宝兰客运专线钢筋混凝土拱形门式墩盖梁的设计应用.pdf

安徽建筑 2 0 1 3年第 6期 ( 总 1 9 4期 ) f岂 一 _仁 C _ 卜 C 一 n 图 4 拱形 门式墩盖梁简化构造( m) 厂球 0 m m 均布荷载 h = 5 m 肛一 V 2 1 3 跨 中集 中力 h=3m ) m m V 一 跨 中集 中力 h = 5 m 问0 m m V 1 3跨中集中力 图 5 盖梁在外荷载下的弯矩图 图 6 盖梁圆弧段构造配筋示意图 究表明，短梁受力既不等同于深梁也与一般梁受力有较大差 别 ， 设计时应注意以下两点。 短梁受力特征类似于深梁。 据相关研究 1 _ ， 深梁的正截面 应变分布不再符合平截面假定， 跨高比越小， 这种现象越明显， 见图 3 。 根据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 ( J T GD 6 2 2 0 0 4 ) ( 以下称 公路混规 ) 有关条文解释， 盖梁跨高 比在 2 5之间时， 计算方法应按深受弯构件计算 ， 但其构造不 必按深梁的做特殊要求。 3 盖 梁设计 3 1盖梁尺寸的拟定 盖梁尺寸的拟定主要由外部条件和受力特点决定。 外部条件决定了盖梁的横向宽度， 控制条件主要有线路宽 度 、 桥梁跨度和桥下构筑物等， 然后综合考虑防落梁措施预埋 件尺寸， 是否设置围栏等因素， 拟定盖梁横向尺寸。 盖梁的受力特点决定了盖梁的断面尺寸。 铁路双柱墩盖梁 与墩身一般采用刚接， 相关研究资料 表明， 当盖梁截面刚度远 大于墩身刚度时， 横向地震作用下， 双柱墩塑性铰同时出现在 墩顶和墩底， 桥墩延性较差。当盖梁截面刚度与墩身刚度相差 不大时， 横向地震时， 双柱墩塑性铰先出现在墩底 ， 随荷载的增 加， 后出现在墩顶 ， 桥墩延性较好。所以盖梁尺寸拟定时， 盖梁 截面刚度应尽量与墩身刚度相差不大， 考虑圆弧段因素， 墩身 横桥向宽度可比盖梁跨中高度略大。 圆弧直径可取为跨中截面 高度的2倍左右， 两侧悬臂长度可根据最外侧支承垫石的位置 确定 ， 一般在 l m 2 m之间。 盖梁外廓还符合桥梁工程设计 的一般原理 ， 即视觉效果原 理， 一般来说 ， 看起来美观的构造， 结构受力一般也较合理。 3 2盖梁的计算 3 2 1 盖梁构造及简化 本文以新建兰州动车运用所李家沟大桥部分双柱墩设计 为基础， 简述双柱墩盖梁的设计计算过程。本桥位于动车运用 所咽喉区， 三线道岔梁桥， 桥墩处左侧为单线梁， 右侧为双线道 岔梁， 拟定桥墩尺寸见图3 ( 实体模型见图2 ) 。 为建模方便， 将圆弧段视为粱柱间的梗肋， 据 铁路桥涵钢 筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 ( T B 1 0 0 2 3 2 0 0 5 ) ( 以 下称 铁路混规 ) 4 3 1 条，将门式墩盖梁简化为图 4所示结 构 。 3 2 2盖梁受力特点的定性判断 结构建模时，考虑到墩身尺寸横向尺寸较宽且与盖梁固 结， 不能简单地将盖梁与墩身按节点固结处理来求算盖梁支点 截面内力， 为了较准确反映出盖梁截面内力特征， 运用 MI D A S 结构分析软件， 将简化后盖梁构造按实体模型建模 ， 分别计算 盖梁截面在单位均布荷载、集中荷载 ( 半跨 1 1 3 、 2 1 3处和跨中 处) 作用下结构内力 ， 考虑不同墩高情况下的内力变化， 结果见 图 5 。 由图 5可得 出以下结论 ： 外荷载相同的情况下， 盖梁跨中正截面承载力受墩高较 高的墩控制， 墩柱处盖梁正截面受墩高较低的墩控制 ； 需要注意的是， 与盖梁和墩柱中 fl , 以刚性节点连接的梁 单元结构模型相比， 盖梁截面内力最大值一般情况下并不出现 在墩柱中 fl , 处， 而是随着墩高的降低， 盖梁截面内力最大值位 置由墩柱中心附近逐渐过渡到墩柱内侧， 且两种模型最大值差 别较大 ， 差值可在 5倍以上， 墩高越高， 差别越大 ， 设计时需特 别注意。 3 2 3 盖梁抗弯抗剪计算 受弯构件正截面配筋设计可按下式计算： A e= 等 ( 1 ) 式中： 一计算弯矩( k N r f 1) 一 钢筋容许应力( k P a ) A 所需钢筋面积( m 2 ) z -_一内力偶臂f m ) 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 蛊 2 0 1 3年第 6期( 总 1 9 4期 ) 安徽建筑 _ _ I 一I l_ 一 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 一 按此公式计算时， 需注意以下两点： 按盖梁控制截面配筋时， 盖梁截面高度按简化后的模型 取 值； 深受弯构件不符合平截面假定， 内力臂较一般受弯构件 小，由于铁路相关规范中没有涉及到深受弯构件计算内容 ， 可 参考其他规范对 值进行折减。 混规 第 G 0 2条规定 ( 0 8 + 0 0 4 L h ) O o - O 5 x ) ( 式中 L h 为跨高比 为受压区高度) ， 在跨高比在 2 5时力偶臂折减系 数取为 0 8 8 1 0 ； 由 公路混规 第 8 2 4 条可知同样为深受弯 构件 的公路盖梁跨高 比在 2 5时力偶臂 折减系数取为 0 8 5 1 0 ， 本类铁路拱形门式墩盖梁跨高比一般在 2 3之间， 安 全计， 可取： 匀 偶臂折减系数 0 8 5 。 按 铁路混规 5 2 6条抗剪设计验算 ， T， 7 - 【 一 】 ( 2 ) 0厶 式中： _ 内力偶臂( m) ， 余字母意义见相关规范。 需要说明的有以下两点： O ) z值按前述方法折减； 大量试验结果表明， 影响深受弯构件斜截面抗剪载力的 主要因素为截面尺寸、 混凝土强度等级、 剪跨比、 荷载形式、 腹 筋配筋率等， 且斜截面的抗剪承载力主要由剪压区混凝土和箍 筋提供。若 ， 则应通过调整盖梁截面和加密箍筋间距 或调整箍筋强度满足抗剪要求 ， 纵筋及斜筋对抗剪承载力作用 影响不大。 3 3盖梁 的配筋 3 3 1 盖梁斜钢筋的设置 由前述可知， 设置斜筋对盖梁抗剪作用较小 ， 这一点也体 现在 混规 和 公路混规 中有关斜截面抗剪作用承载力公式 中。 但目前各类公路和铁路钢筋混凝土盖梁一般均按设置斜筋 设计 ， 笔者认为作为工程设计可以保留斜筋， 有以下两点考虑： 盖梁斜筋可作为抗剪安全储备； 设置斜筋 ， 可把上、 下主筋焊接成劲性骨架网片， 改善盖 梁内部结构受力状况。 另外， 考虑到纵向受拉主筋不宜弯起 ， 建议以短斜筋形式 代替主筋弯起钢筋， 短斜筋与上、 下盖梁主筋焊接连接。 3 3 2纵向钢筋布置 纵向钢筋包括纵向受力主筋和纵向分布钢筋。 据 混规 ， 单跨深梁的下部纵向钢筋宜均匀布置在梁下边 缘以上 0 2 h的范围内。短梁虽不必按深梁要求布置， 但考虑到 短梁与深梁截面受力特点， 建议纵向受力主筋按 2 3 层均匀布 置 ， 这样既考虑到了深梁的受力特点， 也避免了主筋层数布置 太多而导致的施工振捣困难。 由于铁路盖梁断面尺寸较大， 适当布置一定数量的纵向分 布钢筋不仅能起到骨架作用， 还可抑制斜裂缝的发展。 混规 中关于深梁的纵向分布钢筋配筋率有明确规定， 对 H R B 3 3 5或 HR B 4 0 0钢筋， 纵向配筋率均为 0 2 ， 盖梁可按此配筋率计算 分布钢筋数量， 以图 3所示盖梁为例( 盖梁纵向宽度 4 0 m) ， 设 纵筋层分布间距为 2 0 e ra， 则分布钢筋面积为： S -O 02 0 0 2 = 1 6 0 ( e m 2 ) 每层所需 HR B 3 3 5 1 6 根数 = 1 6 2 0 1 1 8( 根) 3 3 3 盖梁圆弧段配筋 传统圆弧段构造配筋通常采用与圆形结构外廓相匹配的 圆弧形钢筋 ， 在荷载作用下， 圆形构造钢筋极易产生较大的径 向作用力且不易释放， 从而可能导致混凝土开裂。采用图6形 式的钢筋布置形式可最大程度减小这种径向力的作用效果 ， 设 计中可以在交点处设置沿径向与墩身或盖梁主筋相连接的拉 筋， 以进一步改善圆弧面受力状况。 4小结 近年来， 铁路钢筋混凝土深受弯构件经常出现在各类结构 中， 由于没有针对此类结构设计的铁路设计规范 ， 常给设计人 员造成一定的困扰。 本文以宝兰客专应用的一种拱形门式墩为 例 ， 通过参阅近年来深受弯构件领域的相关研究成果 ， 对 比国 标 混规 和 公路混规 ， 探讨了铁路门式墩盖梁( 深受弯构件 ) 在结构构造、 抗弯抗剪验算及配筋等方面应注意的问题 ， 主要 得 出以下结论 。 为使桥墩有较好的地震延性， 盖梁刚度应与墩身刚度相 差不大， 所以盖梁跨中高度应不大于墩身横向宽度为宜。 考虑到深受弯构件的截面应力特点， 计算控制截面配筋 时， 安全计， 内力偶臂 z可适当折减 ， 高跨 比 _ , h在 2 3之间 时， 内力偶臂 z折减系数可取为0 8 5 左右。 受拉主筋宜通长布置 ， 不宜弯起， 建议设置附加短斜筋 代替弯起钢筋， 并将短斜筋与盖梁上下主筋焊接， 起到抗剪安 全储备和劲性骨架作用。 圆弧段构造配筋可采用与外廓相切的短筋均匀布置在 圆周上， 并在交点处沿径向设置与墩身主筋或盖梁主筋相接的 拉筋。 参考文献 【 1 】 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0 ， 2 01 n 中国建瑚l 工业出版社， 2 】 J T G D 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范【 s 】 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 4 【 3 】 黄棠 ， 王效通 结构设计原理【 M 】 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 7 f 4 1 张树仁， 郑绍硅， 黄侨， 鲍卫剐 钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结 构设计原理 M 1 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 4 【 5 】 潘东毅 ， 冯郑红， 郭鹏臻 钢筋混凝土深梁横截面正应力分布规律 讨论啊 国外建材科技， 2 0 0 7 ( 5 ) 【 6 】 戎贤， 王铁成， 康谷贻 钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力分析叨 哈尔滨工业 大学学报, 2 0 0 3 ( 2 ) 7 】 代本明 箍筋约束混凝土桥梁延性与柱支梁桥抗震性能研究【 D 】 南京： 东南大学。2 0 0 7 【 8 】 陈建斌， 陈嫒 钢筋混凝土深梁设计探讨咖 山西建筑 ， 2 o o 4 ( 1 ) 9 周厚斌， 刘名君 铁路三线不等高双柱式桥墩的空间分析与设计特 点 J 】 铁道标准设计，2 0 0 0 (6 ) 1 0 】 吴彦斌， 周文龙 ， 李之达 柱式桥墩台盖梁的深粱计算与设计叨 交通科技， 2 o o 9 ( 6 ) 【 1 1 】 黄超迎 柱下两桩承台梁的设计田建筑设计， 2 o o 3 ( 5 ) 【 1 2 袁伦一 用深受弯构件设计方法设计墩台盖粱啊 公路， 2 0 0 1 ( 6 )