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摘要：在广西兴安至桂林高速公路项目K50+420盖板涵的变更设计过程中，通过对板式桥涵原有设计、施工和病害情况进行调研，对钢筋砼盖板明涵上部结构的受力特点、铰缝构造及盖板结构等方面进行了分析与计算，总结了一定的设计经验，并提出了关于高速公路盖板明涵设计和施工的合理化建议。
关键词：盖板 明涵上部构造
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
广西兴安至桂林高速公路为国道主干线衡阳至昆明高速公路的一段，设计速度为120km/h，路基宽度为28m。K50+420涵洞施工图设计为1-4x4m盖板涵，荷载等级为公路—Ⅰ级，涵底地基承载力为350KPa，净跨径为4m，净高4m，所跨机耕道宽度为3. 0m，涵洞夹角为90°，该涵起到过人兼过水的作用（图1）。
图1K50+420盖板涵原设计洞身剖面
项目建设期间，为开发旅游资源，适应经济发展需要，当地政府提出将该道路拓宽为4.5m，并进行路面改造，要求增加K50+420通道的跨径及净空高度。经业主、监理、设计、施工各方实地察看，会议研究，决定将该通道变更为1-6x6m盖板涵。但此处路基填方高度仅2.2m，而降低基础底面标高会导致所跨道路排水不畅，因此增加通道高度后，无法保证暗涵顶最低填方高度不小于0.5m的要求，此涵洞应按明涵进行设计。
公路涵洞顶部有填土的称为暗涵，无填土者称为明涵。暗涵受活载分布较均匀，且不考虑车辆的冲击力；而明涵则受车辆集中荷载及汽车冲击力的影响。有调查发现，在公路的桥头、通道及涵洞，特别是明涵两侧与路基相接部位的路面断板和裂缝都比较多，明涵涵顶裂缝较严重。随着经济建设的高速发展，我国的交通流量增长较快，而且超载现象的时有发生，汽车轴重的增加形成较大的冲击荷载。桥面及涵顶铺装经常承受冲击及振动荷载，容易在混凝土内部产生材料疲劳现象。因此与暗涵不同，明涵设计时应充分考虑盖板的刚度及板间的横向连接，同时对涵顶铺装的强度及质量也提出更高的要求。此外，为了避免因涵台与土路堤的沉降差异引起涵头跳车现象，应在涵洞两端设置搭板（图2）。本文从以下三个方面对高速公路明涵盖板设计进行浅述：
图2K50+420盖板明涵洞身剖面
明涵盖板受力特点分析
明涵盖板属于简支板结构，虽有涵顶混凝土铺装层会使得汽车活载的分布更为均匀，但盖板与盖板之间主要还是依靠铰缝进行联系，铰缝只传递剪力不传递弯矩。采用ANSYS对明涵盖板进行有限元分析时，可以将板-板之间的转动放松，采用beam44 单元来模拟盖板梁单元，用一端放松转动的beam44单元模拟铰缝，单元刚度巨大，与盖板的实际情况相符合。盖板宽度为1m，取8块跨径为6.3m的铰接盖板进行分析，单元模型如图3所示。
图36.3m跨径明涵盖板单元模型
计算可得出在6.3m跨径铰接盖板的荷载横向分布系数如下表，
由上表可见，作用力所在位置的盖板承担的弯矩最大，其余板承担的弯矩向两侧依次减小。当荷载位于中边板位置时，其分担的弯矩最大（图4），因此应避免车辆长时间行驶在边板上，以防荷载效应集中于横向分布系数最大的边板，导致边板铰缝剪切应力集中，造成盖板间铰缝砼剪切开裂，裂缝延伸后贯穿至涵顶铺装，雨水沿裂缝渗入，反复的行车荷载加上雨水的浸蚀、冻涨及气温变化的热胀冷缩作用使砼、沥青铺装层沿裂缝出现破裂、酥碎、松散。
图4明涵边板活载横向分布影响线
盖板铰缝选型及设计
为了让板块能够最大限度的承受车辆荷载，在铰缝时，明涵盖板的连接必须是横向的。普遍的横向联接有两种类型，一种为企口混凝土铰联接，另一种是钢板焊接联接。相关调查显示，为了使各个板块可以共同受力，并且确保剪力能够横向传递，就必须采用企口式混凝土铰。
企口混凝土铰有三种形状，分布为圆形、菱形、漏斗形（如图5（a）、（b）、（c）所示）。其本质是把细骨料混凝土填在铰缝内，这个步骤是在安装好盖板后操作的。预制板的钢筋伸出和相邻板是相辅相成的，把两者进行钢筋捆绑，并且在铺装层内进行浇筑，这样可以使涵顶铺装层能够更好的受力。（图5（d））。
图5企口式铰缝类型
相关数据表示，现阶段，由于铰缝技术的不成熟，导致装配式板存在程度不一的纵向裂缝的现象。铰缝形式致使出现裂缝的频率提高，要想降低开裂的频率，就要加深铰缝，加强构造连接。
致使铰缝开裂的原因多种多样，总体有以下几个方面的原因：第一，钢筋构造原因。在铰缝内，钢筋是不可或缺的，如果其自我锚的长度不够，那么就不能有效的建立抗位连接，其在铰缝与盖板连接面之间要呈平行关系，如果其形状没有做好，那么就无法保护铰缝，其连接作用也被削弱。
第二，材料原因。由于荷载作用，铰缝受力是一個反复的过程，因而这对混凝土的强度和耐久性提出了较高的要求，否则其会产生疲劳破坏，因此，在新旧混凝土之间，其粘结力的弱化作用显得尤其重要。
第三，施工原因。①桥涵施工队伍的工艺水平不高，其专业水平欠缺，由于缺乏对结构的认识，致使施工质量低下；②施工时，铰缝钢筋不符合设计要求，主要表现为深铰缝下层钢筋的搭接捆绑与设计有出入；③蜂窝是铰缝混凝土目前的主要问题，主要原因是其密实度不够。由于在施工时震捣的欠缺，导致铰缝口的尺寸偏小；④粘接差也是普遍现象，这主要存在于铰缝混凝土和预制板之间，板间铰缝结合面也存在问题，主要为其没有凿毛；⑤空铰问题普遍存在，其主要是犹豫底模漏浆造成的；⑥加载的时间提前太多，致使混凝土在铰缝时，强度低。铰缝混凝土被大幅度破坏，在公路运输中，超载现象有增无减，长此以往，其被破坏。
为了加强盖板横向连接，针对铰缝开裂的各项原因，在本次设计中选用受力性能较好的企口漏斗形混凝土深铰缝(图6)。采取以下措施对铰缝进行优化设计：①在相邻的两块板之间顶、底部，要加强横向的次数，然后在进行钢筋弯折和焊接，在铰缝中可以加两种钢筋，一种为剪刀型竖向，另一张为纵向；②铰缝混凝土的类型是C50混凝土，其主要成分时钢纤维、克裂速，作用是可以延长混凝土的寿命，预防裂缝的收缩。
图6 铰缝钢筋构造图
3.盖板结构计算
3.1设计资料
汽车荷载等级：公路-I级； 环境类别：I类环境；
净跨径：L0=6m； 单侧搁置长度：0.30m； 计算跨径：L=6.3m；
盖板板端厚d1=50cm；盖板板中厚d2=50cm；盖板宽b=0.99m；保护层厚度c=5cm；
混凝土强度等级为C40；轴心抗压强度fcd=18.4Mpa，轴心抗拉强度ftd=1.65Mpa；
主拉钢筋等级为HRB335； 抗拉强度设计值fsd=280Mpa；
主筋直径为25mm，外径为27mm，共10根，选用钢筋总面积As=0.004909m2
涵顶铺装厚H1=10cm； 涵顶表处厚H2=10cm；
盖板容重γ1=25kN/m3； 涵顶铺装容重γ2=25kN/m3； 涵顶铺装容重γ3=23kN/m3
取一块盖板进行结构配筋计算，以确保结构在单板受力状态下仍可满足要求。
《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中7.0.6的关于涵洞结构的计算假定：计算可以忽略涵台水平力，但是要考虑盖板的两端简支。
图7 明涵盖板构造图
3.2外力计算
1) 永久作用
(1) 涵顶铺装及涵顶表处自重
q=(γ2·H1+γ3·H2)·b=(25×0.10+23×0.10)×0.99=4.75kN/m
(2) 盖板自重
g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(50+50)×0.99/2 /100=12.38kN/m
2) 由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用）
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定：
车辆荷载顺板跨长
La=0.2m
车轮重
P=70kN
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.2关于汽车荷载冲击力的规定：
汽车荷载的局部加载，冲击系数采用1.3
车轮重压强
p=1.3·P/La=1.3×70/0.20=455.00kN/m
3.3内力计算及荷载组合
1) 由永久作用引起的内力
跨中弯矩
M1=(q+g)·L2/8=(4.75+12.38)×6.32/8=84.97kNm
边墙内侧边缘处剪力
V1=(q+g)·L0/2=(4.75+12.38)×6/2=51.38kN
2) 由车辆荷载引起的内力
跨中弯矩
M2=p·La·(L/2-0.7)=455.00×0.20×(6.30/2-0.7)=222.95kNm
边墙内侧边缘处剪力
V2=p·La·(L0-La/2)/L0+p·La·(L0-1.5)/L0
=455.00×0.20×(6.00-0.20/2)/6.00+455.00×0.20×(6.00-1.5)/6.00
=157.73kN
3) 作用效应组合
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定：
跨中弯矩
γ0Md=0.9(1.2M1+1.4M2)
=0.9×(1.2×84.97+1.4×222.95)=372.69kNm
边墙内侧边缘处剪力
γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)
=0.9×(1.2×51.38+1.4×157.73)=254.24kN
3.4 持久状况承载能力极限状态计算
截面有效高度 h0=d1-c-2.7/2=50-5-1.350=43.7cm=0.437m
1) 砼受压区高度
x=fsd·As/fcd/b=280×0.004909/18.4/0.99=0.075m
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定:
HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。
x≤ξb·h0=0.56×0.437=0.244m
砼受压区高度满足规范要求
2) 最小配筋率
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)在相关篇章—9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定：
P=100·As/b/h0=1.14，不小于45ftd/fsd=0.27,同时不小于0.2
主筋配筋率满足规范要求
3) 正截面抗弯承载力验算
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.2表示：正截面抗弯承载力不能重视，不能脱离规范要求。这也是相关受弯构件正截面抗弯承载力计算的内容。
fcd·b·x(h0-x/2)=18.4×1000×0.99×0.075(0.437-0.075/2)
=548.12kNm≥γ0Md=372.69kNm
正截面抗弯承载力满足规范要求
4) 斜截面抗剪承载力验算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定:
0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×400.5×990×436.5
=1393.86kN≥γ0Vd=254.24kN
抗剪截面满足规范要求。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.10关于受弯構件斜截面抗剪承载力验算的规定:
为了提高系数，板式受弯构件的公式可以乘1.25
1.25×0.5×10-3·α2·ftd·b·h0=1.25×0.0005×1×1.65×0.99×1000×0.437×1000=445.64kN≥γ0Vd=254.24kN
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 中9.3.13的相关内容，可以验算斜截面抗剪承载力。
图8 明涵盖板钢筋构造图
3.5 裂缝宽度计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定:
其为I类环境，在钢筋混凝土构件的要求中，裂缝不能大于0.20mm，这是最低限度。
作用短期效应组合
Ms=1.0M1+0.7M2
=1.0×84.97+0.7×222.95=241.04kNm
作用长期效应组合
Ml=1.0M1+0.4M2
=1.0×84.97+0.4×222.95=174.15kNm
受拉钢筋的应力
σss=Ms/0.87/As/h0=241.04/0.87/0.004909/0.437=129.30Mpa
作用长期效应影响系数
C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×174.15/241.04=1.36
裂缝宽度
Wfk=C1·C2·C3·σss·(30+d)/Es/(0.28+10·ρ)
=1×1.36×1.15×129.30×(30+25)/2.00×105/(0.28+10×0.0114)
=0.14mm≤0.20mm
裂缝宽度满足规范要求。
3.6 挠度验算
汽车荷载引起的跨中挠度
式中荷载短期效应组合计算，汽车荷载0.7，为荷载横向分布系数。
《桥规》第6.5.3条规定，受弯构件在使用阶段挠度应考虑长期效应的影响，按以上刚度计算的挠度值乘以挠度长期增长系数，长期挠度值在消除结构自重产生的长期挠度后，板式桥涵最大挠度（跨中），不允许超过计算跨径的=6.3×103/600=10.5mm。挠度增长系数：混凝土强度标准值C40-C80时，，盖板采用C40则1.45。
不考虑横向分布系数的情况下，跨中计算挠度值为：
×=8.1mm<10.5mm
考虑横向分布系数影响，则边板跨中长期挠度值为：
×FQ=0.471×8.1=3.8mm<10.5mm满足规范要求。由挠度计算可见，盖板明涵上部横向连接对于盖板共同受力及减小变形，避免涵顶路面开裂有重要作用。
4.结语
在K50+420盖板明涵的变更设计过程中，通过收集相关资料，结合以往工程实际，对钢筋砼盖板明涵上部结构的受力特点、铰缝构造及盖板结构等方面进行了分析与计算，总结了一定的盖板明涵设计经验，并提出以下结论及建议：
1）设计中宜采取措施增加结构横向刚度，适当增加盖板厚度，增强其自身的刚度。铰缝应配置足够的钢筋，并与涵顶铺装层钢筋进行连接，提高铺装层混凝土强度，适当加大、加密铺装层钢筋。改善板式结构的整体稳定性，使盖板能够共同抵抗荷载。
2）加强运输管理和公路养护。对超载超限车辆控制其出入，必须通过时，应进行特殊荷载验算，并让重车在行车道行驶，避免进入超车道及紧急停车道，避免横向分布系数较大的边板位置铰缝的剪切应力集中导致路面裂缝。
3）严格控制施工质量，铰缝与涵顶铺装必须一次性浇筑，预制盖板企口缝处须进行凿毛处理，浇筑前必须用钢刷清除预制盖板顶面和侧面的浮碴，用水冲洗干净。浇筑铰缝应振捣密实，并避免铰缝钢筋位置错动。浇筑涵顶铺装时，不得踩踏挤压钢筋网。铺装层要用振捣器振实，并用整平板整平，再用钢滚筒进行整体平整后，进行镘平及清理，在其初凝前进行压纹拉毛，并应尽快予以覆盖和进行养生。严禁用如水泥、石粉或砂子来吸干铺装层表面水分。
參 考 文 献
[1] 公路桥涵设计手册《梁桥》上册. 人民交通出版社
[2] 李国豪《公路桥梁荷载横向分布计算》 人民交通出版社
[3] 赵曼.板梁桥单板受力的数值分析.中国安全科学学报
[4] 公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004
[5] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004
[6] 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-2005
[7] 交通部公路科学研究所《公路小桥涵勘测设计计算与工程示例设计图表》人民交通出版社
[8] 周春梅.钢筋混凝土简支梁桥梁体常见病害及维修方法. 青海交通科技
关键词：盖板 明涵上部构造
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
广西兴安至桂林高速公路为国道主干线衡阳至昆明高速公路的一段，设计速度为120km/h，路基宽度为28m。K50+420涵洞施工图设计为1-4x4m盖板涵，荷载等级为公路—Ⅰ级，涵底地基承载力为350KPa，净跨径为4m，净高4m，所跨机耕道宽度为3. 0m，涵洞夹角为90°，该涵起到过人兼过水的作用（图1）。
图1K50+420盖板涵原设计洞身剖面
项目建设期间，为开发旅游资源，适应经济发展需要，当地政府提出将该道路拓宽为4.5m，并进行路面改造，要求增加K50+420通道的跨径及净空高度。经业主、监理、设计、施工各方实地察看，会议研究，决定将该通道变更为1-6x6m盖板涵。但此处路基填方高度仅2.2m，而降低基础底面标高会导致所跨道路排水不畅，因此增加通道高度后，无法保证暗涵顶最低填方高度不小于0.5m的要求，此涵洞应按明涵进行设计。
公路涵洞顶部有填土的称为暗涵，无填土者称为明涵。暗涵受活载分布较均匀，且不考虑车辆的冲击力；而明涵则受车辆集中荷载及汽车冲击力的影响。有调查发现，在公路的桥头、通道及涵洞，特别是明涵两侧与路基相接部位的路面断板和裂缝都比较多，明涵涵顶裂缝较严重。随着经济建设的高速发展，我国的交通流量增长较快，而且超载现象的时有发生，汽车轴重的增加形成较大的冲击荷载。桥面及涵顶铺装经常承受冲击及振动荷载，容易在混凝土内部产生材料疲劳现象。因此与暗涵不同，明涵设计时应充分考虑盖板的刚度及板间的横向连接，同时对涵顶铺装的强度及质量也提出更高的要求。此外，为了避免因涵台与土路堤的沉降差异引起涵头跳车现象，应在涵洞两端设置搭板（图2）。本文从以下三个方面对高速公路明涵盖板设计进行浅述：
图2K50+420盖板明涵洞身剖面
明涵盖板受力特点分析
明涵盖板属于简支板结构，虽有涵顶混凝土铺装层会使得汽车活载的分布更为均匀，但盖板与盖板之间主要还是依靠铰缝进行联系，铰缝只传递剪力不传递弯矩。采用ANSYS对明涵盖板进行有限元分析时，可以将板-板之间的转动放松，采用beam44 单元来模拟盖板梁单元，用一端放松转动的beam44单元模拟铰缝，单元刚度巨大，与盖板的实际情况相符合。盖板宽度为1m，取8块跨径为6.3m的铰接盖板进行分析，单元模型如图3所示。
图36.3m跨径明涵盖板单元模型
计算可得出在6.3m跨径铰接盖板的荷载横向分布系数如下表，
由上表可见，作用力所在位置的盖板承担的弯矩最大，其余板承担的弯矩向两侧依次减小。当荷载位于中边板位置时，其分担的弯矩最大（图4），因此应避免车辆长时间行驶在边板上，以防荷载效应集中于横向分布系数最大的边板，导致边板铰缝剪切应力集中，造成盖板间铰缝砼剪切开裂，裂缝延伸后贯穿至涵顶铺装，雨水沿裂缝渗入，反复的行车荷载加上雨水的浸蚀、冻涨及气温变化的热胀冷缩作用使砼、沥青铺装层沿裂缝出现破裂、酥碎、松散。
图4明涵边板活载横向分布影响线
盖板铰缝选型及设计
为了让板块能够最大限度的承受车辆荷载，在铰缝时，明涵盖板的连接必须是横向的。普遍的横向联接有两种类型，一种为企口混凝土铰联接，另一种是钢板焊接联接。相关调查显示，为了使各个板块可以共同受力，并且确保剪力能够横向传递，就必须采用企口式混凝土铰。
企口混凝土铰有三种形状，分布为圆形、菱形、漏斗形（如图5（a）、（b）、（c）所示）。其本质是把细骨料混凝土填在铰缝内，这个步骤是在安装好盖板后操作的。预制板的钢筋伸出和相邻板是相辅相成的，把两者进行钢筋捆绑，并且在铺装层内进行浇筑，这样可以使涵顶铺装层能够更好的受力。（图5（d））。
图5企口式铰缝类型
相关数据表示，现阶段，由于铰缝技术的不成熟，导致装配式板存在程度不一的纵向裂缝的现象。铰缝形式致使出现裂缝的频率提高，要想降低开裂的频率，就要加深铰缝，加强构造连接。
致使铰缝开裂的原因多种多样，总体有以下几个方面的原因：第一，钢筋构造原因。在铰缝内，钢筋是不可或缺的，如果其自我锚的长度不够，那么就不能有效的建立抗位连接，其在铰缝与盖板连接面之间要呈平行关系，如果其形状没有做好，那么就无法保护铰缝，其连接作用也被削弱。
第二，材料原因。由于荷载作用，铰缝受力是一個反复的过程，因而这对混凝土的强度和耐久性提出了较高的要求，否则其会产生疲劳破坏，因此，在新旧混凝土之间，其粘结力的弱化作用显得尤其重要。
第三，施工原因。①桥涵施工队伍的工艺水平不高，其专业水平欠缺，由于缺乏对结构的认识，致使施工质量低下；②施工时，铰缝钢筋不符合设计要求，主要表现为深铰缝下层钢筋的搭接捆绑与设计有出入；③蜂窝是铰缝混凝土目前的主要问题，主要原因是其密实度不够。由于在施工时震捣的欠缺，导致铰缝口的尺寸偏小；④粘接差也是普遍现象，这主要存在于铰缝混凝土和预制板之间，板间铰缝结合面也存在问题，主要为其没有凿毛；⑤空铰问题普遍存在，其主要是犹豫底模漏浆造成的；⑥加载的时间提前太多，致使混凝土在铰缝时，强度低。铰缝混凝土被大幅度破坏，在公路运输中，超载现象有增无减，长此以往，其被破坏。
为了加强盖板横向连接，针对铰缝开裂的各项原因，在本次设计中选用受力性能较好的企口漏斗形混凝土深铰缝(图6)。采取以下措施对铰缝进行优化设计：①在相邻的两块板之间顶、底部，要加强横向的次数，然后在进行钢筋弯折和焊接，在铰缝中可以加两种钢筋，一种为剪刀型竖向，另一张为纵向；②铰缝混凝土的类型是C50混凝土，其主要成分时钢纤维、克裂速，作用是可以延长混凝土的寿命，预防裂缝的收缩。
图6 铰缝钢筋构造图
3.盖板结构计算
3.1设计资料
汽车荷载等级：公路-I级； 环境类别：I类环境；
净跨径：L0=6m； 单侧搁置长度：0.30m； 计算跨径：L=6.3m；
盖板板端厚d1=50cm；盖板板中厚d2=50cm；盖板宽b=0.99m；保护层厚度c=5cm；
混凝土强度等级为C40；轴心抗压强度fcd=18.4Mpa，轴心抗拉强度ftd=1.65Mpa；
主拉钢筋等级为HRB335； 抗拉强度设计值fsd=280Mpa；
主筋直径为25mm，外径为27mm，共10根，选用钢筋总面积As=0.004909m2
涵顶铺装厚H1=10cm； 涵顶表处厚H2=10cm；
盖板容重γ1=25kN/m3； 涵顶铺装容重γ2=25kN/m3； 涵顶铺装容重γ3=23kN/m3
取一块盖板进行结构配筋计算，以确保结构在单板受力状态下仍可满足要求。
《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中7.0.6的关于涵洞结构的计算假定：计算可以忽略涵台水平力，但是要考虑盖板的两端简支。
图7 明涵盖板构造图
3.2外力计算
1) 永久作用
(1) 涵顶铺装及涵顶表处自重
q=(γ2·H1+γ3·H2)·b=(25×0.10+23×0.10)×0.99=4.75kN/m
(2) 盖板自重
g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(50+50)×0.99/2 /100=12.38kN/m
2) 由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用）
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定：
车辆荷载顺板跨长
La=0.2m
车轮重
P=70kN
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.2关于汽车荷载冲击力的规定：
汽车荷载的局部加载，冲击系数采用1.3
车轮重压强
p=1.3·P/La=1.3×70/0.20=455.00kN/m
3.3内力计算及荷载组合
1) 由永久作用引起的内力
跨中弯矩
M1=(q+g)·L2/8=(4.75+12.38)×6.32/8=84.97kNm
边墙内侧边缘处剪力
V1=(q+g)·L0/2=(4.75+12.38)×6/2=51.38kN
2) 由车辆荷载引起的内力
跨中弯矩
M2=p·La·(L/2-0.7)=455.00×0.20×(6.30/2-0.7)=222.95kNm
边墙内侧边缘处剪力
V2=p·La·(L0-La/2)/L0+p·La·(L0-1.5)/L0
=455.00×0.20×(6.00-0.20/2)/6.00+455.00×0.20×(6.00-1.5)/6.00
=157.73kN
3) 作用效应组合
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定：
跨中弯矩
γ0Md=0.9(1.2M1+1.4M2)
=0.9×(1.2×84.97+1.4×222.95)=372.69kNm
边墙内侧边缘处剪力
γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)
=0.9×(1.2×51.38+1.4×157.73)=254.24kN
3.4 持久状况承载能力极限状态计算
截面有效高度 h0=d1-c-2.7/2=50-5-1.350=43.7cm=0.437m
1) 砼受压区高度
x=fsd·As/fcd/b=280×0.004909/18.4/0.99=0.075m
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定:
HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。
x≤ξb·h0=0.56×0.437=0.244m
砼受压区高度满足规范要求
2) 最小配筋率
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)在相关篇章—9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定：
P=100·As/b/h0=1.14，不小于45ftd/fsd=0.27,同时不小于0.2
主筋配筋率满足规范要求
3) 正截面抗弯承载力验算
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.2表示：正截面抗弯承载力不能重视，不能脱离规范要求。这也是相关受弯构件正截面抗弯承载力计算的内容。
fcd·b·x(h0-x/2)=18.4×1000×0.99×0.075(0.437-0.075/2)
=548.12kNm≥γ0Md=372.69kNm
正截面抗弯承载力满足规范要求
4) 斜截面抗剪承载力验算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定:
0.51×10-3·fcu,k0.5·b·h0=0.51×10-3×400.5×990×436.5
=1393.86kN≥γ0Vd=254.24kN
抗剪截面满足规范要求。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.10关于受弯構件斜截面抗剪承载力验算的规定:
为了提高系数，板式受弯构件的公式可以乘1.25
1.25×0.5×10-3·α2·ftd·b·h0=1.25×0.0005×1×1.65×0.99×1000×0.437×1000=445.64kN≥γ0Vd=254.24kN
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 中9.3.13的相关内容，可以验算斜截面抗剪承载力。
图8 明涵盖板钢筋构造图
3.5 裂缝宽度计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定:
其为I类环境，在钢筋混凝土构件的要求中，裂缝不能大于0.20mm，这是最低限度。
作用短期效应组合
Ms=1.0M1+0.7M2
=1.0×84.97+0.7×222.95=241.04kNm
作用长期效应组合
Ml=1.0M1+0.4M2
=1.0×84.97+0.4×222.95=174.15kNm
受拉钢筋的应力
σss=Ms/0.87/As/h0=241.04/0.87/0.004909/0.437=129.30Mpa
作用长期效应影响系数
C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×174.15/241.04=1.36
裂缝宽度
Wfk=C1·C2·C3·σss·(30+d)/Es/(0.28+10·ρ)
=1×1.36×1.15×129.30×(30+25)/2.00×105/(0.28+10×0.0114)
=0.14mm≤0.20mm
裂缝宽度满足规范要求。
3.6 挠度验算
汽车荷载引起的跨中挠度
式中荷载短期效应组合计算，汽车荷载0.7，为荷载横向分布系数。
《桥规》第6.5.3条规定，受弯构件在使用阶段挠度应考虑长期效应的影响，按以上刚度计算的挠度值乘以挠度长期增长系数，长期挠度值在消除结构自重产生的长期挠度后，板式桥涵最大挠度（跨中），不允许超过计算跨径的=6.3×103/600=10.5mm。挠度增长系数：混凝土强度标准值C40-C80时，，盖板采用C40则1.45。
不考虑横向分布系数的情况下，跨中计算挠度值为：
×=8.1mm<10.5mm
考虑横向分布系数影响，则边板跨中长期挠度值为：
×FQ=0.471×8.1=3.8mm<10.5mm满足规范要求。由挠度计算可见，盖板明涵上部横向连接对于盖板共同受力及减小变形，避免涵顶路面开裂有重要作用。
4.结语
在K50+420盖板明涵的变更设计过程中，通过收集相关资料，结合以往工程实际，对钢筋砼盖板明涵上部结构的受力特点、铰缝构造及盖板结构等方面进行了分析与计算，总结了一定的盖板明涵设计经验，并提出以下结论及建议：
1）设计中宜采取措施增加结构横向刚度，适当增加盖板厚度，增强其自身的刚度。铰缝应配置足够的钢筋，并与涵顶铺装层钢筋进行连接，提高铺装层混凝土强度，适当加大、加密铺装层钢筋。改善板式结构的整体稳定性，使盖板能够共同抵抗荷载。
2）加强运输管理和公路养护。对超载超限车辆控制其出入，必须通过时，应进行特殊荷载验算，并让重车在行车道行驶，避免进入超车道及紧急停车道，避免横向分布系数较大的边板位置铰缝的剪切应力集中导致路面裂缝。
3）严格控制施工质量，铰缝与涵顶铺装必须一次性浇筑，预制盖板企口缝处须进行凿毛处理，浇筑前必须用钢刷清除预制盖板顶面和侧面的浮碴，用水冲洗干净。浇筑铰缝应振捣密实，并避免铰缝钢筋位置错动。浇筑涵顶铺装时，不得踩踏挤压钢筋网。铺装层要用振捣器振实，并用整平板整平，再用钢滚筒进行整体平整后，进行镘平及清理，在其初凝前进行压纹拉毛，并应尽快予以覆盖和进行养生。严禁用如水泥、石粉或砂子来吸干铺装层表面水分。
參 考 文 献
[1] 公路桥涵设计手册《梁桥》上册. 人民交通出版社
[2] 李国豪《公路桥梁荷载横向分布计算》 人民交通出版社
[3] 赵曼.板梁桥单板受力的数值分析.中国安全科学学报
[4] 公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004
[5] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004
[6] 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-2005
[7] 交通部公路科学研究所《公路小桥涵勘测设计计算与工程示例设计图表》人民交通出版社
[8] 周春梅.钢筋混凝土简支梁桥梁体常见病害及维修方法. 青海交通科技