主梁間距對三跨連續(xù)T梁內(nèi)力的影響分析

劉雪君 賈艷敏 李茂廷

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.中交一公局隧道工程有限公司，河北 高碑店 074000)

主梁間距對三跨連續(xù)T梁內(nèi)力的影響分析

劉雪君1賈艷敏1*李茂廷2

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.中交一公局隧道工程有限公司，河北 高碑店 074000)

以內(nèi)蒙古寶貝河大橋工程為背景，通過建立不同主梁間距的有限元模型，分析了橋梁的受力情況，探討了主梁間距對橋梁內(nèi)力的影響程度，有利于選取合理的主梁間距，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

主梁間距，有限元模型，彎矩，剪力，應(yīng)力

1 概述

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)體系結(jié)構(gòu)，因可批量生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，節(jié)省了施工時(shí)間，加快了施工速度，從而降低了成本等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用[1]。對于橋梁結(jié)構(gòu)而言，合理的主梁間距，可以提高梁的承載力，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，本文對不同主梁間距進(jìn)行受力分析。

2 主梁受力分析

2.1 主梁間距的選取

依據(jù)我國編制的公路橋涵通用圖和各地相似橋梁結(jié)構(gòu)的主梁間距尺寸，對于預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，為減少預(yù)制和吊裝的工作量，提高截面效率指標(biāo)，跨徑為40 m的主梁間距一般控制在2.0 m～2.6 m[2]。

本文依托寶貝河大橋的實(shí)際橋面寬為12.25 m，在橋?qū)捄椭髁簜€(gè)數(shù)不變的情況下僅對主梁間距進(jìn)行分析，選取的主梁間距分別為2.20 m，2.35 m，2.47 m，2.60 m。

2.2 建立有限元模型

利用橫向分布系數(shù)將荷載分配到單梁上，進(jìn)而只對三跨連續(xù)單梁進(jìn)行計(jì)算即可。應(yīng)用有限元軟件Midas Civil建立跨徑40 m橋?qū)?2.25 m的預(yù)應(yīng)力三跨連續(xù)單梁模型，梁單元76個(gè)、節(jié)點(diǎn)77個(gè)。選取邊跨跨中處的應(yīng)力與現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證，測點(diǎn)布置如圖1所示，對比結(jié)果如表1所示。

表1 應(yīng)力值對比

由表1可以看出,有限元模型計(jì)算得出的應(yīng)力值與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合良好，模型計(jì)算能夠反映該T梁橋的真實(shí)受力情況。

2.3 受力分析

結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中需要考慮永久作用(結(jié)構(gòu)的自重、預(yù)應(yīng)力和混凝土的收縮徐變)，汽車荷載(含汽車沖擊力)，溫度變化。

2.3.1 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)果

依據(jù)有限元模型計(jì)算結(jié)果，各控制截面的最大內(nèi)力值如圖2～圖5所示。

從圖2，圖3可知，隨主梁間距增大，各控制截面的彎矩、剪力值隨之減?。黄渲姓?、負(fù)彎矩最大值都出現(xiàn)在主梁間距為2.2 m時(shí)，正彎矩最大值16 061.37 kN·m，小于抗力值17 667.61 kN·m，負(fù)彎矩最大值為-7 613.75 kN·m，小于抗力值-14 433.34 kN·m。最大、最小剪力出現(xiàn)在主梁間距2.2 m中支點(diǎn)處，最大剪力值為-1 116.81 kN，小于抗力值-2 941.33 kN，最小剪力值為-2 195.24 kN，小于抗力值-3 118.54 kN。由計(jì)算結(jié)果可知，四種主梁間距均滿足規(guī)范要求。

2.3.2 正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

依據(jù)有限元模型計(jì)算結(jié)果，控制截面上的抗裂最大應(yīng)力值和容許應(yīng)力值見表2～表4。

表2 長期荷載作用下抗裂最大應(yīng)力值 MPa

表3 短期荷載作用下抗裂最大應(yīng)力值 MPa

表4 混凝土斜截面最大主拉應(yīng)力值 MPa

由表2～表4可以得知，長期荷載作用下主梁間距為2.20 m，2.60 m抗裂最大應(yīng)力值均大于容許值0 MPa，故兩種主梁間距不滿足規(guī)范要求。主梁間距2.35 m，2.47 m應(yīng)力值都滿足規(guī)范要求。

在短期荷載的作用下主梁間距為2.35 m，2.47 m抗裂最大應(yīng)力值均小于容許值-1.855 MPa。主梁間距2.35 m，2.47 m的混凝土斜截面的最大主拉應(yīng)力值均小于規(guī)范限值，故滿足規(guī)范要求。

2.3.3 持久狀況構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

依據(jù)有限元模型的計(jì)算結(jié)果，控制截面的最大應(yīng)力值和對應(yīng)最大容許應(yīng)力值見圖6，圖7。

由圖6，圖7可以得知，主梁間距2.35 m，2.47 m在使用階段的正截面、斜截面計(jì)算結(jié)果均小于規(guī)范限值，滿足要求。其中主梁間距2.35 m，2.47 m的上緣最大應(yīng)力值相近，主梁間距為2.47 m的下緣應(yīng)力值比主梁間距2.35 m大，接近5%。主梁間距2.35 m各個(gè)控制截面處的最大主壓應(yīng)力值均大于主梁間距為2.47 m。

3 結(jié)語

根據(jù)以上對三跨簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋不同主梁間距的受力分析，得到如下結(jié)論:

1)隨著主梁間距的增加，各個(gè)控制截面的彎矩、剪力值隨之減小。

2)主梁間距為2.35 m，2.47 m的主梁的上緣最大應(yīng)力值相近，主梁間距為2.47 m的主梁下緣應(yīng)力值比主梁間距為2.35 m的應(yīng)力值大，接近5%。主梁間距2.35 m的最大主壓應(yīng)力值在各個(gè)控制截面均大于主梁間距2.47 m，并且兩種主梁間距均滿足規(guī)范要求。

[1] 趙智慧.簡支變連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系分析[D].成都：西南交通大學(xué),2010.

[2] 魏曉全.公路T梁橋裂縫成因分析及其合理構(gòu)造研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2012.

[3] 賈艷敏,高 力.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

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

[5] JTJ D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Abstract: Taking Mongolian Baobei river bridge engineering as the background, through establishing different beam spacing finite element model, the paper analyzes beam stress conditions, and explores the influential degree of beam spacing upon internal bridge force, which will be good for selecting rational beam spacing and guaranteeing bridge structure safety.

Key words: beam spacing, finite element model, moment, shearing force, stress

Analysis for the effect of beam spacing on the interal forces of three-span continuous T-beam

Liu Xuejun1Jia Yanmin1*Li Maoting2

(1.CollegeofCivilEngineering，NortheastForestryUniversity，Harbin150040，China； 2.BridgeandTunnelEngineeringCo.,Ltd,ofCCCCFirstHighwayEngineeringCo.,Ltd，Gaobeidian074000，China)

2016-03-17

劉雪君(1990- )，女，在讀碩士； 李茂廷(1987- )，男，助理工程師

賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授

1009-6825(2016)15-0164-03

U448.212

A