墩頂現(xiàn)澆段長度對(duì)橫隔梁的影響

程 文 賈艷敏 宋玉寶

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

墩頂現(xiàn)澆段長度對(duì)橫隔梁的影響

程 文 賈艷敏 宋玉寶

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以三跨簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁為背景，運(yùn)用Midas梁格法建立橋梁模擬模型，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比分析了墩頂現(xiàn)澆段長度對(duì)支點(diǎn)截面應(yīng)力的影響，指出隨著現(xiàn)澆段矩形截面的增長，墩頂橫隔梁應(yīng)力減小。

墩頂橫隔梁，Midas，矩形截面，負(fù)彎矩區(qū)

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是：必須以各個(gè)截面的最大正、負(fù)彎矩的絕對(duì)值之和，即按彎矩變化幅值布置預(yù)應(yīng)力束筋[1,2]。在此過程中，預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋施工時(shí)需要對(duì)負(fù)彎矩區(qū)的應(yīng)力變化進(jìn)行控制[3]。在澆筑簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋墩頂現(xiàn)澆段時(shí)，通常以支點(diǎn)橫隔板為一模板面進(jìn)行澆筑[4]。本文研究不同大小的墩頂橫隔梁對(duì)橋梁負(fù)彎矩區(qū)受力影響。

1 橋梁概況

本文依托呼朔高速公路呼和浩特至殺虎口段托縣連接線上K43+870寶貝河大橋，本橋公路等級(jí)為一級(jí)，橋面總寬度為12.25 m，跨徑(3×40)m，梁間距2.47 m，T梁高2.5 m。施工步驟為先安裝臨時(shí)支座，逐孔架設(shè)預(yù)制T梁成為簡支狀態(tài)，接著連接接頭段鋼筋，再澆筑連續(xù)接頭、橫隔梁、翼緣板及濕接縫，最后拆除臨時(shí)支座，完成體系轉(zhuǎn)換。墩頂橫隔梁長度為80 cm，支點(diǎn)橫隔梁間距130 cm。墩頂橫隔梁位置如圖1所示。

2 有限元模型的建立

本結(jié)構(gòu)為簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，采用Midas梁格法建立橋梁模擬模型[5]，單元類型以梁單元為主。梁單元采用T型截面，連續(xù)接頭間距80 cm，用矩形橫隔梁單元模擬，當(dāng)墩頂現(xiàn)澆段長度增加時(shí)，另添加單元模擬橫隔板和該部分濕接縫。為模擬翼緣板的連接，運(yùn)用了虛擬梁單元[6]。因重點(diǎn)對(duì)負(fù)彎矩區(qū)的應(yīng)力進(jìn)行分析，故在負(fù)彎矩區(qū)單元?jiǎng)澐州^細(xì)，全橋共建梁單元3 666個(gè)，其中主梁單元個(gè)數(shù)為146×5。正彎矩的預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼束為75束，負(fù)彎矩區(qū)鋼束為60束，采用等效荷載法模擬。試驗(yàn)橋梁有限元模型半幅如圖2所示。

3 理論值與實(shí)測值對(duì)比分析

為了研究墩頂現(xiàn)澆段長度對(duì)橫隔梁的影響，采用Midas有限元軟件進(jìn)行橋梁的實(shí)際模擬。對(duì)于簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋墩頂?shù)哪M考慮了墩頂支護(hù)模板的長度，使模型的模擬更精確。比較結(jié)果如表1所示，表中均選取第四片梁進(jìn)行驗(yàn)算。

表1 理論值與實(shí)測值對(duì)比分析

表1中數(shù)據(jù)為①，②的墩頂橫隔梁位置的受力情況，說明該部分受壓；130 cm模型與實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差最大為9%，最小為2%。由理論值與實(shí)測值對(duì)比可知，有限元計(jì)算模擬結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測值基本吻合，由此驗(yàn)證Midas有限元模型是可靠的。由表1可以看出，在同一界面內(nèi)由上到下受到的壓力越來越小。

4 墩頂橫隔梁模型的對(duì)比分析

在考慮墩頂橫隔梁的基礎(chǔ)上建立80 cm，100 cm，110 cm，120 cm，130 cm的模板長度進(jìn)行分析。墩頂現(xiàn)澆段長度的改變對(duì)墩頂應(yīng)力影響很大，對(duì)其他部分的影響較小，故只對(duì)墩頂部分進(jìn)行分析。分析結(jié)果如下。圖3a)～圖3c)中括號(hào)內(nèi)數(shù)字分別表示①墩頂橫隔梁第3，4，5片梁。由圖3可知，第3，4片梁墩頂橫隔梁應(yīng)力值約為-1.2 MPa～0.4 MPa，兩片梁的數(shù)據(jù)相近，第5片梁中橫梁應(yīng)力值約為-3.6 MPa～-2.2 MPa，3片梁應(yīng)力值范圍分別為1.6 MPa，1.4 MPa，可知變化范圍相近；第3，4片梁受力較小，約為第5片梁的1/3，說明墩頂橫隔梁截面處邊梁受力最大；以圖3a)為例，可以看到在墩頂橫隔梁截面中，距底板220 cm時(shí)受到的壓力為三點(diǎn)中最大值，約為-1.2 MPa，距底板110 cm時(shí)受到的壓力約-0.8 MPa，距底板20 cm時(shí)受到拉力約0.4 MPa，故可知墩頂橫隔梁同一截面中，上緣受壓大，下緣可能受壓也可能受拉，均很小。墩頂橫隔梁長度增加，受力減小，其中變化最大位置在100 cm～110 cm的墩頂橫隔梁處，變化值約為0.6 MPa，在110 cm后受力變化很小，故可忽略。

在實(shí)際施工過程中將支點(diǎn)橫隔板作為一個(gè)模板支護(hù)面(即采用130 cm的現(xiàn)澆段長度)，根據(jù)分析可知，其受力與110 cm的現(xiàn)澆段受力接近，墩頂橫隔梁長度為100 cm和110 cm時(shí)對(duì)橫隔梁應(yīng)力影響發(fā)生變化大，故隨著墩頂現(xiàn)澆長度的增加，應(yīng)力減小越來越慢。

5 結(jié)語

本文在預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋?qū)嶋H模型的基礎(chǔ)上，通過縮小墩頂橫隔梁尺寸，得出墩頂橫隔梁長對(duì)中橫梁的應(yīng)力影響：

1)Midas建模時(shí)，橋梁的墩頂橫隔梁需按實(shí)際模擬，若不考慮

現(xiàn)澆段實(shí)際長度，則模型的墩頂橫梁應(yīng)力比實(shí)際橋梁應(yīng)力大。故運(yùn)用有限元軟件建模需注意中橫梁的模擬，使其更接近實(shí)際情況。2)比較簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁的邊梁和中梁應(yīng)力可知，邊梁受到的壓應(yīng)力比中梁大。3)隨著墩頂橫隔梁長度的增加，負(fù)彎矩區(qū)墩頂橫梁應(yīng)力會(huì)相應(yīng)減小，在110 cm后變化不大，變化最大處在墩頂橫隔梁矩形截面為100 cm～110 cm處，負(fù)彎矩區(qū)其他位置隨著墩頂橫隔梁的增加變化不明顯，可忽略。綜合考慮經(jīng)濟(jì)和施工簡易問題，選取最佳墩頂橫隔梁長度。

[1] 王 湛.鋼—混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)力學(xué)性能的研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué),2006.

[2] 胡少偉,葉祥飛.預(yù)應(yīng)力連續(xù)組合梁負(fù)彎矩區(qū)受彎全過程分析[J].水電能源科學(xué),2013(12):122-125.

[3] 周 斌.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁負(fù)彎矩區(qū)力學(xué)性能的分析[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué),2009.

[4] 盛可鑒.簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的幾個(gè)關(guān)鍵問題研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.

[5] 周水興,王小松,田維鋒,等.橋梁結(jié)構(gòu)電算[M].北京：人民交通出版社,2013.

[6] 劉美蘭.Midas Civil在橋梁結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用(一)[M].北京：人民交通出版社,2012.

Influence of the pier top cast-in-place length on diaphragm beam

CHENG Wen JIA Yan-min SONG Yu-bao

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The background is a simply supported three-span continuous prestressed concrete T-beam. The bridge model is the use of Midas grillage method. Comparative analysis combined with field data, the purpose is to find the influence length of the pier top cast pivot section of stress. With the cast section of rectangular section beam growth, the pier top horizontal beam stress decreases.

pier top horizontal beam, Midas, rectangular cross-section, the negative moment area

2014-07-13

程 文(1990- )，女，在讀碩士； 賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授； 宋玉寶(1987- )，男，在讀碩士

1009-6825(2014)27-0188-02

U443.323

A