大懸臂倒T 蓋梁設計要點分析

尹緒勝，馮 兵，王鳳鳴

（山東省交通規(guī)劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250101）

引言

隨著經濟快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程推進，城鎮(zhèn)人口規(guī)模不斷攀升，城鎮(zhèn)建設用地指標越來越緊張，很多城市選擇修建高架快速路來緩解居民出行難的問題。近年來，國家大力倡導綠色可持續(xù)發(fā)展、大力發(fā)展預制拼裝建造方式，越來越多城市高架橋采用大懸臂蓋梁柱式墩+預制小箱梁這種結構形式。

1 總體設計要點

1.1 道路橫斷面

雙向六車道、設計速度80 km/h 的城市高架快速路典型橫斷面布置見圖1，上下行各設置一個大型車道，中分帶護欄采用SAm 級混凝土護欄，橋寬一般為25.6 m，地面路中央分隔帶寬度為8 m。

圖1 高架快速路標準段典型橫斷面/cm

上下口范圍的路面往往單側或雙側加寬，當加寬值較大，需增設邊墩，見圖2。邊墩一般放置于側分帶中，立柱應盡量平行于道路設計線一條線布置，有規(guī)律的重復變化，形成韻律、節(jié)奏，易于組織地面交通[1]。

圖2 高架上下口區(qū)段典型橫斷面/cm

1.2 橋墩布置

根據《城市道路路線設計規(guī)范》（CJJ193—2012）[2]要求，中分帶或側分帶布置的橋墩距離路緣石內邊緣距離應≮25 cm。為盡可能減小蓋梁懸臂長度，在滿足建筑限界要求的前提下，應盡可能增大墩柱間距。

承臺平面不宜伸入地面路機動車道范圍內，以避免路基強度剛度差異導致的不均勻沉降，當條件受限，可以加大承臺埋深，一般≮1.5 m，還應滿足管線管布設要求[3]。

1.3 橋墩與蓋梁形式

墩柱采用花瓶墩，曲線在視覺上更生動柔和，所表現的活力和動勢給人一種輕巧飄逸的感覺[1]，也可減小蓋梁懸臂長度，有利于蓋梁的整體受力，但應注意墩柱頂部外傾后是否侵入地面道路建筑限界。另如，外傾過大，墩柱在恒載下會產生較大橫向彎矩，必要時設置墩柱中系梁。

如果采用平頭蓋梁，其梁高大、視覺效果較差；倒T 蓋梁大部分結構高度隱藏于上部結構中，不僅有效降低結構的建筑高度，節(jié)約投資，而且極大地削減蓋梁的視覺體量，景觀效果較好。設計時應控制構造尺寸和配置牛腿加強鋼筋，可按照偏心受拉構件驗算牛腿承載力及裂縫寬度[4]。

2 構造細節(jié)與計算要點

2.1 蓋梁構造設計

倒T 型橫斷面典型圖見圖3。

圖3 倒T 型橫斷面

圖3中：h1 和bw—倒T腹板高度和寬度，cm；h2 和bf—支撐寬度和高度，cm；e—蓋梁偏心值，cm；F1 和F2—上部結構支反力，kN；Db和Dh—蓋梁底部倒角，cm；a和b—上部反力與蓋梁中心距，cm。

腹板厚度bw一般不受抗剪要求控制[5]，通常根據鋼束布置確定。鋼束型號不宜過大，不宜設置平彎以方便施工，同時應注意端部張拉空間要求。如布置橫向3 排鋼束，bw可采用130 cm。雖然腹板越寬對橋面連續(xù)的受力越有利，但也不是越大越好，標準雙柱蓋梁腹板寬度每增加10 cm，蓋梁重量增大約20 t，如采用預制裝配法施工，則運輸吊裝難度都將加大。

翼緣寬度bf，根據抗震措施要求確定。根據規(guī)范[6-7]對搭接寬度的要求，最低要求差值=（50+0.1L+0.8H+0.5Lk）-（70+0.5Lk）=（0.1L+0.8H）-20，聯長L越長，墩高H越大，所需的搭接寬度越大，當墩高15 m，聯長90 m 時，兩者相當。對于常規(guī)30 m 簡支橋面小箱梁、墩高10 m、聯長120 m，bf≥（50+0.1×120+0.8×10+0.5×30+8）cm=93 cm，可取為95 cm。

h1 一般取梁高與支撐高度之和，h2 在蓋梁端部根據牛腿受力確定，對于跨徑30 m 簡支小箱梁，則h1=（160+30）cm=190 cm，h2 在蓋梁端部一般≮100 cm；在蓋梁中部，蓋梁總高度h1+h2 根據蓋梁整體受力計算確定。

當跨越路口或管線等障礙物時，往往采用不同的跨徑或結構形式，當恒載反力差值較大時，須設置縱向偏心，一般原則為蓋梁兩側恒載反力導致的墩柱彎矩M=0，得到e=（F1×b-F2×a）/（F1+F2），墩柱偏向反力較大的一側。

2.2 計算要點分析

墩臺蓋梁與柱宜按照剛架計算，跨高比＜5 時，屬于深受彎構件[8]。施工期間和汽車活載作用導致的扭轉剪應力較小，蓋梁計算不再考慮扭轉影響，受力模式主要以彎剪為主[9]；實體模型及梁單元模型計算結構應力分布總體相同，采用桿系結構基本可以滿足要求[10]，蓋梁一般按照部分預應力A 類構件設計。

2.2.1 施工過程分析、鋼束分批次張拉

通過計算分析，如果架梁前一次性張拉所有鋼束，蓋梁下緣拉應力將達到3.74 MPa；蓋梁自重導致的結構內力較小，僅占20%左右，同時考慮施工便利性，鋼束分兩批次張拉較為合理，各階段的蓋梁上下緣應力見表1。

表1 各施工階段蓋梁上下緣應力

2.2.2 溫度梯度影響

倒T 蓋梁頂緣較寬，一般取1.2 ～1.5 m 左右，直接接受日照，截面沿高度方向存在溫差的影響，應按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D0—2015）[11]考慮梯度溫度效應。蓋梁計算不考慮溫度梯度時上緣的頻遇組合應力為1.48 MPa（壓），考慮時蓋梁上緣的頻遇組合應力為-0.08 MPa（拉），不考慮溫度梯度偏不安全。

2.2.3 基礎變位影響

對于雙柱墩一般共用一個承臺，承臺整體剛度角度，可以忽略沉降影響。對于三柱或四柱墩，柱間距達17 m，上部梁板荷載的分布差異較大、基礎剛度也不同，應適當考慮支座沉降影響。對于典型四柱式橋墩，邊墩沉降導致的蓋梁中支點上緣產生2.39 MPa 拉應力，中墩沉降在蓋梁中支點下緣產生2.08 MPa 拉應力。

溫度梯度和基礎變位對蓋梁（尤其是非標準三柱或四柱橋墩蓋梁）影響非常大，設計中應充分考慮。邊墩盡量采用支座與蓋梁連接，以減小次內力，但應做好限位措施。

3 結語

大懸臂倒T 蓋梁的部分結構高度隱藏在上部結構中，不僅降低結構建筑高度、節(jié)約造價，而且景觀效果較好，該種結構形式在城市高架快速路中很有競爭力。