橋墩蓋梁的特殊設(shè)計(jì)及安全性驗(yàn)算

劉會(huì)清

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050011）

0 引言

山區(qū)高速公路的橋隧比高，橋梁上往往要設(shè)置交通標(biāo)志標(biāo)牌、攝像機(jī)[1]等，標(biāo)志的基礎(chǔ)預(yù)埋件往往要固定到橋梁的防撞護(hù)欄或蓋梁上，因此橋墩蓋梁就要作特殊設(shè)計(jì)，采用一端加長(zhǎng)或兩端加長(zhǎng)的方式，來滿足安全設(shè)施基礎(chǔ)預(yù)埋件的尺寸要求。承平高速公路中的西水泉大橋位于兩隧道之間，單懸臂標(biāo)志牌及可變信息門架式標(biāo)志牌不可避免地設(shè)置在了橋梁上。加寬護(hù)欄不能滿足標(biāo)志牌基礎(chǔ)預(yù)埋的情況下，就應(yīng)采取加寬橋墩蓋梁長(zhǎng)度的方法來解決這個(gè)問題。具體措施為：左幅13號(hào)橋墩，因要設(shè)置單懸臂標(biāo)志牌，橋墩蓋梁需一側(cè)加長(zhǎng)作特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；右幅6號(hào)橋墩，因要設(shè)置門架式標(biāo)志牌單懸臂標(biāo)志牌，橋墩蓋梁需兩側(cè)加長(zhǎng)作特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 工程實(shí)例

首都地區(qū)環(huán)線高速公路（G95）承德（李家營(yíng)）至平谷（冀京界）段（以下簡(jiǎn)稱承平高速）屬山嶺重丘區(qū)，路線走向基本為東北-西南方向，路線全長(zhǎng)59 176 m。主線橋梁總長(zhǎng)15 602 m，隧道總長(zhǎng)24 094 m，橋隧占路線長(zhǎng)度的67.1%。

西水泉大橋位于苗榆桶隧道和老虎仗隧道之間，上部結(jié)構(gòu)為40 m T梁的左右幅分離路基橋，橋?qū)?6.5 m，蓋梁寬16.4 m；左幅橋長(zhǎng)759 m，右幅橋長(zhǎng)689 m。交通標(biāo)志確定放置在左幅13號(hào)橋墩和右幅6號(hào)橋墩上，左幅13號(hào)橋墩外側(cè)需放置單懸臂標(biāo)志牌，右幅6號(hào)橋墩兩側(cè)需放置門架式標(biāo)志牌。左幅13號(hào)橋墩需一側(cè)加長(zhǎng)尺寸，右幅6號(hào)橋墩需兩側(cè)加長(zhǎng)尺寸，以保證標(biāo)志預(yù)埋件能夠嵌入蓋梁中。

2 橋墩蓋梁的特殊設(shè)計(jì)

下面以西水泉大橋左幅13號(hào)橋墩為例來闡述特殊尺寸蓋梁的設(shè)計(jì)。

2.1 尺寸選擇

該橋梁的分離斷面蓋梁的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，見圖1。

圖1 分離路基橋墩蓋梁標(biāo)準(zhǔn)尺寸（單位：cm）

綜合考慮由交通工程提供的單懸臂或門架式標(biāo)志的預(yù)埋件尺寸，取其較大者，原蓋梁縱橋向尺寸滿足預(yù)埋要求，橫橋向自蓋梁最外緣需向外加長(zhǎng)131 cm就能夠滿足預(yù)埋底座法蘭盤的要求。具體尺寸見圖2。

圖2 一端加長(zhǎng)后的蓋梁橫橋向、順橋向尺寸（單位：cm）

2.2 配筋設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)中，橋墩蓋梁配筋采用“橋梁通”軟件進(jìn)行計(jì)算分析。利用“橋梁通”軟件填入蓋梁尺寸，建立工況模型，上部恒載作用力取自上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，在承載能力極限狀態(tài)下[2]得出彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖，在正常使用極限狀態(tài)下[2]得出裂縫配筋圖。根據(jù)彎矩包絡(luò)圖配置受彎鋼筋，根據(jù)剪力包絡(luò)圖配置彎起鋼筋和箍筋，再由裂縫配筋圖進(jìn)行主筋總根數(shù)的驗(yàn)算。

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)尺寸（橫橋向?qū)? 640 cm）橋墩蓋梁的配筋設(shè)計(jì)

在承載能力極限狀態(tài)計(jì)算下的彎矩、剪力包絡(luò)圖見圖3。在正常使用極限狀態(tài)計(jì)算下的裂縫配筋圖見圖4。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁彎矩、剪力包絡(luò)圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁裂縫驗(yàn)算圖

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，蓋梁鋼筋采用全骨架設(shè)計(jì)，主筋直徑采用28 mm。采用的鋼筋骨架樣式及鋼筋骨架的排列片數(shù)分別見圖5、圖6。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁鋼筋骨架圖

圖6 標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁鋼筋骨架排列圖

蓋梁配筋完成后，要進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算。該工程處于Ⅱ類環(huán)境，裂縫寬度根據(jù)規(guī)范[3]按0.2 mm控制，墩頂彎矩削峰0.85，驗(yàn)算結(jié)果見表1。

表1 橋墩蓋梁鋼筋驗(yàn)算表

由上述蓋梁跨中、柱頂及斜截面鋼筋配置及驗(yàn)算情況看，可得出以下結(jié)論：

a）標(biāo)準(zhǔn)尺寸橋墩蓋梁的跨中正彎矩、柱頂負(fù)彎矩及斜截面抗剪承載能力[3-4]均滿足規(guī)范要求，此蓋梁采用主筋直徑28 mm、全骨架配置是合理的。

b）橋墩蓋梁為安全起見，主筋直徑及根數(shù)均能滿足裂縫驗(yàn)算下的彎矩包絡(luò)圖，因此彎矩包絡(luò)圖以裂縫配筋圖為準(zhǔn)。

2.2.2 特殊尺寸（橫橋向?qū)? 771 cm）橋墩蓋梁鋼筋配置

西水泉大橋左幅13號(hào)橋墩蓋梁尺寸確定后，仍采用“橋梁通”軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程同上，只在“蓋梁作用其他恒載”一項(xiàng)中，加入固定點(diǎn)位置的作用力[2]。此作用力取單懸式或門架式中作用力較大者并風(fēng)荷載的共同作用力來進(jìn)行加載，骨架鋼筋直徑取28 mm的情況下，蓋梁配筋驗(yàn)算結(jié)果見表2。

表2 橋墩蓋梁鋼筋驗(yàn)算表

分析結(jié)果如下：外側(cè)柱頂處及外側(cè)柱頂兩側(cè)40 cm處的負(fù)彎矩鋼筋根數(shù)不能滿足規(guī)范要求，跨中正彎矩配筋儲(chǔ)備量不足。因此需加大蓋梁骨架的根數(shù)或增加主筋直徑。蓋梁已經(jīng)采用全骨架，骨架根數(shù)已飽和，只有增加鋼筋直徑來再次計(jì)算并驗(yàn)算。

骨架鋼筋直徑加大為32 mm，蓋梁配筋的包絡(luò)圖見圖7；裂縫配筋圖進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見表3。

表3 橋墩蓋梁鋼筋驗(yàn)算表

圖7 特殊尺寸蓋梁剪力包絡(luò)圖及裂縫驗(yàn)算圖

由上述蓋梁跨中、柱頂及斜截面鋼筋配置及驗(yàn)算情況看，可得出以下結(jié)論：

主筋直徑增大后，特殊尺寸橋墩蓋梁的跨中正彎矩、柱頂負(fù)彎矩及斜截面抗剪承載能力均滿足規(guī)范要求，因此蓋梁采用主筋直徑32 mm、全骨架配置。

計(jì)算完成后需繪制蓋梁鋼筋圖，設(shè)計(jì)完成后的蓋梁鋼筋骨架圖見圖8，鋼筋骨架排列為全骨架，與標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁相同，不再附圖。

圖8 特殊尺寸蓋梁鋼筋骨架圖

右幅6號(hào)橋墩蓋梁設(shè)計(jì)參考左幅13號(hào)橋墩蓋梁設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，右幅6號(hào)橋墩蓋梁為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，相對(duì)來說較易完成。

2.3 結(jié)論

蓋梁鋼筋的配置主要采用“橋梁通”軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)彎矩、剪力包絡(luò)圖中給出的主筋根數(shù)進(jìn)行配筋，再利用裂縫配筋圖驗(yàn)算鋼筋總根數(shù)。在配筋及驗(yàn)算的過程中要注意：在彎矩包絡(luò)圖中，鋼筋抵抗彎矩時(shí)起彎點(diǎn)與h0/2范圍受力側(cè)水平筋不參與受力；而裂縫配筋圖中，鋼筋抵抗裂縫時(shí)無錨固長(zhǎng)，截面受力側(cè)水平筋均參與受力。

特殊蓋梁的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)尺寸蓋梁計(jì)算過程相同，只是計(jì)算過程繁瑣，迭代次數(shù)多。

3 結(jié)語

工程實(shí)踐中，常常會(huì)遇到特殊蓋梁設(shè)計(jì)的情況。在橋梁跨越管線設(shè)施或是重要溝渠等，會(huì)將橋墩柱間距加大或縮短，可能采用特殊尺寸的蓋梁情況。互通式立體交叉中變寬橋的蓋梁，更是普遍存在。這些特殊尺寸蓋梁的設(shè)計(jì)方法與上述類似，計(jì)算到配筋到驗(yàn)算三者缺一不可，才能達(dá)到蓋梁設(shè)計(jì)的完整性及安全性。