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蓋梁的平面簡化

1 關于蓋梁平面基本簡化的規定

《公路橋涵設計手冊》中規定： 多柱式墩臺的蓋梁可近似地按多跨連續梁計算；對于雙柱式墩臺，當蓋梁的剛度與柱的剛度之比大于5時，可忽略樁柱對蓋梁的約束作用，近似地按簡支（懸臂）梁計算。柱頂視為鉸支承，柱對蓋梁的嵌固作用被完全忽略，這種計算圖式是以往設計實踐中用得很多、很普遍的一種。目前一些蓋梁計算程序，如“中小橋涵CAD系統”等一些平面計算的軟件，基本上都是采用這種簡化計算模式來分析蓋梁內力的，這是一種基本的簡化模式，但是對計算結果一般要作削峰處理。

2 蓋梁平面基本簡化模式存在的問題

上述的簡化模式有些粗糙且有一定的局限性，使得計算結果偏大，按此進行的配筋設計往往過于保守。對于獨柱式蓋梁，常規的計算方法是將其視為一端嵌固的單懸臂梁，該簡化使得懸臂根部的彎矩計算結果偏大；對于雙柱式蓋梁按簡支（懸臂）梁計算，使得跨中彎矩計算結果明顯偏大。而當蓋梁的剛度與柱的剛度之比小于5時， 《公路橋涵設計手冊》并未做明確說明。該簡化模式的問題在于將墩柱與蓋梁的連接等效成點支撐，將墩梁框架結構簡單等效為簡支（懸臂）梁來處理。這雖然使計算得到簡化，但與實際結果偏差過大。而且無論墩柱尺寸及蓋梁尺寸如何，皆按簡支（懸臂）梁來處理，使得其適用范圍受到限制。多柱式蓋梁也存在同樣的問題。現在有一種修正的計算方法是將單點鉸支模型轉化為兩點鉸支模型，此時墩頂負彎矩要比基本的簡化模式（單點鉸支模型）小，以達到削峰處理的作用。兩點鉸支模型的彎矩值與所模擬的兩鉸支點間的距離有關，但對這個距離目前還缺乏足夠的依據。這種計算方法現在多用在獨柱式蓋梁的計算上，對于雙柱式及多柱式蓋梁，因計算結果差別很大，是不可取的。

3 平面簡化的其他方法—整體圖式法

本方法屬于平面計算圖式，但是屬于超靜定結構，手算比較繁瑣，一般采用平面計算程序如“橋梁綜合計算程序”，將墩柱及蓋梁一起模擬，形成整體圖式進行計算。此時墩柱與蓋梁可以看成是一個平面剛架，邊界條件可以簡化為固端支承，將墩柱范圍的區域考慮為受力而不變形的“剛域”。這種計算結果與空間計算結果比較接近，因為蓋梁空間的計算都是整體圖式的。如果考慮了基礎周圍介質（土體）對基礎的作用， 較準確地模擬出彈性支承，則蓋梁計算結果會更精確，但是計算量也會增加。以獨柱式蓋梁為例，筆者經過計算比較得出：整體圖式法計算出的墩頂負彎矩，一般相當于基本簡化模式計算結果的75%左右。但是這個結果仍然是有峰值的，峰值往往比實際值大，而如果利用墩柱邊緣的數值往往又偏小。與實際受力接近的數值應該在墩柱邊緣以內，位于墩柱中心與邊緣之間。

4 結論

蓋梁的幾何外形簡單，且是以彎矩、剪力及軸力為主，受力特點明確。將它模擬成平面桿單元比模擬成空間體單元計算要簡單許多，而且能滿足控制要求。空間計算結果雖然準確，但是計算復雜，對于蓋梁計算必要性不大。采用蓋梁平面基本的簡化模式進行計算是較簡單且比較實用的，但使用時要對局部區域的峰值如墩頂截面進行適當的折減削峰處理，因為蓋梁的實際控制截面往往不在墩頂而在墩柱邊緣附近，這樣能避免造成較大的浪費。蓋梁的剛度與柱的剛度之比越大，簡化計算結果越準確。當相對剛度比大于10時，誤差已經控制在10%以內了，在精度要求不很高的結構工程中是允許的，且偏于安全。此時可忽略樁柱對蓋梁的彈性約束作用，把蓋梁簡化成簡支或連續梁的型式。當然，整體圖式法是計算較為準確的平面簡化計算方法，計算簡單且符合實際，建議有條件時盡量采用。

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