桥梁结构理论与计算公式（步步解析桥梁设计计算）

桥梁设计中，柱式桥墩是普遍采用的结构型式。对于简支桥梁， 盖梁是一个承上启下的重要构件， 上部结构的荷载通过盖梁传递给下部结构和基础， 盖梁是主要的受力结构。在设计中， 由于桥梁的跨径、 斜度、 桥宽、 车辆荷载标准的变化， 对盖梁设计的影响很大， 很难完全套用标准图和通用图。盖梁设计的标准化程度很低， 经常是非标准设计，需要对盖梁进行较多的计算， 所以盖梁设计是 桥梁设计的一个关键部分。

一、盖梁的受力特点及分析

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盖梁的受力特点

盖梁的主要荷载是由其上梁体通过支座传递过来的集中力， 盖梁作为受弯构件， 在荷载作用下在各截面除了引起弯矩外， 同时伴随着剪力的作用。 此外， 盖梁在施工过程中和活载作用下，还会承受 扭矩， 产生扭转剪应力。 扭转剪应力的数值很小且不是永久作用， 一般不控制设计。实际计算中一般只考虑弯剪的组合， 因为考虑弯、剪、扭三种内力同时组合， 需要空间分析， 计算工作会很繁琐， 而且实际意义也不大。 可见盖梁是一种典型的以弯剪 受力为主的构件。

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盖梁的受力分析

盖梁除了自重荷载之外， 主要承受由支座传递过来的上部结构的恒载。对不同桥宽、 不同跨径简支梁板桥的盖梁内力计算结果进行分析， 以双柱式桥墩盖梁墩顶负弯矩为例：盖梁自重所占比例很 小， 为9％左右；上部恒载所占比例很大， 为63％ 左右；而活载只占总荷载比例的28％左右。表1为笔者在设计工作中对双柱式桥墩盖梁墩顶内力计算结果的一个归纳。

二、盖梁的计算要点

盖梁的计算要点是如何建立准确而且简化的计算模型。

盖梁的几何外形简单，且是以弯矩、剪力及轴力为主，受力特点明确。将它模拟成平面杆单元比模拟成空间体单元计算要简单许多，而且能满足控制要求。空间计算结果虽然准确，但是计算复杂，对于盖梁计算必要性不大。采用盖梁平面基本的简化模式进行计算是最简单且比较实用的，但使用时要对局部区域的峰值如墩顶截面进行适当的折减削峰处理，因为盖梁的实际控制截面往往不在墩顶而在墩柱边缘附近，这样能避免造成较大的浪费。盖 梁的刚度与柱的刚度之比越大，简化计算结果越准确。当相对刚度比大于10时， 误差已经控制在10％以内了，在精度要求不很高的结构工程中是允许的，且偏于安全。此时可忽略桩柱对盖梁的弹性约束作用，把盖梁简化成简支或连续梁的型式。当然，整体图式法是计算最为准确的平面简化计算方法，计算简单且符合实际，建议有条件时尽量采用。

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承载力计算方法

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承载力的计算公式

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盖梁悬臂计算

三、桥博计算

本例主要介绍利用桥梁博士对桥墩盖梁进行计算的过程和方法，重点在于虚拟桥面入盖梁活载的加载处理。

进行盖梁计算主要由以下几个步骤：

桥墩盖梁的结构离散（划分单元）

输入总体信息

输入单元信息

输入施工信息

输入使用信息

执行项目计算

查阅计算结果

本例教程桥墩构造参数

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结构离散

首先对盖梁进行结构离散，即划分单元建立盖梁模型，原则是在支座处、柱顶、特征断面（跨中、1/4）处均需设置节点。如果需要考虑墩柱和盖梁的框架作用，还需要把墩柱建立进来；柱底的边界条件视情况而定，如果是整体承台或系梁连接，可视为柱底固结；如果是无系梁的桩柱，可以将桩使用弹性支撑或等代模型的方式来模拟。

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输入总体信息

计算类型为：全桥结构全安计算

计算内容：勾选计算活载

桥梁环境：相对湿度为0.6

规范选择中交04规范。

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输入信息单元

输入单元信息，建立墩柱、盖梁及垫石单元模型，对于T梁或小箱梁，因为支座间距比较大不能将车轮直接作用在盖梁上，我们还需要在盖梁上设置虚拟桥面单元来模拟车道面，与盖梁采用主从约束来连接，虚拟桥面连续梁的刚度至少大于盖梁的100倍。建立模型如下：

虚拟桥面为连续梁时，刚度可在特征系数里修改。

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输入施工信息

第一施工阶段：安装所有杆件

添加边界条件

添加虚拟桥面与盖梁的主从约束：虚拟桥面与盖梁的主从约束需要使用两种情况分别模拟：虚拟桥面简支梁和虚拟桥面连续梁；这两种方法分别是模拟墩台手册中的杠杆法和偏心受压法；其目的是杠杆法控制正弯矩截面；偏心受压法控制负弯矩截面。

对于虚拟桥面连续梁改为简支梁，支座相应的虚拟桥面单元增加节点，添加对应的主从约束即可。

第二施工阶段：添加永久荷载，若自重系统为0，还需要添加盖梁自重。

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输入使用信息

主要描述盖梁活荷载的处理，对于空心板梁，由于支座间距较小，可以将盖梁直接作为桥面单元，不需设置虚拟桥面。使用桥梁博士时，程序有自动横向布载功能，用户只需将单列车的最大支反力输入到横向分布调整系数中，把车辆的行车范围和人群加载范围输入到横向加载有效区域即可，让车辆的两个轮子在行车范围内布载。

打开活荷载输入对话框，将单列车的最大反力输入横向分布系数中（此时的横向分布系数，已经不是真正意义的横向分布系数，它的大小就是一列汽车（或一辆挂车）对这个横向结构的作用力的大小，详细介绍可查看桥梁博士使用手册第80页）。

勾选横向加载，输入汽车和人群的横向加载有效区域：

在活载输入对话框中人群集度和人行道宽度填入1，因为在人群荷载反力及横向加载区域已考虑了人群集度和宽度。

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执行项目计算

模型建立完成，执行项目计算

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查看计算结果

查看所需的计算结果

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