盖梁的平面简化

1 关于盖梁平面基本简化的规定

《公路桥涵设计手册》中规定： 多柱式墩台的盖梁可近似地按多跨连续梁计算；对于双柱式墩台，当盖梁的刚度与柱的刚度之比大于5时，可忽略桩柱对盖梁的约束作用，近似地按简支（悬臂）梁计算。柱顶视为铰支承，柱对盖梁的嵌固作用被完全忽略，这种计算图式是以往设计实践中用得zui多、zui普遍的一种。目前一些盖梁计算程序，如“中小桥涵CAD系统”等一些平面计算的软件，基本上都是采用这种简化计算模式来分析盖梁内力的，这是一种基本的简化模式，但是对计算结果一般要作削峰处理。

2 盖梁平面基本简化模式存在的问题

上述的简化模式有些粗糙且有一定的局限性，使得计算结果偏大，按此进行的配筋设计往往过于保守。对于独柱式盖梁，常规的计算方法是将其视为一端嵌固的单悬臂梁，该简化使得悬臂根部的弯矩计算结果偏大；对于双柱式盖梁按简支（悬臂）梁计算，使得跨中弯矩计算结果明显偏大。而当盖梁的刚度与柱的刚度之比小于5时， 《公路桥涵设计手册》并未做明确说明。该简化模式的问题在于将墩柱与盖梁的连接等效成点支撑，将墩梁框架结构简单等效为简支（悬臂）梁来处理。这虽然使计算得到简化，但与实际结果偏差过大。而且无论墩柱尺寸及盖梁尺寸如何，皆按简支（悬臂）梁来处理，使得其适用范围受到限制。多柱式盖梁也存在同样的问题。现在有一种修正的计算方法是将单点铰支模型转化为两点铰支模型，此时墩顶负弯矩要比基本的简化模式（单点铰支模型）小，以达到削峰处理的作用。两点铰支模型的弯矩值与所模拟的两铰支点间的距离有关，但对这个距离目前还缺乏足够的依据。这种计算方法现在多用在独柱式盖梁的计算上，对于双柱式及多柱式盖梁，因计算结果差别很大，是不可取的。

3 平面简化的其他方法—整体图式法

本方法属于平面计算图式，但是属于超静定结构，手算比较繁琐，一般采用平面计算程序如“桥梁综合计算程序”，将墩柱及盖梁一起模拟，形成整体图式进行计算。此时墩柱与盖梁可以看成是一个平面刚架，边界条件可以简化为固端支承，将墩柱范围的区域考虑为受力而不变形的“刚域”。这种计算结果与空间计算结果比较接近，因为盖梁空间的计算都是整体图式的。如果考虑了基础周围介质（土体）对基础的作用， 较准确地模拟出弹性支承，则盖梁计算结果会更精确，但是计算量也会增加。以独柱式盖梁为例，笔者经过计算比较得出：整体图式法计算出的墩顶zui大负弯矩，一般相当于基本简化模式计算结果的75%左右。但是这个结果仍然是有峰值的，峰值往往比实际值大，而如果利用墩柱边缘的数值往往又偏小。与实际受力接近的数值应该在墩柱边缘以内，位于墩柱中心与边缘之间。

4 结论

盖梁的几何外形简单，且是以弯矩、剪力及轴力为主，受力特点明确。将它模拟成平面杆单元比模拟成空间体单元计算要简单许多，而且能满足控制要求。空间计算结果虽然准确，但是计算复杂，对于盖梁计算必要性不大。采用盖梁平面基本的简化模式进行计算是zui简单且比较实用的，但使用时要对局部区域的峰值如墩顶截面进行适当的折减削峰处理，因为盖梁的实际控制截面往往不在墩顶而在墩柱边缘附近，这样能避免造成较大的浪费。盖梁的刚度与柱的刚度之比越大，简化计算结果越准确。当相对刚度比大于10时，误差已经控制在10%以内了，在精度要求不很高的结构工程中是允许的，且偏于安全。此时可忽略桩柱对盖梁的弹性约束作用，把盖梁简化成简支或连续梁的型式。当然，整体图式法是计算zui为准确的平面简化计算方法，计算简单且符合实际，建议有条件时尽量采用。

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