第３期（总第１７３期） ２０１４年６月 中圄，放＝ ＣＨＩＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｎｏ．３（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１ ７３） Ｊｕｎ ２Ｏ１４ ＤＯＩ：１ ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００４－４６５５．２０１ ４．０３．００９ 柱式桥墩盖梁多种结构计算模型的探讨 张彦 （南京万通城市建设设计咨询有限公司，江苏南京２１００３６） 摘要：柱式桥墩盖梁具有外形简洁、受力明确、施工便利、造价相对较低等显著优点，目前在公路桥梁和城市桥 梁中被广泛采用。在设计计算时发现，同样的柱式桥墩盖梁按照不同的结构计算模型进行计算，结果有差异。通 过对不同计算模型的计算结果进行比较分析，能更好地掌握柱式桥墩盖梁的受力特点，为设计提供支撑。 关键词：桥墩盖梁：计算模型：双柱式；多柱式 中图分类号：Ｕ４４３．２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１ ００４—４６５５（２０１ ４）０３—００２２—０３ 柱式桥墩是由分离的２根或多根立柱（或桩 柱）所组成，具有外形简洁、受力明确、施工便利、 形成刚构模型进行计算。当采用刚构模型进行计 算时，由于缺少桥墩基础的相关资料或为求计算 简便，部分设计人员常将边界条件按柱底刚性约 造价相对较低等显著优点，目前在公路桥梁和城 市桥梁中被广泛采用。采用装配预制结构（如空 束进行考虑。若考虑到基础周边土体对基础的作 心板、Ｔ梁和小箱梁）时，一般设置盖梁作为支承 用，将柱底按照弹性约束，则盖梁的计算结果会 上部结构，将全部荷载传递给下部结构，此时桥 更精确。为研究几种计算模型计算结果之间的差 墩在横桥向由盖梁与柱（桩）组成框架结构。对 于桥墩盖梁简化在设计计算时发现，同样的柱式 桥墩盖梁按照不同的结构计算模型进行计算，结 异情况以及盖梁与柱的线刚度之比对盖梁受力的 影响情况，本文针对双柱式桥墩盖梁和三柱式桥 墩盖梁，进行计算分析比较。 ２双柱式桥墩盖梁的计算和分析 果有差异。通过对不同计算模型的计算结果进行 比较分析，能更好地掌握柱式桥墩盖梁的受力特 点，为设计提供帮助。 某双柱式钢筋混凝土桥墩盖梁，盖梁为矩形截 面，盖梁宽度为１ ６００ ｍｍ，盖梁高度为１ ２００ ｍｍ， 立柱圆形截面直径Ｄ＝１ ０００ ｍｍ，立柱高度取 １ １０ ｍ，盖梁和立柱均采用Ｃ３０混凝土（见图１）。 １规范对柱式桥墩盖梁计算的要求 根据ＪＴＧ Ｄ６２－－２００４《公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范》第８．２．１条：墩台盖梁与 柱应按刚构计算。当盖梁与柱的线刚度之比＞５时， 上部恒载对盖梁的作用为均布荷载２００ ｋＮ／ｍ，活 载对盖梁的作用为２列车，每列车盖梁所受的支反 双柱式墩台盖梁可按简支梁计算，多柱式墩台盖梁 力为３００ ｋＮ。柱底按照弹性约束计算时，水平向弹 可按连续梁计算。 性系数取４ ｘ １０ ｋＮ／ｍ，竖向弹性系数取２ ｘ １０。ｋＮ／ｍ， 按照规范要求，对于柱式墩台盖梁的计算，当 盖梁与柱的线刚度之比＞５时可按简支梁或连续 转动弹性系数取２ ｘ １０ ｋＮ・ｍ／ｒａｄ。 梁计算，这时盖梁的内力不受立柱材料和尺寸的 影响，且为静定结构计算，最为简便。但当盖梁 与柱的线刚度之比＜５时，规范要求不能忽略立 柱对盖梁的约束作用，须将立柱与盖梁一起模拟 图１双柱式桥墩盖梁构造图 收稿日期：２０１４—０１—２４ 经过计算，在不同立柱高度（盖梁与柱的线刚 度之比，以下同）的情况下按照不同计算模型所得 作者简介：张彦（１９８２一），男，工程师，本科，主要从事 桥梁设计工作。 ２２ 中圄彳盛ｚ 的盖梁控制截面的内力见表１。 张彦：柱式桥墩盖梁多种结构计算模型的探讨 ２０１ ４年第３期 ５）盖梁柱顶最大负弯矩，按照刚构（柱底弹 性约束）模型进行计算的结果始终大于按简支梁模 型进行计算的结果，而小于按照刚构（柱底刚性约 束）模型进行计算的结果。 表１双柱式桥墩盖梁计算结果 立柱 盖梁 盖梁跨中最大正弯 盖梁柱顶最大负弯矩 盖梁线 与柱 矩／ｋＮ・ｍ ，ｋＮ・ｍ 柱 线刚 的线 按 按刚构 按刚构 按刚构 按刚构 高 刚度／ 度／ 简 （柱底 （柱底 按简 ｆ柱底 （柱底 ＨｉｋＮ・ｍ 刚度 ｍ ｋＮ・ｍ 之比 支 刚性约 弹性约 支梁 刚性约 弹性约 梁 束） 束） 束） 束１ Ｌ ６）随着立柱高度变大，３种计算模型计算结 果误差逐渐变小。 ７）当立柱高度较小时，按照刚构（柱底弹性 约束）模型进行计算的结果与按照刚构（柱底刚性 １ ２ １ ４７２．６ ０．９８ ７３６．３ １．９６ ５８３ ６２２ ７９６ ７８７ －９７６ －８０１ －９５２ —８０１ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ４９０．９ ２．９３ ３６８．２ ３．９１ １ ４４０．０ ２９４．５ ４．８９ ２４５．４ ５．８７ ２１０．４ ６．８４ １８４．１ ７．８２ ６６２ ６９１ ８２３ ７１２ ７２７ ７３９ ７４９ ７７８ ７７２ ７７０ ７７０ ７７１ ７７４ －９３１ 一ｇ２５ —９１Ｏ －８３８ －８０１ －８９４ －８４８ －８８２ －８５０ －８７３ －８４０ －８６６ －８１４ 约束）模型进行计算的结果之间的误差也较大，有 时大于按照刚构（柱底弹性约束）模型进行计算的 结果与按简支梁模型进行计算的结果之间的误差。 ３三柱式桥墩盖梁的计算结果与比较 某三柱式钢筋混凝土桥墩盖梁，盖梁为矩形截 ９ ｌＯ １６３．６ ８＿８０ １４７．３ ９．７８ ７５６ ７６２ ７７６ ７７９ －８６０ －８３８ －８５５ －８３６ 通过对计算结果比较分析，总结如下。 面，盖梁宽度为１ ６００ ｍｍ，盖梁高度为１ ２００ ｍｍ， １）双柱式桥墩盖梁按照简支梁模型进行计算 立柱为圆形截面Ｄ＝１ ０００ ｍｍ，立柱高度取１ １０ ｍ， 时，盖梁内力不受立柱高度的影响，保持不变。 盖梁和立柱均采用Ｃ３０混凝土（见图２）。上部恒 ２）双柱式桥墩盖梁按照刚构（柱底刚性约束） 载对盖梁的作用为均布荷载２００ ｋＮ／ｍ，活载对盖 模型进行计算时，盖梁内力受立柱高度的影响变化 梁的作用为三列车，每列车盖梁所受的支反力为 较大，跨中最大正弯矩随立柱高度变大而变大，盖 梁柱顶最大负弯矩随立柱高度变大而变小。 ３００ ｋＮ。柱底按照弹性约束计算时，水平向弹性系 数取４×１０ ｋＮ／ｍ，竖向弹性系数取２×１０ ｋＮ／ｍ， ３）双柱式桥墩盖梁按照刚构（柱底弹性约束） 转动弹性系数取２×１０ ｋＮ・ｍ／ｒａｄ。 模型进行计算时，盖梁内力受立柱高度的影响变化 较小，盖梁跨中最大正弯矩随立柱高度变大先变小 后略有增大，柱顶最大负弯矩随立柱高度变大先变 大后变小，然后又变大。 ４）盖梁跨中最大正弯矩，按照刚构（柱底弹 性约束）模型进行计算的结果始终小于按简支梁模 图２三柱式桥墩盖梁构造图 型进行计算的结果，而大于按照刚构（柱底刚性约 束）模型进行计算的结果。 经过计算，得出在不同立柱高度的情况下按照 不同计算模型所得的盖梁控制截面的内力见表２。 表２三柱式桥墩盖梁计算结果 立柱高 盖梁线 刚度／ Ｈ／ｍ １ ２ ３ ４ ５ ６ ｌ ５３６．０ 立柱线 盖梁与杜 盖梁跨中最大正弯矩／ｋＮ・Ｉｎ 盖梁边柱顶最大负弯矩／ｋＮ・ｒｆｌ 盖梁中柱顶最大负弯矩／ｋＮ・ｍ 刚度， 的线刚度 ｋＮ・ｒｆｌ １ ４７２．６ ７３６．３ ４９０．９ ３６８．２ ２９４．５ ２４５－４ 按刚构 按刚构 按刚构 按刚构 按刚构 按刚构 ｋＮ・ｉｎ 之比 １．０４ ２．０９ ３．１３ ４．１７ ５．２２ ６２６ ．按连续梁 （柱底刚 ｆ柱底弹 按连续梁 （柱底刚 ｆ柱底弹 按连续梁 （柱底刚 （柱底弹 性约束） 性约束） ５２０ ５４８ ５７８ ６０３ ６２４ ６１８ ６４０ ７４１ ７４１ ７４５ ７４３ ７５０ ７５１ －７３１ 性约束１ 性约束） －７８５ －７９６ －７９８ －８０１ －７９７ －７９４ －７４６ －７５３ －７６７ －７７１ －７８０ －７８２ －９９２ 性约束１ 性约束１ －８９７ －８５９ －８３７ —８１５ －７９４ －７７１ —７０９ －７０７ —７ｏ４ －７１４ －７２０ －７２７ ７ ８ ９ １０ ２１Ｏ．４ １８４．１ ｌ６３．６ １４７．３ ７３Ｏ ８．３４ ９－３９ １０．４３ ６５９ ６８０ ６８５ ７０７ ７５９ ７７２ ７７５ ７８７ －７９１ －７８８ －７８６ －７８４ －７８１ —７８０ －７７８ －７７３ －７４９ －７２７ －６２８ －６１２ －７３３ －７３９ －７４６ －７４２ ２３ 中圄彳盛工 张彦：柱式桥墩盖梁多种结构计算模型的探讨 果误差并没有逐渐变小。 ２Ｏ１ ４年第３期 通过对计算结果比较分析，总结如下。 １）三柱式桥墩盖梁按照连续梁模型进行计算 时，盖梁内力不受立柱高度的影响，保持不变。 ８）按照刚构（柱底弹性约束）模型计算的结 果与按照刚构（柱底刚性约束）模型计算的结果之 间误差并不小于按照刚构（柱底弹性约束）模型计 ４结语 ２）三柱式桥墩盖梁按照刚构（柱底刚性约束） 较大，盖梁跨中最大正弯矩随立柱高度变大而变 大，盖梁边柱顶最大负弯矩随立柱高度变大先变大 而变小。 模型进行计算时，盖梁内力受立柱高度的影响变化 算的结果与按连续梁模型计算的结果之间的误差。 不管是双柱式墩台盖梁，还是多柱式墩台盖梁， 于柱式墩台盖梁的实际受力状况的，因此其计算结 后又变小，盖梁中柱顶最大负弯矩随立柱高度变大 按照刚构（柱底弹性约束）计算模型计算是最接近 ３）三柱式桥墩盖梁按照刚构（柱底弹性约束） 果是最精确的；而按照刚构（柱底刚性约束）模型 模型进行计算时，盖梁内力受立柱高度的影响变化 计算虽然考虑立柱对盖梁的约束作用，但将柱底约 较小，盖梁跨中最大正弯矩随立柱高度变大而变 束的弹性系数视为无穷大，未准确考虑基础周边土 大，盖梁边柱顶最大负弯矩随立柱高度变大先变大 体对基础的作用，计算表明按照刚构（柱底刚性约 后略有变小，盖梁中柱顶最大负弯矩随立柱高度变 束）模型计算的结果与按照刚构（柱底弹性约束） 大而变大。 模型计算的结果之间会产生较大的误差。因此，不 ４）盖梁跨中最大正弯矩，按照刚构（柱底弹 考虑基础具体情况而将柱底设为刚性约束计算是很 性约束）模型进行计算的结果始终大于按照其他 不合理的。笔者建议在进行柱式墩台盖梁计算时， ２种计算模型进行计算的结果，在立柱高度较小时， 为获得比较可靠的计算结果，应尽可能按照刚构 弹性系数应尽量与工程实际情况吻合。 特别提醒：根据计算分析结果，双柱式桥墩盖 按照刚构（柱底刚性约束）模型计算的结果小于按 （柱底弹性约束）模型计算，立柱高度和柱底约束 连续梁模型进行计算的结果，但在立柱高度较大 时，按照刚构（柱底刚性约束）模型计算的结果大 于按连续梁模型进行计算的结果。 ５）盖梁边柱顶最大负弯矩，按照刚构（柱底 梁随着立柱高度变大，几种计算模型结果误差逐渐 变小，当盖梁与柱的线刚度之比＞５时，根据规范 弹性约束）模型计算的结果始终大于按连续梁模型 计算的结果，而小于按照刚构（柱底刚性约束）模 型计算的结果。 ６）盖梁中柱顶最大负弯矩，按照连续模型计 采用双柱式桥墩盖梁按简支梁计算是基本满足要求 的。但三柱式桥墩盖梁随着立柱高度变大，３种计 算模型计算结果误差并没有逐渐变小，当盖梁与柱 的线刚度之比＞５时，如果多柱式桥墩盖梁选择按 算的结果始终大于按照其他２种计算模型计算的结 连续梁进行计算须慎重。果，在立柱高度较小时，按照刚构（柱底刚性约束） 另外，由于双柱式桥墩盖梁跨中最大正弯矩按 模型计算结果大于按刚构（柱底弹性约束）模型计 照简支梁计算的结果始终大于按照刚构模型计算的 算的结果，但在立柱高度较大时，按照刚构（柱底 结果，使不少设计人员误认为多柱式桥墩盖梁也是 刚性约束）模型计算结果小于按刚构（柱底弹性约 如此。如果设计中误认为多柱式桥墩盖梁下缘主筋 束）模型计算的结果。 ７）随着立柱高度变大，３种计算模型计算结 按照连续梁的计算结果进行配置是绝对安全的，会 很危险，请设计人员注意此问题。 ２４