定成刚性约束，这时是不够真实的，倘若桥墩深入土地，应当根据相关地质资料，考虑基础周边土体对基础的作用，将柱底按照弹性约束计算[15]。这也就是说，建立全桥空间模型，将柱底约束采用弹性约束是最为真实的。

现在最常见的除了双柱式盖梁外就是三柱式盖梁，对于三柱式盖梁分别按连续梁模拟，柱底刚性约束的刚架模拟和柱底弹性约束的刚架模拟。对比分析后得到如下应该注意的结果。第一，对三柱式桥墩盖梁随立柱高度变大，三种计算模型的误差没有继续减小，也就是说对于三柱式盖梁当线刚度比大于5是采用连续梁模型应当慎重。第二，对于双柱式盖梁，按简支计算的跨中正弯矩恒大于按刚构计算，不能误认为对三柱式盖梁，按连续梁计算计算也恒大于刚构，若认定按连续梁模型计算的跨中正弯矩去配筋将是很危险的[16]。另外还有研究表明盖梁在计算中不可忽略不均匀沉降的影响。虽然温度荷载在总效应中所占比列较小，但随着结构刚度的增大而增大，在多跨和不等跨盖梁中，温度引起的效应更为显著[17]。

对于大悬臂的盖梁采用预应力混凝土结构，预应力混凝土结构的盖梁施工更加复杂，需要正确模拟施工过程，合理选择预应力束的张拉时间和张拉顺序[18]，才能保证盖梁在施工和运营状况下的安全[7]。预应力混凝土盖梁的设计尽量避免采用直线，同时预应力钢束的布置应当满足两种模式的包络图，一是计入墩柱影响的整体模型，二是不考虑墩柱的单梁模型[19]。

随着中国国力逐步增强，为了中国能更好的融入全世界的桥梁建设过程中，也有不少学者[20]对国