在役簡(jiǎn)支T梁橋橫向分布計(jì)算方法及試驗(yàn)對(duì)比研究

申雁鵬

（山西省交通科學(xué)研究院橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

早期修建的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支橋面連續(xù)裝配式T梁橋，橫向聯(lián)系采用在橫隔板底端、翼緣板邊緣預(yù)埋型鋼，T梁預(yù)制拼裝完成后，焊接預(yù)埋件，使橋梁形成整體。為明確該類(lèi)橋梁橫向分布規(guī)律，本文通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算、有限元梁格模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)橋論證，探討了適用于該類(lèi)橋梁橫向分布的計(jì)算方法。

1 工程概況

背景橋梁為一座全長(zhǎng)346 m的裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋，通車(chē)運(yùn)營(yíng)40余年，上部結(jié)構(gòu)跨徑組合為17-20 m，橫橋向由6片等截面T梁組成。每跨設(shè)5道橫向連接構(gòu)件，分別位于支點(diǎn)、跨中及四分點(diǎn)。橋面布置為凈9.0 m+2×0.5 m柱式護(hù)欄，荷載等級(jí)為汽車(chē)-10級(jí)，橫斷面布置如圖1所示。橋梁普查發(fā)現(xiàn)，T梁橫向連接構(gòu)件完好，無(wú)破損與松動(dòng)現(xiàn)象，主梁橫向連接見(jiàn)圖2。

圖1 跨中、支點(diǎn)橫斷面布置圖（單位：cm）

2 橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 梁格模擬

本橋通過(guò)有限元程序MIDAS 2010進(jìn)行梁格模擬、加載及計(jì)算。主梁采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，橫向聯(lián)系采用虛擬橫梁進(jìn)行模擬，建立1-20 m T梁模型，全橋共185個(gè)單元，全橋模型如圖3所示。

圖2 主梁橫向連接圖

圖3 MIDAS分析模型

2.2 計(jì)算結(jié)果

為比較橫向鉸接與剛接兩種不同模式，梁格模型中，鉸接模擬采用釋放虛擬橫梁梁端約束實(shí)現(xiàn)。兩種模式下計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 有限元模擬計(jì)算橫向分布

3 簡(jiǎn)化方法計(jì)算

由多片主梁通過(guò)橋面板及橫向聯(lián)系組成的橋梁，車(chē)輛荷載作用時(shí)，沿順橋向與橫橋向同時(shí)分布，故各片主梁參與受力程度不同，橫向分布轉(zhuǎn)化為空間求解問(wèn)題。三維模式下求解指定截面的最不利受力狀態(tài)，過(guò)程極為繁瑣。因此，簡(jiǎn)化近似計(jì)算方法變得極為便捷。簡(jiǎn)化近似方法中計(jì)算T梁橋的橫向分布影響線(xiàn)及橫向分布系數(shù)，常用的方法有：修正偏心壓力法、鉸接板（梁）法、剛接梁法。

修正偏心壓力法適用范圍：a）適用于B/L≤0.5的窄橋，其中B是橋梁寬度，L是橋梁計(jì)算跨徑。b）至少有5片橫向連接的橋梁，鉸接板（梁）法適用范圍：僅在翼板間用焊接鋼板或伸出交叉鋼筋連接的無(wú)中間橫隔梁的裝配式橋；剛接梁法適用范圍：適用于翼緣板之間是剛性連接及有橫隔梁的肋梁橋[1]。3種計(jì)算方式結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 簡(jiǎn)化方法計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方案

取跨中斷面作為測(cè)試截面，每片梁跨中位置布設(shè)1個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)。橫向分布系數(shù)的測(cè)試按汽車(chē)-10級(jí)采用2輛26 t重車(chē)布載，布載位置如圖4所示。

圖4 加載車(chē)輛布置圖（單位：cm）

4.2 實(shí)測(cè)橫向分布

通過(guò)上文所述的荷載工況加載，同一荷載工況分級(jí)加載實(shí)測(cè)荷載橫向分布如表3所示。實(shí)測(cè)荷載橫向分布系數(shù)采用如式（1）公式[2]：

式中：mi為實(shí)測(cè)第i號(hào)主梁荷載橫向分布系數(shù)；N為加載車(chē)道數(shù)；fi為試驗(yàn)荷載作用下，第i號(hào)主梁測(cè)試指標(biāo)值；n為主梁根數(shù)。

表3 橫向分布系數(shù)實(shí)測(cè)值

5 對(duì)比分析

圖5給出了梁格模擬（剛接）、梁格模擬（鉸接）、修正偏心壓力法、剛接梁法、鉸接板（梁）法及實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)的比較。

圖5 背景橋梁橫向分布系數(shù)對(duì)比圖

由圖5可知：a）驗(yàn)證試驗(yàn)作為檢驗(yàn)橫向分布計(jì)算模式的重要手段，可對(duì)橋梁受力狀況作出正確評(píng)估。b）剛接類(lèi)計(jì)算模式與背景橋梁橫線(xiàn)分布較符合，比實(shí)測(cè)值略大，分析可能原因：理論計(jì)算時(shí)，未考慮橋面鋪裝參與受力。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)背景橋梁梁格模擬、簡(jiǎn)化方法計(jì)算及實(shí)橋驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：a）在橫隔板底端、翼緣板邊緣預(yù)埋型鋼，拼裝完成后焊接預(yù)埋件的橋梁，實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)值與理論計(jì)算值中修正偏壓法、剛接梁法及梁格模擬（剛接）中更為接近，整體趨勢(shì)吻合度較高；此類(lèi)連接方式與鉸接類(lèi)模擬方式不符。b）從橫向分布實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值吻合較好，可以驗(yàn)證橫向連接構(gòu)件完好，無(wú)破損與松動(dòng)現(xiàn)象，各梁間協(xié)同受力良好，不存在單梁受力現(xiàn)象。