某高速公路40m連續(xù)T梁受力性能分析

唐瑜陵

（河北道橋工程檢測有限公司，河北 石家莊050021）

1 概述

承秦高速公路是河北省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃“五縱、六橫、七條線”中的第一條，也是承德和秦皇島兩市路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分，其建成通車使得承德到秦皇島之間車程由原來的4個多小時縮短為2小時，對京、津、冀經(jīng)濟圈經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。承秦高速為山區(qū)高速公路，地形條件復(fù)雜，線路橋梁梁多，全線共有橋梁73 座，28 981.6m，大多數(shù)橋梁位于超高緩和段上，如果選用小箱梁，架梁時一片梁4個支點，不易調(diào)平，易造成支座脫空、受力不均勻的情況；T 梁的梁高較高，橫隔板多，整體剛度和抗剪能力較小箱梁好，且吊裝重量小。此外，山區(qū)高速公路橋梁橋墩高大，在滿足要求的情況下一般選擇上部梁體跨徑大的，以減小下部橋墩數(shù)量。為滿足車輛行駛的舒適性要求，減小橋面顛簸，多采用先簡支后連續(xù)、一橋多聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。鑒于此，承秦高速橋梁結(jié)構(gòu)普遍采用3 跨40m 連續(xù)T 梁結(jié)構(gòu)形式。承秦高速公路設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級荷載。

40mT梁主要截面尺寸如圖1所示。

圖1 梁截面圖（單位：cm）

2 有限元模型分析

2.1 有限元模型的建立

采用有限元計算軟件Madis，應(yīng)用梁格法建立了3 跨連續(xù)梁有限元計算模型（如圖2 所示），計算分析設(shè)計荷載作用下，邊跨、次邊跨橋梁結(jié)構(gòu)的跨中撓度、應(yīng)力增量，分析結(jié)構(gòu)的受力特點。

圖2 3跨40m連續(xù)T梁有限元計算模型圖

模型采用梁單元模擬各T梁，采用虛擬梁單元模擬車道。應(yīng)用一般支撐模擬支座支撐條件，其中固定支座設(shè)置在第2 孔與第3 孔連接處支座位置，其各處支座均為活動支座。固定支座約束支座3個方向（x方向、y方向、z方向）的平動自由度，約束其x方向、z方向的轉(zhuǎn)動自由度?；顒又ё患s束其y方向、z方向平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度。

計算過程中采用移動荷載計算工況，確定設(shè)計荷載作用下，最不利荷載工況下橋梁結(jié)構(gòu)的跨中彎矩。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中關(guān)于荷載試驗效率系數(shù)宜介于0.95～1.05 之間的規(guī)定，確定試驗荷載大小及加載位置。

計算過程中采用移動荷載計算工況，確定設(shè)計荷載作用下，最不利荷載工況下橋梁結(jié)構(gòu)的跨中彎矩。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中關(guān)于荷載試驗效率系數(shù)宜介于0.95～1.05 之間的規(guī)定，確定試驗荷載大小及加載位置。

2.2 有限元計算結(jié)果分析

共計算了邊跨偏載布載、邊跨對稱布載、次邊跨偏載布載和次邊跨對稱布載4 種荷載作用下，邊跨、次邊跨的主要控制截面的應(yīng)力以及跨中撓度。邊跨及次邊跨在荷載作用下跨中截面處彎曲正應(yīng)力增量計算結(jié)果如表1所示。

表1 試驗荷載作用下跨中截面應(yīng)力增量計算表

由表1 中計算結(jié)果可知，相同荷載形式作用下，邊跨在試驗荷載作用下的應(yīng)力增量最大值比次邊跨大，由于連續(xù)梁受力特點中次邊跨受到支座處負(fù)彎矩影響，因此相同荷載作用下次邊跨跨中應(yīng)力增量比邊跨小。邊跨和次邊跨在偏載荷載作用下應(yīng)力增量最大值均比對稱荷載作用下大，由于偏載作用下跨中應(yīng)力增量最大值出現(xiàn)在各跨的外側(cè)邊梁位置，對稱荷載作用下跨中最大應(yīng)力增量值出現(xiàn)的第3 片梁即中間梁位置處。

邊跨和次邊跨在試驗荷載作用下跨中撓度最大值計算結(jié)果統(tǒng)計如表2所示。

表2 試驗荷載作用下跨中撓度計算表

由表2中的數(shù)據(jù)可知，相同荷載作用下邊跨跨中撓度最大值比次邊跨大。邊跨和次邊跨偏載荷載作用下的跨中撓度均大于對稱荷載作用下的跨中撓度，偏載荷載作用下跨中撓度最大值出現(xiàn)在外側(cè)第1片梁處，對稱荷載作用下跨中撓度最大值出現(xiàn)在第3片梁處。

3 靜載試驗分析

對承秦高速公路多座40m 連續(xù)T 梁進行了靜載試驗，選取了其中典型的6 座橋梁（北溝大橋、方家溝2#大橋、后抄道溝大橋、青龍河大橋、三門店大橋和小梨園大橋）對其試驗數(shù)據(jù)進行分析，對該類橋梁的受力性能和承載能力進行研究。

3.1 試驗荷載

試驗荷載根據(jù)計算確定。加載車輛的具體參數(shù)如表3 所示。偏載荷載具體加載位置如圖3 所示。對稱荷載具體加載位置如圖4所示。

表3 試驗車輛參數(shù)表

圖3 偏載荷載加載位置示意圖（單位：cm）

圖4 對稱荷載加載位置圖（單位：cm）

3.2 應(yīng)力增量分析

靜載試驗中，在邊跨及次邊跨的各梁梁底布置應(yīng)力測點，在外側(cè)第1片梁沿梁高方向布置5個測點。偏載荷載、對稱荷載作用下，邊跨及次邊跨應(yīng)力增量最大實測值統(tǒng)計如圖5所示。

圖5 荷載作用下各橋應(yīng)力增量值

由圖5 中的數(shù)據(jù)可知，相同荷載形式作用下，邊跨在試驗荷載作用下的應(yīng)力增量最大實測值比次邊跨大，邊跨和次邊跨在偏載荷載作用下應(yīng)力增量最大實測值均比對稱荷載作用下大，實測結(jié)果數(shù)據(jù)規(guī)律與理論計算結(jié)果一致。

實測各橋應(yīng)力增量沿梁高方向變化基本呈線性，各橋應(yīng)力增量殘余值均小于規(guī)范規(guī)定值，表明橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下為彈性狀態(tài)。

圖6所示為各橋應(yīng)力增量校驗系數(shù)。

圖6 各橋應(yīng)力增量校驗系數(shù)表

由圖6中數(shù)據(jù)可知，試驗荷載作用下，各橋應(yīng)力校驗系數(shù)值均小于1，滿足規(guī)范要求，表明結(jié)構(gòu)承載能力滿足要求。

3.3 撓度分析

靜載試驗中，對各橋邊跨及次邊跨的各片梁梁底撓度進行了測量，不同荷載工況下各橋撓度實測最大值統(tǒng)計如圖7所示。

圖7 荷載作用下各橋撓度值

由圖7中數(shù)據(jù)可知，相同荷載作用下，邊跨跨中撓度實測最大值比次邊跨大，邊跨和次邊跨偏載荷載作用下的跨中撓度實測值均大于對稱荷載作用下的跨中撓度實測值，與理論計算規(guī)律基本一致。

圖8所示為各橋撓度校驗系數(shù)。

圖8 各橋撓度校驗系數(shù)表

由圖8中數(shù)據(jù)可知，各橋撓度校驗系數(shù)均小于規(guī)范值1，表明各橋剛度均滿足承載力要求；各橋撓度校驗系數(shù)最大值均小于0.7，表明橋梁結(jié)構(gòu)有較高的安全儲備。

4 結(jié)語

本文主要通過理論計算結(jié)合荷載試驗，對承秦高速公路中典型的40m連續(xù)T梁的受力特性進行了分析研究。研究結(jié)果表明，該類橋梁受力特性符合連續(xù)梁受力特點，試驗荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)為彈性受力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗系數(shù)和撓度校驗系數(shù)均小于1，表明結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。

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