新旧规范墩台盖梁设计比较

曹 硕,常永振

(1. 浙江省交通规划设计研究院,浙江 杭州 310006；2.浙江中诚工程管理科技有限公司,浙江 杭州 310012)

墩台盖梁作为传递梁桥上部结构恒载和活载的重要承重构件,在常规预制梁桥中广泛使用。新版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 3362—2018)》(以下简称“新规”)已于2018年11月1日投入使用,其中对墩台盖梁的计算相比较于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62—2004)》(以下简称“旧规”)来说,既有继承,又有发展。本文首先介绍新旧规范对墩台盖梁计算的异同,然后结合工程实例,考察新旧规范计算墩台盖梁配筋的变化规律,旨在为新规实施后墩台盖梁的设计提供一定的参考[1]。

1 新旧规范对比

1.1 计算模式

新规规定“墩台盖梁与柱宜按刚架计算”，而旧规规定“除墩台盖梁与柱应按刚构计算外,在盖梁与柱的线刚度之比大于5时,双柱盖梁可简化为简支梁,多柱盖梁可简化为连续梁计算”。由文献[2]的计算结果可以看出,在盖梁与柱的线刚度之比大于5时,采用简化模式(简支梁或连续梁),由于“刚度效应”,跨中正弯矩比刚架模式要大,支点负弯矩比刚架模式要小,计算结果的误差都可以控制在10%以内,但这种误差会随着盖梁与柱的线刚度之比减小而增大。而在电算软件较为普及的当下,新规取消了盖梁的简化计算模式,使得盖梁的计算更为准确。

另外,旧规中对于盖梁按刚构计算时基础固结点并无规定,日常设计中常取桩顶作为固结点。新规中明确墩台盖梁按刚架计算时,等效固结点深度取为地面以下1.8/α,α为桩的变形系数,α具体计算可参见文献[3]中的附录P。考虑了桩顶的位移,新规中对固结点的规定更接近实际受力情况,也更为合理。

1.2 配筋计算

经对比,新旧规范对墩台盖梁正截面抗弯、抗剪和斜截面抗剪的计算完全一致。

但是,当盖梁悬臂部分存在外边梁,且外边梁作用点到柱边缘(圆形截面柱需换算成0.8倍直径的方形截面柱)的距离小于盖梁梁高时,即“短悬臂盖梁”,而这也是日常设计中较为普遍的情况,新规与旧规有较大区别。旧规规定,此时应按“撑杆-系杆体系”计算悬臂部分正截面抗弯承载力,按一般受弯构件计算抗剪承载力。而新规规定,这种情况应采用“拉压杆模型”计算。

具体来说,对于图1所示的短悬臂钢筋混凝土盖梁,旧规盖梁墩顶负弯矩抗弯承载力配筋公式为：

γ0Td≤fsdAS,Td=Fd(0.15h0+x)/h0

新规盖梁墩顶负弯矩抗弯承载力配筋公式为：

γ0Td≤fsdAS,Td=Fd(b/2+x)/(0.9h0)

其中：h0为盖梁有效高度;

AS为墩顶抗拉钢筋面积;

Fd为按基本组合算得的上部结构支座反力;

b为柱宽(圆柱为0.8倍柱径)；

x为盖梁悬臂竖向力作用点至柱边缘的距离。

图1 盖梁短悬臂模型

此外,因新规范中钢筋混凝土构件裂缝计算公式发生变化,新旧规范墩台盖梁裂缝配筋也不相同。而日常设计中,对盖梁配筋起控制作用的常常是裂缝配筋,因此,有必要对新旧规范墩台盖梁裂缝配筋作进一步的考察和分析。

2 新旧规范对盖梁配筋的影响

通过以上分析可以看出,新旧规范对墩台盖梁配筋计算的区别主要体现在两个方面：1)短悬臂盖梁负弯矩抗弯承载力配筋；2)盖梁裂缝配筋。下面参照国内东部已通车的某高速公路盖梁尺寸,考察新旧规范对盖梁配筋在这两方面的差异。

图2 桥墩盖梁构造

本项目预制T梁跨径包括25、30、35、40 m四种跨径,其桥墩盖梁构造见图2,选取典型跨径和柱径,将桥墩盖梁分类汇总(表1),其中d表示圆形墩柱直径,b=0.8d。

表1 盖梁尺寸参数表 mm

这四类盖梁中,盖梁与柱的线刚度之比均小于5,且均为短悬臂盖梁。为考察新旧规范对盖梁裂缝计算的区别,假定四类盖梁墩顶均采用30根直径28 HRB400钢筋,跨中均采用15根直径28 HRB400钢筋。对于盖梁墩顶和跨中裂缝,本文采用桥梁通软件建立计算模型,恒载主要考虑上部梁重，附属设施重量及盖梁自重,活载考虑以下主要工况：单列车对称布置及非对称布置，双列车及多列车对称布置及非对称布置,最后进行车道折减,计取最大值。通过桥梁通模型计算得到墩顶和跨中短期组合及长期组合弯矩值,分别根据新规和旧规手算得到盖梁墩顶和墩间跨中裂缝。四类盖梁计算得到的墩顶裂缝和跨中裂缝结果见表2。

表2 计算结果

由计算结果可以看出,新规计算出的短悬臂盖梁墩顶Td均远大于旧规,对25、30、35、40 m四种跨径,新规计算出的结果分别为旧规计算值的1.44、1.47、1.51、1.60倍。这主要是新旧规范计算模式的不同引起的,“拉压杆模型”比“撑杆-系杆模型”算得的配筋面积更大。

墩顶裂缝中,对25、30、35、40 m四种跨径,新规计算出的裂缝宽度分别是旧规的1.17、1.16、1.18、1.20倍。跨中裂缝中,对25、30、35、40 m四种跨径,新规计算出的裂缝宽度分别是旧规的1.30、1.32、1.32、1.34倍。新规范对旧规的裂缝计算公式进行了进一步的改进,在墩台盖梁同等受力和同样配筋的情况下,新规计算出的裂缝宽度更大。

3 结 语

通过以上分析可以看出,新规对墩台盖梁配筋计算的规定与旧规相比,主要有以下三方面的区别：

1)新规取消了旧规对盖梁与柱的线刚度之比大于5时的简化计算规定,而且明确规定了刚构计算基础固结点；

2)新规对短悬臂盖梁墩顶抗弯承载力的计算与旧规完全不同,而且计算出的配筋也比旧规大50%左右；

3)同样配筋情况下,新规计算的盖梁墩顶裂缝宽度比旧规要大20%左右,而盖梁墩间跨中裂缝宽度，新规比旧规要大30%左右。