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更新日期2021-04-21 13:29
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蓋梁的平面簡化
1 關于蓋梁平面基本簡化的規(guī)定
《公路橋涵設計手冊》中規(guī)定: 多柱式墩臺的蓋梁可近似地按多跨連續(xù)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最多、最普遍的一種。目前一些蓋梁計算程序,如“中小橋涵CAD系統(tǒng)”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(nèi)力的,這是一種基本的簡化模式,但是對計算結(jié)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(jié)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(guī)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(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)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(xiàn)在有一種修正的計算方法是將單點鉸支模型轉(zhuǎn)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(jù)。這種計算方法現(xiàn)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(jié)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(jié)構(gòu),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(qū)域考慮為受力而不變形的“剛域”。這種計算結(jié)果與空間計算結(jié)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(zhì)(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(jié)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(jīng)過計算比較得出:整體圖式法計算出的墩頂最大負彎矩,一般相當于基本簡化模式計算結(jié)果的75%左右。但是這個結(jié)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(shù)值往往又偏小。與實際受力接近的數(shù)值應該在墩柱邊緣以內(nèi),位于墩柱中心與邊緣之間。
4 結(jié)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??臻g計算結(jié)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最簡單且比較實用的,但使用時要對局部區(qū)域的峰值如墩頂截面進行適當?shù)恼蹨p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(jié)果越準確。當相對剛度比大于10時,誤差已經(jīng)控制在10%以內(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(xù)梁的型式。當然,整體圖式法是計算最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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