橫隔板對簡支斜交T梁結(jié)構(gòu)受力行為影響分析

王　彬

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原　030006)

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橫隔板對簡支斜交T梁結(jié)構(gòu)受力行為影響分析

王彬

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原030006)

分別從幾種跨徑的斜交簡支T梁橫隔板布置形式、橫隔板個數(shù)及橫隔板厚度等方面對其結(jié)構(gòu)受力行為進(jìn)行分析。采用統(tǒng)計(jì)方法分析橫隔板個數(shù)及厚度等因素對主梁受力的影響規(guī)律。探討了跨內(nèi)橫隔板合理布置形式及跨中橫隔板的影響，同時給出了橫隔板個數(shù)及厚度合理取值范圍。

橫隔板；斜交簡支T梁；布置形式；橫隔板個數(shù)；橫隔板厚度

0　引言

簡支T梁因其施工簡便，跨越能力大等優(yōu)點(diǎn)，在斜交橋中得到了廣泛的應(yīng)用。斜交簡支T梁橫向?yàn)槎嘀髁航Y(jié)構(gòu)，為保證各主梁的整體受力，一般都要在跨內(nèi)設(shè)置橫隔板，又由于斜交橋與正交橋的支撐邊與橋跨方向角度不同，橫隔板的布置是影響斜交簡支T梁受力的主要因素之一。本文以多種跨徑斜交簡支T梁結(jié)構(gòu)為研究對象，分析跨內(nèi)橫隔板布置形式，橫隔板道數(shù)及橫隔板厚度對橫向各主梁的受力行為的影響，得到斜交簡支T梁橫隔板的最優(yōu)布置形式，為以后類似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考[1-3]。

1　橫隔板布置形式的影響

橫向多主梁簡支T梁的橫隔板布置形式主要有兩種：一是橫隔板平行于支撐邊；二是正交于橋跨方向?；谏鲜鰞煞N橫隔板布置形式，對于斜交簡支T梁沿跨內(nèi)布置也有兩種形式：一是端橫隔板都平行于支撐邊，中橫隔板正交與橋跨方向；二是端、中橫隔板都平行于支撐邊。為探討橫隔板布置形式對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，本篇以30 m跨徑斜交簡支T梁為研究對象，橫向布置5片主梁，橫隔板布置形式如圖1、圖2所示。

圖1　斜交橫隔板布置圖(單位：cm)

圖2　正交橫隔板布置圖(單位：cm)

圖3　偏載橫向位置(單位：cm)

圖4　中載橫向位置(單位：cm)

采用MIDAS有限元分析軟件按照空間梁格結(jié)構(gòu)剛度等效的原則，按照如圖3、圖4所示汽車荷載作用偏心位置進(jìn)行加載，計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。

表1　主梁跨中最大撓度計(jì)算值　mm

表2　跨中橫隔板最大內(nèi)力計(jì)算值　kN·m

從表1可以看出，在汽車荷載偏載作用下，橫隔板斜交的主梁最大撓度比橫隔板正交大6.5%；在汽車荷載中載作用下，橫隔板斜交的主梁最大撓度比橫隔板正交大9.2%；橫隔板正交的主梁撓度相對于斜交更趨于均衡，這是由于相鄰兩個主梁間的橫隔板長度最短，相同截面尺寸的橫隔板正交較斜交剛度大，分散荷載的能力也就相對較強(qiáng)。

從表2可以看出，無論汽車荷載是偏心布置還是中載布置，跨中橫隔板的內(nèi)力都是橫隔板斜交較橫隔板正交要大得多，分別大203.1%和144.3%。從表1、表2可以看出，中橫隔板正交與橋跨方向的布置形式對主梁及其自身的受力方面更為有利。

2　跨中橫隔板的影響

本文參考文獻(xiàn)《橋梁工程》中提出端橫隔梁是必須設(shè)置的，而跨中橫隔板盡管在實(shí)際工程中應(yīng)用較多，但現(xiàn)有文獻(xiàn)卻沒有硬性規(guī)定[4]。本文從實(shí)際出發(fā)，按照圖3～圖4方式加載，以簡支斜交30 m跨徑T梁為研究對象 ，分析橫向各片主梁撓度及應(yīng)力與跨中橫隔板布置的關(guān)系，探討跨中橫隔板對其整體受力性能的影響，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5～圖8所示。

圖5　偏載撓度與跨中橫隔板關(guān)系曲線

圖6　偏載應(yīng)力與跨中橫隔板關(guān)系曲線

圖7　中載撓度與跨中橫隔板關(guān)系曲線

圖8　中載應(yīng)力與跨中橫隔板關(guān)系曲線

從圖5、圖7 可以看出，無論是偏載還是中載，當(dāng)跨中沒有橫隔板時，橫向各片主梁豎向撓度最大相差114%；當(dāng)跨中設(shè)置橫隔板時，橫向各片主梁豎向撓度最大相差55%，說明設(shè)置跨中橫隔板，截面抗扭剛度有了一定提高，同時撓度曲線變得順直，表明起到了增強(qiáng)抵抗主梁畸變的能力[5]。

從圖6、圖8看出，在偏載及中載作用下，主梁下緣最大拉應(yīng)力在設(shè)置跨中橫隔板后差值變小，且應(yīng)力曲線也趨于順直線，也說明了設(shè)置跨中橫隔板對于增強(qiáng)橫向各片主梁整體性有了很大的作用，本文建議對于此類橋型，應(yīng)設(shè)置跨中橫隔板，這與工程實(shí)際應(yīng)用是相符合的。

3　跨內(nèi)橫隔板個數(shù)的影響

為研究斜交簡支T梁橫隔板橫隔板個數(shù)的影響，本篇選取20 m、30 m、40 m 3種跨徑為研究對象，橫隔板布置個數(shù)從2依次增加到9，2道橫隔板為兩個端橫隔板布置，3道橫隔板為2個端橫隔板及一個中橫隔板，大于3道橫隔板在跨內(nèi)均勻布置。按照圖3～圖4活載方式加載，按照等效梁格法建立分析模型，計(jì)算橫向各主梁跨中最大撓度及下緣最大拉應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果如圖9～圖20所示。

圖9　20 m跨偏載撓度與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖10　30 m跨偏載撓度與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖11　40 m跨偏載撓度與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖12　20 m跨中載撓度與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖13　30 m跨中載撓度與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖14　40 m跨中載撓度與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖15　20 m跨偏載應(yīng)力與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖16　30 m跨偏載應(yīng)力與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖17　40 m跨偏載應(yīng)力與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖18　20 m跨中載應(yīng)力與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖19　30 m跨中載應(yīng)力與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

圖20　40 m跨中載應(yīng)力與橫隔板個數(shù)關(guān)系曲線

從圖9～圖20可以看出，當(dāng)設(shè)置2道橫隔板時，無論是偏載還是中載，橫向各主梁受力狀態(tài)相差較大，隨著橫隔板個數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)整體剛度逐漸增大，橫向各主梁在橫隔板作用下整體受力，受力狀態(tài)也趨于相同。

從圖9～圖15看以看出，在活載中載時，橫隔板對改善橫向各主梁的整體受力效果要優(yōu)于活載偏載偏載狀態(tài)。

橫隔板的設(shè)置對加強(qiáng)橫向各主梁的整體剛度，提高橋跨的實(shí)際承載能力有很大的作用，但從圖5～圖16結(jié)果表明，當(dāng)橫隔板個數(shù)大于5道的時候，其對橫向各主梁的整體受力效果減少，同時還對主梁受力增加負(fù)擔(dān)，而且還對施工造成困難，因此參照計(jì)算結(jié)果建議選取跨內(nèi)布置5道橫隔板對斜交簡支T梁為最優(yōu)[6-7]。

4　橫隔板厚度的影響

從上述分析結(jié)果，為研究橫隔板厚度，選取跨內(nèi)布置5道橫隔板的30 m斜交簡支T梁為研究對象，橫隔板高度參考文獻(xiàn)《橋梁工程》取為0.9倍的梁肋高度，厚度取為0.5h、0.75h、1h、1.25h、1.5h，h為梁肋寬度，按照如圖4進(jìn)行活載中載加載，計(jì)算橫向各主梁跨中最大撓度如圖21所示。

從圖21中可以看出，隨著橫隔板厚度的增大，橫向各主梁的最大撓度不斷減少，且各主梁的撓度值越趨于一致，這是由于橫隔板剛度的增大，簡支T梁的整體性越好，在活載中載布置下橫向各主梁能更好的共同受力；但隨著橫隔板厚度的增大，也要增大主梁受力負(fù)擔(dān)，且沒必要，從圖21可以看出，橫隔板厚度取在0.75h～1.25h之間時，橫向各主梁最大撓度變化率最大。

圖21　主梁撓度與橫隔板厚度關(guān)系曲線

5　結(jié)論

(1)跨中橫隔板正交布置較斜交剛度大，在汽車荷載作用下主梁受力效果更好。

(2)對于斜交簡支T梁，橫隔板布置5道時無論主梁受力狀態(tài)還是施工困難都是可行的。

(3)跨中橫隔板的設(shè)置對于提高橫向各片主梁的截面的抗扭剛度，增強(qiáng)截面抗畸變能力有一定作用。

(4)隨著橫隔板剛度的增大，橫向各主梁的最大撓度不斷減少，且各主梁的撓度值越趨于一致，當(dāng)橫隔板厚度取在0.75～1.25倍的梁肋厚度時，主梁撓度變化最明顯。

[1]呂玉匣，劉炎海.橫隔板對多主梁結(jié)構(gòu)受力行為的影響分析[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報，2004， 23(1)：38-42.

[2] 姜愛國. 異形斜交T形梁橋設(shè)計(jì)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，2006.

[3] 徐光輝，胡明義. 梁橋[M]. 北京：人民交通出版社，1998.

[4] 邵旭東.橋梁工程[M]. 北京：人民交通出版社，2003.

[5] 楊英武，尹宗學(xué)，王柏生.箱型梁橋橫隔板的作用分析[J].中南公路工程，2005，30(2)：52-54.

[6] 黃平明.斜梁橋設(shè)計(jì)理論及模型試驗(yàn)研究[D].南京：東南大學(xué)土木工程學(xué)院，1995.

[7] 黃平明.斜梁橋模型試驗(yàn)研究[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報，1999，19 (1)：41-47.

[8] 傅卯生.汾河矮塔斜拉橋模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].山西交通科技，2006，179(2)：35-37.

Analysis of Effect of Diaphragm Plate on Behavior of Oblique-crossing Simply-supported T-beam Structure

Wang Bin

(Shanxi Transportation Research Institute,Taiyuan 030006,China)

In this paper, the stress behavior of oblique-crossing simply-supported T-beam of different span is analyzed from the aspects of the diaphragm plate's arrangement, the number of the diaphragm plate and the thickness of the diaphragm plate. Using statistical methods to analyze the influence of number and thickness of diaphragm plate on the girder. Reasonable layout forms of diaphragm plates within the span and the influence of the mid-span diaphragm plates are discussed, and the reasonable value range of the number and thickness of diaphragm plates are given.

diaphragm plate;oblique-crossing simply-supported T-beam;layout forms;the number of diaphragm plate;the thickness of diaphragm plate

2015-05-15責(zé)任編輯:劉憲福DOI:10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2016.03.04

王彬(1984-)，男，工程師，研究方向?yàn)榇罂鐝綐蛄涸O(shè)計(jì)理論。E-mail：wangbin507705@163.com

U448.27

A

2095-0373(2016)03-0021-05

王彬.橫隔板對簡支斜交T梁結(jié)構(gòu)受力行為影響分析[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2016,29(3):21-25.