鋼筋混凝土倒T型蓋梁正截面受力分析

【摘 要】本文在對匝道橋梁蓋梁實際裂縫檢測情況的基礎上，對鋼筋混凝土獨柱倒T型蓋梁正截面受力裂縫進行了非線性有限元開裂分析，并對倒T型蓋梁進行彈性有限元研究，分析了其懸臂根部截面受力特點，對鋼筋混凝土倒T型蓋梁正截面設計提出了看法及建議。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；倒T型；蓋梁 平截面；裂縫

Abstract:In this paper ， on the base of crack detection conditions of ramp bridge's capping beam， nonlinear finite element crack analysis is carried on Normal Section of reinforced concrete inverted T beam's cap， and for analysis of cantilever's capping beam root section，elastic finite element studying is carrid on it， views and suggestion is put forward about nomal section design of reinforced concrete inverted T beam's cap.

Keywords:reinforced concrete， inverte d T beam， capping beam， plane-section assu mption， crack

引言

通常在對城市高架橋梁下部結構設計中，為滿足橋下凈空要求的同時，而又不使橋面標高過多提高，減少接線長度，會采用倒T型蓋梁，其避免了以往蓋梁粗笨、壓抑之感，一定程度上達到了通透的景觀效果，提高整個高架的造型效果。倒T型蓋梁不僅滿足了美學上的要求，而且還能解決曲線路段上的橋梁中局部內外弧差異的問題，上部結構可做成標準跨徑，一定程度上既方便施工，加快施工速度[1-2]。

目前倒T蓋梁已得到了廣泛運用，但在使用過程中也隨之發現一些問題，如正截面開裂問題，下面在對某匝道橋梁蓋梁實際開裂情況檢測的基礎上，對鋼筋混凝土獨柱倒T型蓋梁正截面受力裂縫進行了非線性有限元分析，最后對鋼筋混凝土倒T型蓋梁正截面設計提出了看法及建議。

1 倒T型蓋梁開裂情況

對三座匝道橋15個獨柱式雙懸臂橋墩蓋梁進行外觀檢查中，發現蓋梁側面出現不同程度的豎向裂縫，共計49條豎向裂縫，裂縫平均寬度0.4mm，裂縫寬度已超過文獻[3]中規定的墩臺帽裂縫寬度限值0.30mm的規定，且裂縫在蓋梁肩部最寬，向上、向下寬度均逐漸變窄，同時裂縫深度向上、向下寬度均逐漸變淺（見圖1～附圖2）。

裂縫大多數均出現在蓋梁懸臂根部，橋墩蓋梁裂縫也有出現在立柱頂部區域，裂縫在蓋梁兩側面的位置基本對應，通常在匝道橋墩蓋梁的上坡端側面寬且長，在下坡端側面稍窄且短，其中上匝道1#橋墩蓋梁東側面最大裂縫寬度達0.9mm，裂縫長度沿蓋梁高度方向近0.95m。

2 鋼筋混凝土倒T蓋梁開裂分析

匝道橋的橋墩均為鋼筋混凝土獨柱倒T型雙懸臂蓋梁結構，蓋梁懸臂長3.65m，柱寬1.5m，蓋梁橫橋向總長8.8m。倒T型蓋梁的肩部構造尺寸為2.0m（寬）×1.53m（平均高），上緣配置8Φ16的受力鋼筋，下緣配置6Φ18及4Φ28的受力鋼筋，側面配置10Φ12的分布鋼筋；倒T 形截面的頸部構造尺寸為0.8m（寬）×0.958m（高），上緣配置24Φ32的縱向鋼筋。橋墩蓋梁為40#混凝土，蓋梁尺寸及配筋見圖3～圖4。

利用有限元程序對鋼筋混凝土倒T型蓋梁開裂進行材料非線性分析，當荷載加載到3779kN時，倒T型蓋梁混凝土主拉應力如圖5所示，此時倒T型蓋梁懸臂根部區域的肩部混凝土應力已達倒抗拉強度，主拉應力達到剛拉強度后相應的蓋梁開裂情況如圖6所示，其表明關鍵裂縫位于在立柱頂部區域及蓋梁懸臂根部區域，混凝土開裂后應力全部轉移到鋼筋上，此時倒T型蓋梁懸臂根部的肩部處鋼筋應力最大（見圖7），但倒T型蓋梁頸部頂面的鋼筋應力卻很小，鋼筋應力大小直接反映出該處混凝土的裂縫寬度大小，也即是說該倒T型蓋梁裂縫最寬處位于蓋梁懸臂根部的肩部處，與現場實際檢測的開裂情況基本吻合。

倒T型蓋梁懸臂根部的肩部處鋼筋應力比蓋梁頂緣鋼筋應力大的主要原因是蓋梁肩部處未配置足夠的受力鋼筋。

3 倒T蓋梁正截面受力分析

為能更進一步了解倒T型蓋梁懸臂根部截面正截面受力情況，現對倒T型蓋梁進行彈性有限元分析，計算結果顯示蓋梁懸臂根部截面的肩部處（倒T截面變化處）節點比其周邊節點位移要大（見圖8），表明該局部不符合混凝土正截面的平截面假定的條件，然而該截面受力是最大處，這是一般情況下基于平截面假定基礎上進行配筋計算、裂縫驗算的作法所不能考慮到的。

4 結論

倒T型蓋梁懸臂根部截面在荷載作用下，在倒T型蓋梁肩部截面變化處，由于剛度發生變化，該局部受力不符合平截面的假定，并且蓋梁頸部頂緣開裂后，蓋梁頸部剛度隨之削弱，內力也隨之發生重分布，轉移到抗彎剛度相對較大的倒T蓋梁肩部來承受。建議對鋼筋混凝土倒T型蓋梁懸臂根部截面需進行局部分析，配置足夠的受力鋼筋。

參考文獻

[1]孫建淵，龔純明，石洞. 預應力倒T蓋梁的半自動設計[J].同濟大學學報，1993，(21):447-452（Sun Jianyuan， Gong Chunming， Shi Dong. Semi-automatic Computer Aided Design of Prestressed Concrete Inverted T Beams[J]. JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY，1993，(21):447-452(in Chinese)）

[2]劉齡嘉. 鋼筋混凝土大懸臂T型結構分析與試驗研究[D].長安:長安大學碩士學位論文，2000.(Liu Lingjia. Experimental Study and Structural Analysis of Reinforced Concrete Long Cantilever T Beam[D]. Chang'an:master degree thesis of chang'an university，2000(in Chinese))

[3]《公路橋涵養護規范》[S].JTG H11-2004(Code for Maintenance of Highway Bridges and Culvers[S]. JTG H11-2004(in Chinese))

作者簡介：

胡俊（1985-），男，碩士，上海建瓴工程咨詢有限公司。