摘要：本文根據(jù)不同跨高比(L/H)對(duì)橋梁墩臺(tái)蓋梁的受力特性進(jìn)行分析，研究蓋梁不同跨高比下跨中截面與支點(diǎn)截面的應(yīng)變分布情況及變化，提出蓋梁設(shè)計(jì)計(jì)算的合理方法，為工程技術(shù)人員提供參考。
　　關(guān)鍵詞：橋梁;蓋梁;高跨比;應(yīng)變分布
　　Abstract: This paper analyzes bridge pier cap beam based on the Mechanical Characteristics of Different Span (L / H), studies cover beam across a high-than under the cross in the middle section of the fulcrum cross-section of the strain distribution and changes proposed capping beam reasonable method of design calculations, to provide a reference for engineering and technical personnel.
　　Key words: bridge; capping beam; span ratio; strain distribution
　　中圖分類號(hào) : K928.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
　　1 引言
　　蓋梁是一個(gè)承上啟下的重要構(gòu)件，它聯(lián)結(jié)著橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，并將上部結(jié)構(gòu)的恒載和活載引起的支反力通過(guò)自身的內(nèi)力分配傳遞到下部結(jié)構(gòu)的橋墩和樁基礎(chǔ)中。目前，在橋梁墩臺(tái)蓋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往忽視蓋梁受力特性，常常采用程序化的設(shè)計(jì)軟件或是簡(jiǎn)單的計(jì)算方法完成各種蓋梁的計(jì)算與設(shè)計(jì)，這不但造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)效應(yīng)，而且給蓋梁的安全性、可靠性及耐久性埋下了極大的隱患。
　　2 蓋梁的受力特征及計(jì)算模式
　　2.1 蓋梁受力特征
　　蓋梁的主要荷載是由其上梁體通過(guò)支座傳遞過(guò)來(lái)的集中力，蓋梁作為受彎構(gòu)件，在荷載作用下在各截面除了產(chǎn)生彎矩外，同時(shí)還承受著剪力的作用。此外，蓋梁在施工過(guò)程中和活載作用下，還會(huì)承受扭矩，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的數(shù)值很小并且不是永久作用，一般不用控制設(shè)計(jì)。實(shí)際計(jì)算中一般只考慮彎剪的組合，因?yàn)槿绻紤]彎、剪、扭三種內(nèi)力同時(shí)組合，需要進(jìn)行空間分析，計(jì)算工作會(huì)很繁瑣，而且實(shí)際意義也不大。因此可見(jiàn)蓋梁是一種典型的以彎剪受力為主的構(gòu)件。
　　2.2 蓋梁計(jì)算模式
　　《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)規(guī)定：墩臺(tái)蓋梁與柱應(yīng)按剛構(gòu)計(jì)算。當(dāng)蓋梁與柱的線剛度之比大于5時(shí)，雙柱式墩臺(tái)蓋梁可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，多柱式墩臺(tái)蓋梁可按連續(xù)梁計(jì)算。
　　由此可知蓋梁主要有兩種計(jì)算模式：雙懸臂簡(jiǎn)支梁(連續(xù)梁)計(jì)算模式和雙懸臂剛構(gòu)結(jié)構(gòu)計(jì)算模式。前者可忽略樁柱對(duì)蓋梁的約束作用， 近似按雙懸臂簡(jiǎn)支(連續(xù)) 梁計(jì)算。柱頂視為鉸支承， 柱對(duì)蓋梁的嵌固作用被完全忽略。這種計(jì)算模式是以往設(shè)計(jì)實(shí)踐中用得最多也最普遍的一種。后者考慮了立柱剛度對(duì)蓋梁的影響，蓋梁與柱呈剛架結(jié)構(gòu)，此種計(jì)算模式為超靜定結(jié)構(gòu)，可用平面桿系程序或有限元軟件進(jìn)行電算。
　　3 蓋梁示例計(jì)算分析
　　某雙柱式橋墩蓋梁長(zhǎng)11.5米，柱間距7.1米，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)2.2米，蓋梁寬度為1.9米，蓋梁計(jì)算模型如圖1所示。
　　本算例利用MIDIANS6.71按照第一種計(jì)算模式，根據(jù)不同跨高比，分別建立有限元模型，然后繪出梁高分別為1.4米、1.7米、2.4米和3.5米時(shí)蓋梁跨中、支點(diǎn)截面的應(yīng)變曲線，研究跨高比(L/H)對(duì)蓋梁受力特性的影響。
　　(1)跨高比L/H=5.07(梁高=1.4米)時(shí)，蓋梁跨中和支點(diǎn)截面的應(yīng)變計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
　　表1 蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

計(jì)算點(diǎn)編號(hào)	距截面底緣距離(cm)	跨中截面應(yīng)變	支點(diǎn)截面應(yīng)變
1	140	-0.4435E-04	0.6328E-04
2	126	-0.3026E-04	0.4999E-04
3	112	-0.2212E-04	0.3882E-04
4	98	-0.1326E-04	0.2354E-04
5	84	-0.6001E-05	0.1543E-04
6	70	0.1234E-05	0.6547E-05
7	56	0.7984E-05	-0.4136E-05
8	42	0.1234E-04	-0.1563E-04
9	28	0.2128E-04	-0.2967E-04
10	14	0.3781E-04	-0.4134E-04
11	0	0.4509E-04	-0.5657E-04

　　根據(jù)表1的計(jì)算數(shù)據(jù)繪出的蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變分布圖如圖2所示。
　　從圖2可以看出，跨高比L/H=5.07時(shí)，蓋梁的正截面應(yīng)變分布自頂面到底面的分布不再是直線了，也就是說(shuō)不符合平截面假定，但是正截面應(yīng)變的曲線化并不是很明顯。
　　(2)跨高比L/H=4.17(梁高=1.7米)時(shí)，蓋梁跨中和支點(diǎn)截面的應(yīng)變計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
　　表2 蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

計(jì)算點(diǎn)編號(hào)	距截面底緣距離(cm)	跨中截面應(yīng)變	支點(diǎn)截面應(yīng)變
1	170	-0.3089E-04	0.4837E-04
2	153	-0.2341E-04	0.3568E-04
3	136	-0.1567E-04	0.2773E-04
4	119	-0.7784E-05	0.2002E-04
5	102	-0.2468E-05	0.1446E-04
6	85	0.2013E-05	0.7661E-05
7	68	0.5945E-05	0.1304E-05
8	51	0.1087E-04	-0.6325E-05
9	34	0.1626E-04	-0.1593E-04
10	17	0.2267E-04	-0.2678E-04
11	0	0.3001E-04	-0.3981E-04

　　根據(jù)表2的計(jì)算數(shù)據(jù)繪出的蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變分布圖如圖3所示。
　　從圖3可以看出，跨高比L/H=4.17時(shí)，蓋梁的正截面應(yīng)變分布不符合平截面假定，并且正截面應(yīng)變分布曲線化要比跨高比L/H=5.07時(shí)更加明顯。
　　(3)跨高比L/H=2.92(梁高=2.4米)時(shí)，蓋梁跨中和支點(diǎn)截面的應(yīng)變計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
　　表3 蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

計(jì)算點(diǎn)編號(hào)	距截面底緣距離(cm)	跨中截面應(yīng)變	支點(diǎn)截面應(yīng)變
1	240	-0.1836E-04	0.3002E-04
2	216	-0.1184E-04	0.2264E-04
3	192	-0.7049E-05	0.1730E-04
4	168	-0.3247E-05	0.1320E-04
5	144	-0.5167E-06	0.1037E-04
6	120	0.1579E-05	0.8123E-05
7	96	0.3694E-05	0.5268E-05
8	72	0.6044E-05	0.1078E-05
9	48	0.8895E-05	-0.5057E-05
10	24	0.1298E-04	-0.1386E-04
11	0	0.1956E-04	-0.2378E-04

　　根據(jù)表3的計(jì)算數(shù)據(jù)繪出的蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變分布圖如圖4所示。
　　從圖4可以看出，跨高比L/H=2.92時(shí)，蓋梁的正截面應(yīng)變分布已經(jīng)呈現(xiàn)出非常明顯的非線性了，而且截面應(yīng)變曲線的曲率變化比較大。
　　(4)跨高比L/H=2.0(梁高=3.5米)時(shí)，蓋梁跨中和支點(diǎn)截面的應(yīng)變計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。
　　表4 蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

計(jì)算點(diǎn)編號(hào)	距截面底緣距離(cm)	跨中截面應(yīng)變	支點(diǎn)截面應(yīng)變
1	350	-0.1684E-04	0.2799E-04
2	315	-0.1073E-04	0.2125E-04
3	280	-0.5885E-05	0.1557E-04
4	245	-0.2523E-05	0.1284E-04
5	210	-0.1923E-06	0.1063E-04
6	175	0.1614E-05	0.8591E-05
7	140	0.3269E-05	0.6325E-05
8	105	0.5456E-05	0.2784E-05
9	70	0.7868E-05	-0.3057E-05
10	35	0.1167E-04	-0.1224E-04
11	0	0.1642E-04	-0.2293E-04

　　根據(jù)表4的計(jì)算數(shù)據(jù)繪出的蓋梁跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變分布圖如圖5所示。
　　從圖5可以看出，跨高比L/H=2.0時(shí)，蓋梁的正截面應(yīng)變已經(jīng)呈現(xiàn)出非常明顯曲線性了，而且截面應(yīng)變曲線的曲率變化非常明顯。
　　由計(jì)算結(jié)果可知，公路橋梁墩臺(tái)蓋梁的跨高比L/H在2.0～5.0之間時(shí)，蓋梁的跨中、支點(diǎn)截面的應(yīng)變分布已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的非線性，不再符合乎截面假定了;當(dāng)跨高比L/H≥5的時(shí)候，蓋梁的正截面應(yīng)變基本上呈直線分布，應(yīng)變分布的非線性并不明顯。但是隨著跨高比L/H的不斷減小，截面應(yīng)變的非線性分布會(huì)越來(lái)越明顯。在實(shí)際工程中，公路橋梁墩臺(tái)蓋梁的跨高比L/H大多都在3～5之間，蓋梁的截面應(yīng)變的分布已經(jīng)不符合平截面假定，因此，不能按一般梁的計(jì)算方法設(shè)計(jì)這類構(gòu)件，必須采用深梁的計(jì)算方法或是有限元軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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