橋墩蓋梁的特殊設計及安全性驗算

劉會清

（河北省交通規劃設計院，河北 石家莊 050011）

0 引言

山區高速公路的橋隧比高，橋梁上往往要設置交通標志標牌、攝像機[1]等，標志的基礎預埋件往往要固定到橋梁的防撞護欄或蓋梁上，因此橋墩蓋梁就要作特殊設計，采用一端加長或兩端加長的方式，來滿足安全設施基礎預埋件的尺寸要求。承平高速公路中的西水泉大橋位于兩隧道之間，單懸臂標志牌及可變信息門架式標志牌不可避免地設置在了橋梁上。加寬護欄不能滿足標志牌基礎預埋的情況下，就應采取加寬橋墩蓋梁長度的方法來解決這個問題。具體措施為：左幅13號橋墩，因要設置單懸臂標志牌，橋墩蓋梁需一側加長作特殊結構設計；右幅6號橋墩，因要設置門架式標志牌單懸臂標志牌，橋墩蓋梁需兩側加長作特殊結構設計。

1 工程實例

首都地區環線高速公路（G95）承德（李家營）至平谷（冀京界）段（以下簡稱承平高速）屬山嶺重丘區，路線走向基本為東北-西南方向，路線全長59 176 m。主線橋梁總長15 602 m，隧道總長24 094 m，橋隧占路線長度的67.1%。

西水泉大橋位于苗榆桶隧道和老虎仗隧道之間，上部結構為40 m T梁的左右幅分離路基橋，橋寬16.5 m，蓋梁寬16.4 m；左幅橋長759 m，右幅橋長689 m。交通標志確定放置在左幅13號橋墩和右幅6號橋墩上，左幅13號橋墩外側需放置單懸臂標志牌，右幅6號橋墩兩側需放置門架式標志牌。左幅13號橋墩需一側加長尺寸，右幅6號橋墩需兩側加長尺寸，以保證標志預埋件能夠嵌入蓋梁中。

2 橋墩蓋梁的特殊設計

下面以西水泉大橋左幅13號橋墩為例來闡述特殊尺寸蓋梁的設計。

2.1 尺寸選擇

該橋梁的分離斷面蓋梁的標準尺寸，見圖1。

圖1 分離路基橋墩蓋梁標準尺寸（單位：cm）

綜合考慮由交通工程提供的單懸臂或門架式標志的預埋件尺寸，取其較大者，原蓋梁縱橋向尺寸滿足預埋要求，橫橋向自蓋梁最外緣需向外加長131 cm就能夠滿足預埋底座法蘭盤的要求。具體尺寸見圖2。

圖2 一端加長后的蓋梁橫橋向、順橋向尺寸（單位：cm）

2.2 配筋設計

工程設計中，橋墩蓋梁配筋采用“橋梁通”軟件進行計算分析。利用“橋梁通”軟件填入蓋梁尺寸，建立工況模型，上部恒載作用力取自上部結構計算結果，在承載能力極限狀態下[2]得出彎矩包絡圖和剪力包絡圖，在正常使用極限狀態下[2]得出裂縫配筋圖。根據彎矩包絡圖配置受彎鋼筋，根據剪力包絡圖配置彎起鋼筋和箍筋，再由裂縫配筋圖進行主筋總根數的驗算。

2.2.1 標準尺寸（橫橋向寬1 640 cm）橋墩蓋梁的配筋設計

在承載能力極限狀態計算下的彎矩、剪力包絡圖見圖3。在正常使用極限狀態計算下的裂縫配筋圖見圖4。

圖3 標準尺寸蓋梁彎矩、剪力包絡圖

圖4 標準尺寸蓋梁裂縫驗算圖

根據計算結果，蓋梁鋼筋采用全骨架設計，主筋直徑采用28 mm。采用的鋼筋骨架樣式及鋼筋骨架的排列片數分別見圖5、圖6。

圖5 標準尺寸蓋梁鋼筋骨架圖

圖6 標準尺寸蓋梁鋼筋骨架排列圖

蓋梁配筋完成后，要進行裂縫寬度的驗算。該工程處于Ⅱ類環境，裂縫寬度根據規范[3]按0.2 mm控制，墩頂彎矩削峰0.85，驗算結果見表1。

表1 橋墩蓋梁鋼筋驗算表

由上述蓋梁跨中、柱頂及斜截面鋼筋配置及驗算情況看，可得出以下結論：

a）標準尺寸橋墩蓋梁的跨中正彎矩、柱頂負彎矩及斜截面抗剪承載能力[3-4]均滿足規范要求，此蓋梁采用主筋直徑28 mm、全骨架配置是合理的。

b）橋墩蓋梁為安全起見，主筋直徑及根數均能滿足裂縫驗算下的彎矩包絡圖，因此彎矩包絡圖以裂縫配筋圖為準。

2.2.2 特殊尺寸（橫橋向寬1 771 cm）橋墩蓋梁鋼筋配置

西水泉大橋左幅13號橋墩蓋梁尺寸確定后，仍采用“橋梁通”軟件進行計算，計算過程同上，只在“蓋梁作用其他恒載”一項中，加入固定點位置的作用力[2]。此作用力取單懸式或門架式中作用力較大者并風荷載的共同作用力來進行加載，骨架鋼筋直徑取28 mm的情況下，蓋梁配筋驗算結果見表2。

表2 橋墩蓋梁鋼筋驗算表

分析結果如下：外側柱頂處及外側柱頂兩側40 cm處的負彎矩鋼筋根數不能滿足規范要求，跨中正彎矩配筋儲備量不足。因此需加大蓋梁骨架的根數或增加主筋直徑。蓋梁已經采用全骨架，骨架根數已飽和，只有增加鋼筋直徑來再次計算并驗算。

骨架鋼筋直徑加大為32 mm，蓋梁配筋的包絡圖見圖7；裂縫配筋圖進行驗算，驗算結果見表3。

表3 橋墩蓋梁鋼筋驗算表

圖7 特殊尺寸蓋梁剪力包絡圖及裂縫驗算圖

由上述蓋梁跨中、柱頂及斜截面鋼筋配置及驗算情況看，可得出以下結論：

主筋直徑增大后，特殊尺寸橋墩蓋梁的跨中正彎矩、柱頂負彎矩及斜截面抗剪承載能力均滿足規范要求，因此蓋梁采用主筋直徑32 mm、全骨架配置。

計算完成后需繪制蓋梁鋼筋圖，設計完成后的蓋梁鋼筋骨架圖見圖8，鋼筋骨架排列為全骨架，與標準尺寸蓋梁相同，不再附圖。

圖8 特殊尺寸蓋梁鋼筋骨架圖

右幅6號橋墩蓋梁設計參考左幅13號橋墩蓋梁設計方法進行，右幅6號橋墩蓋梁為對稱結構，相對來說較易完成。

2.3 結論

蓋梁鋼筋的配置主要采用“橋梁通”軟件進行計算，根據彎矩、剪力包絡圖中給出的主筋根數進行配筋，再利用裂縫配筋圖驗算鋼筋總根數。在配筋及驗算的過程中要注意：在彎矩包絡圖中，鋼筋抵抗彎矩時起彎點與h0/2范圍受力側水平筋不參與受力；而裂縫配筋圖中，鋼筋抵抗裂縫時無錨固長，截面受力側水平筋均參與受力。

特殊蓋梁的設計與標準尺寸蓋梁計算過程相同，只是計算過程繁瑣，迭代次數多。

3 結語

工程實踐中，常常會遇到特殊蓋梁設計的情況。在橋梁跨越管線設施或是重要溝渠等，會將橋墩柱間距加大或縮短，可能采用特殊尺寸的蓋梁情況。互通式立體交叉中變寬橋的蓋梁，更是普遍存在。這些特殊尺寸蓋梁的設計方法與上述類似，計算到配筋到驗算三者缺一不可，才能達到蓋梁設計的完整性及安全性。