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蓋梁的平面簡(jiǎn)化

1 關(guān)于蓋梁平面基本簡(jiǎn)化的規(guī)定

《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)》中規(guī)定： 多柱式墩臺(tái)的蓋梁可近似地按多跨連續(xù)梁計(jì)算；對(duì)于雙柱式墩臺(tái)，當(dāng)蓋梁的剛度與柱的剛度之比大于5時(shí)，可忽略樁柱對(duì)蓋梁的約束作用，近似地按簡(jiǎn)支（懸臂）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)算圖式是以往設(shè)計(jì)實(shí)踐中用得很多、很普遍的一種。目前一些蓋梁計(jì)算程序，如“中小橋涵CAD系統(tǒng)”等一些平面計(jì)算的軟件，基本上都是采用這種簡(jiǎn)化計(jì)算模式來(lái)分析蓋梁內(nèi)力的，這是一種基本的簡(jiǎn)化模式，但是對(duì)計(jì)算結(jié)果一般要作削峰處理。

2 蓋梁平面基本簡(jiǎn)化模式存在的問(wèn)題

上述的簡(jiǎn)化模式有些粗糙且有一定的局限性，使得計(jì)算結(jié)果偏大，按此進(jìn)行的配筋設(shè)計(jì)往往過(guò)于保守。對(duì)于獨(dú)柱式蓋梁，常規(guī)的計(jì)算方法是將其視為一端嵌固的單懸臂梁，該簡(jiǎn)化使得懸臂根部的彎矩計(jì)算結(jié)果偏大；對(duì)于雙柱式蓋梁按簡(jiǎn)支（懸臂）梁計(jì)算，使得跨中彎矩計(jì)算結(jié)果明顯偏大。而當(dāng)蓋梁的剛度與柱的剛度之比小于5時(shí)， 《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)》并未做明確說(shuō)明。該簡(jiǎn)化模式的問(wèn)題在于將墩柱與蓋梁的連接等效成點(diǎn)支撐，將墩梁框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等效為簡(jiǎn)支（懸臂）梁來(lái)處理。這雖然使計(jì)算得到簡(jiǎn)化，但與實(shí)際結(jié)果偏差過(guò)大。而且無(wú)論墩柱尺寸及蓋梁尺寸如何，皆按簡(jiǎn)支（懸臂）梁來(lái)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(wèn)題。現(xiàn)在有一種修正的計(jì)算方法是將單點(diǎn)鉸支模型轉(zhuǎn)化為兩點(diǎn)鉸支模型，此時(shí)墩頂負(fù)彎矩要比基本的簡(jiǎn)化模式（單點(diǎn)鉸支模型）小，以達(dá)到削峰處理的作用。兩點(diǎn)鉸支模型的彎矩值與所模擬的兩鉸支點(diǎn)間的距離有關(guān)，但對(duì)這個(gè)距離目前還缺乏足夠的依據(jù)。這種計(jì)算方法現(xiàn)在多用在獨(dú)柱式蓋梁的計(jì)算上，對(duì)于雙柱式及多柱式蓋梁，因計(jì)算結(jié)果差別很大，是不可取的。

3 平面簡(jiǎn)化的其他方法—整體圖式法

本方法屬于平面計(jì)算圖式，但是屬于超靜定結(jié)構(gòu)，手算比較繁瑣，一般采用平面計(jì)算程序如“橋梁綜合計(jì)算程序”，將墩柱及蓋梁一起模擬，形成整體圖式進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)墩柱與蓋梁可以看成是一個(gè)平面剛架，邊界條件可以簡(jiǎn)化為固端支承，將墩柱范圍的區(qū)域考慮為受力而不變形的“剛域”。這種計(jì)算結(jié)果與空間計(jì)算結(jié)果比較接近，因?yàn)樯w梁空間的計(jì)算都是整體圖式的。如果考慮了基礎(chǔ)周?chē)�介質(zhì)（土體）對(duì)基礎(chǔ)的作用， 較準(zhǔn)確地模擬出彈性支承，則蓋梁計(jì)算結(jié)果會(huì)更精確，但是計(jì)算量也會(huì)增加。以獨(dú)柱式蓋梁為例，筆者經(jīng)過(guò)計(jì)算比較得出：整體圖式法計(jì)算出的墩頂負(fù)彎矩，一般相當(dāng)于基本簡(jiǎn)化模式計(jì)算結(jié)果的75%左右。但是這個(gè)結(jié)果仍然是有峰值的，峰值往往比實(shí)際值大，而如果利用墩柱邊緣的數(shù)值往往又偏小。與實(shí)際受力接近的數(shù)值應(yīng)該在墩柱邊緣以?xún)?nèi)，位于墩柱中心與邊緣之間。

4 結(jié)論

蓋梁的幾何外形簡(jiǎn)單，且是以彎矩、剪力及軸力為主，受力特點(diǎn)明確。將它模擬成平面桿單元比模擬成空間體單元計(jì)算要簡(jiǎn)單許多，而且能滿足控制要求。空間計(jì)算結(jié)果雖然準(zhǔn)確，但是計(jì)算復(fù)雜，對(duì)于蓋梁計(jì)算必要性不大。采用蓋梁平面基本的簡(jiǎn)化模式進(jìn)行計(jì)算是較簡(jiǎn)單且比較實(shí)用的，但使用時(shí)要對(duì)局部區(qū)域的峰值如墩頂截面進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p削峰處理，因?yàn)樯w梁的實(shí)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(fèi)。蓋梁的剛度與柱的剛度之比越大，簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確。當(dāng)相對(duì)剛度比大于10時(shí)，誤差已經(jīng)控制在10%以?xún)?nèi)了，在精度要求不很高的結(jié)構(gòu)工程中是允許的，且偏于安全。此時(shí)可忽略樁柱對(duì)蓋梁的彈性約束作用，把蓋梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支或連續(xù)梁的型式。當(dāng)然，整體圖式法是計(jì)算較為準(zhǔn)確的平面簡(jiǎn)化計(jì)算方法，計(jì)算簡(jiǎn)單且符合實(shí)際，建議有條件時(shí)盡量采用。

武經(jīng)理：15689798884

孔經(jīng)理：18653701539

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