新舊規范墩臺蓋梁設計比較

曹 碩,常永振

(1. 浙江省交通規劃設計研究院,浙江 杭州 310006；2.浙江中誠工程管理科技有限公司,浙江 杭州 310012)

墩臺蓋梁作為傳遞梁橋上部結構恒載和活載的重要承重構件,在常規預制梁橋中廣泛使用。新版《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG 3362—2018)》(以下簡稱“新規”)已于2018年11月1日投入使用,其中對墩臺蓋梁的計算相比較于《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62—2004)》(以下簡稱“舊規”)來說,既有繼承,又有發展。本文首先介紹新舊規范對墩臺蓋梁計算的異同,然后結合工程實例,考察新舊規范計算墩臺蓋梁配筋的變化規律,旨在為新規實施后墩臺蓋梁的設計提供一定的參考[1]。

1 新舊規范對比

1.1 計算模式

新規規定“墩臺蓋梁與柱宜按剛架計算”，而舊規規定“除墩臺蓋梁與柱應按剛構計算外,在蓋梁與柱的線剛度之比大于5時,雙柱蓋梁可簡化為簡支梁,多柱蓋梁可簡化為連續梁計算”。由文獻[2]的計算結果可以看出,在蓋梁與柱的線剛度之比大于5時,采用簡化模式(簡支梁或連續梁),由于“剛度效應”,跨中正彎矩比剛架模式要大,支點負彎矩比剛架模式要小,計算結果的誤差都可以控制在10%以內,但這種誤差會隨著蓋梁與柱的線剛度之比減小而增大。而在電算軟件較為普及的當下,新規取消了蓋梁的簡化計算模式,使得蓋梁的計算更為準確。

另外,舊規中對于蓋梁按剛構計算時基礎固結點并無規定,日常設計中常取樁頂作為固結點。新規中明確墩臺蓋梁按剛架計算時,等效固結點深度取為地面以下1.8/α,α為樁的變形系數,α具體計算可參見文獻[3]中的附錄P。考慮了樁頂的位移,新規中對固結點的規定更接近實際受力情況,也更為合理。

1.2 配筋計算

經對比,新舊規范對墩臺蓋梁正截面抗彎、抗剪和斜截面抗剪的計算完全一致。

但是,當蓋梁懸臂部分存在外邊梁,且外邊梁作用點到柱邊緣(圓形截面柱需換算成0.8倍直徑的方形截面柱)的距離小于蓋梁梁高時,即“短懸臂蓋梁”,而這也是日常設計中較為普遍的情況,新規與舊規有較大區別。舊規規定,此時應按“撐桿-系桿體系”計算懸臂部分正截面抗彎承載力,按一般受彎構件計算抗剪承載力。而新規規定,這種情況應采用“拉壓桿模型”計算。

具體來說,對于圖1所示的短懸臂鋼筋混凝土蓋梁,舊規蓋梁墩頂負彎矩抗彎承載力配筋公式為：

γ0Td≤fsdAS,Td=Fd(0.15h0+x)/h0

新規蓋梁墩頂負彎矩抗彎承載力配筋公式為：

γ0Td≤fsdAS,Td=Fd(b/2+x)/(0.9h0)

其中：h0為蓋梁有效高度;

AS為墩頂抗拉鋼筋面積;

Fd為按基本組合算得的上部結構支座反力;

b為柱寬(圓柱為0.8倍柱徑)；

x為蓋梁懸臂豎向力作用點至柱邊緣的距離。

圖1 蓋梁短懸臂模型

此外,因新規范中鋼筋混凝土構件裂縫計算公式發生變化,新舊規范墩臺蓋梁裂縫配筋也不相同。而日常設計中,對蓋梁配筋起控制作用的常常是裂縫配筋,因此,有必要對新舊規范墩臺蓋梁裂縫配筋作進一步的考察和分析。

2 新舊規范對蓋梁配筋的影響

通過以上分析可以看出,新舊規范對墩臺蓋梁配筋計算的區別主要體現在兩個方面：1)短懸臂蓋梁負彎矩抗彎承載力配筋；2)蓋梁裂縫配筋。下面參照國內東部已通車的某高速公路蓋梁尺寸,考察新舊規范對蓋梁配筋在這兩方面的差異。

圖2 橋墩蓋梁構造

本項目預制T梁跨徑包括25、30、35、40 m四種跨徑,其橋墩蓋梁構造見圖2,選取典型跨徑和柱徑,將橋墩蓋梁分類匯總(表1),其中d表示圓形墩柱直徑,b=0.8d。

表1 蓋梁尺寸參數表 mm

這四類蓋梁中,蓋梁與柱的線剛度之比均小于5,且均為短懸臂蓋梁。為考察新舊規范對蓋梁裂縫計算的區別,假定四類蓋梁墩頂均采用30根直徑28 HRB400鋼筋,跨中均采用15根直徑28 HRB400鋼筋。對于蓋梁墩頂和跨中裂縫,本文采用橋梁通軟件建立計算模型,恒載主要考慮上部梁重，附屬設施重量及蓋梁自重,活載考慮以下主要工況：單列車對稱布置及非對稱布置，雙列車及多列車對稱布置及非對稱布置,最后進行車道折減,計取最大值。通過橋梁通模型計算得到墩頂和跨中短期組合及長期組合彎矩值,分別根據新規和舊規手算得到蓋梁墩頂和墩間跨中裂縫。四類蓋梁計算得到的墩頂裂縫和跨中裂縫結果見表2。

表2 計算結果

由計算結果可以看出,新規計算出的短懸臂蓋梁墩頂Td均遠大于舊規,對25、30、35、40 m四種跨徑,新規計算出的結果分別為舊規計算值的1.44、1.47、1.51、1.60倍。這主要是新舊規范計算模式的不同引起的,“拉壓桿模型”比“撐桿-系桿模型”算得的配筋面積更大。

墩頂裂縫中,對25、30、35、40 m四種跨徑,新規計算出的裂縫寬度分別是舊規的1.17、1.16、1.18、1.20倍。跨中裂縫中,對25、30、35、40 m四種跨徑,新規計算出的裂縫寬度分別是舊規的1.30、1.32、1.32、1.34倍。新規范對舊規的裂縫計算公式進行了進一步的改進,在墩臺蓋梁同等受力和同樣配筋的情況下,新規計算出的裂縫寬度更大。

3 結 語

通過以上分析可以看出,新規對墩臺蓋梁配筋計算的規定與舊規相比,主要有以下三方面的區別：

1)新規取消了舊規對蓋梁與柱的線剛度之比大于5時的簡化計算規定,而且明確規定了剛構計算基礎固結點；

2)新規對短懸臂蓋梁墩頂抗彎承載力的計算與舊規完全不同,而且計算出的配筋也比舊規大50%左右；

3)同樣配筋情況下,新規計算的蓋梁墩頂裂縫寬度比舊規要大20%左右,而蓋梁墩間跨中裂縫寬度，新規比舊規要大30%左右。