淺談T梁橋橫隔板設(shè)計優(yōu)化

周少林， 趙 蒸

(山東高速四川產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，四川樂山 614000)

淺談T梁橋橫隔板設(shè)計優(yōu)化

周少林， 趙 蒸

(山東高速四川產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，四川樂山 614000)

文章以簡支T梁為研究對象，研究了橫隔板厚度對其靜動力行為的影響，并計算分析不同橫隔板厚度對結(jié)構(gòu)受力的影響。通過對橋梁進行靜力計算分析，針對五種不同工況計算不同橫隔板厚度時梁端縱向位移、跨中梁底縱向應(yīng)力和梁頂濕接縫處橫向應(yīng)力，分析橫隔板厚度對橋梁靜力性能的影響。最后，計算分析橋梁自振特性，采用反應(yīng)譜法和時程法分別對其動力性能進行計算分析，所得結(jié)論可為該類型橋梁的優(yōu)化設(shè)計提供有益參考。

T梁； 橫隔板； 有限元； 荷載； 應(yīng)力

簡支T梁橋是我國應(yīng)用最廣泛的公路橋梁的一種橋梁形式。但近年來國內(nèi)發(fā)生多次橋梁損壞事故說明，當多片梁橋整體性弱時，梁片間整體性就差，單片梁受力較大。在超重車輛的反復作用下，絕大部分荷載主要由1～2片梁承受，其他梁片的協(xié)同作用比較小，故容易發(fā)生安全事故。

常見的T梁病害包括：梁底橫向裂縫、梁頂濕接縫處縱向裂縫、梁端伸縮縫破壞和支座失效，可見，提高多片梁橋的整體性可以改善其發(fā)生風險時的可靠性和長期使用后的耐久性[1-3]。

本文參考30 m跨度簡支多片T梁橋的通用圖，研究了橫隔板對多片梁橋整體性的影響，計算分析不同橫隔板厚度對其整體性的影響。

1 結(jié)構(gòu)概述

簡支 T梁橋跨徑30 m，梁高2 m，橋?qū)?4.5 m，橫向由5片T梁組成，在梁端、跨中和1/4跨各設(shè)一道橫隔板(共5道)。支座為板式橡膠支座。設(shè)計荷載為公路-I級荷載；考慮地震反應(yīng)分析的場地條件為Ⅱ類，橋梁為B類，地震設(shè)防烈度為7度，其最大水平加速度為0.1g。橋梁立面布置如圖1所示。

圖1 橋梁立面布置

2 計算方法

2.1 有限元詳細模型

采用ANSYS[4]建立模型，全橋采用實體單元Solid45進行模擬，預應(yīng)力鋼束采用桿單元Link8進行模擬，以初應(yīng)變的方式施加，并考慮0.87的系數(shù)(預應(yīng)力損失)。橋面鋪裝采用8 cm現(xiàn)澆混凝土+10 cm瀝青混凝土，用Solid45模擬，以考慮車輛荷載輪壓在橋面上的擴散效應(yīng)。全橋有限元模型如圖2所示。

橫隔板厚度分別采用200 mm、400 mm、600 mm和50 mm(考慮橫隔板部分失效)。計算分析不同厚度橫隔板對橋梁在車輛荷載作用下的梁端縱向位移、跨中梁底縱向應(yīng)力和頂板濕接縫處橫向應(yīng)力的影響，并分析不同厚度橫隔板橋梁的整體性能。

2.2 荷載作用

圖2 全橋有限元模型

采用《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中標準值為550 kN的車輛荷載，分五種加載工況：中梁跨中加載、中梁1/4跨加載、邊梁1/4跨偏心加載、支座部分失效時1/4跨偏心加載和邊梁跨中偏心加載。每種工況下計算分析不同橫隔板厚度時梁端縱向位移、跨中梁底縱向應(yīng)力和頂板濕接縫處橫向應(yīng)力。在模型中分別用200×300 mm(前輪)和200×600 mm(中、后輪)的輪胎塊將軸重施加到橋面鋪裝上。中梁跨中加載車輛荷載的布置形式見圖3。

圖3 車輛荷載加載橫斷面

3 工況一下中梁跨中加載計算結(jié)果

3.1 梁底縱向應(yīng)力

在該工況下，當端橫隔板厚度分別為50 mm、200 mm、400 mm和600 mm時，跨中截面梁底縱向壓應(yīng)力最大值分別為10.32 MPa、10.316 MPa、10.396 MPa和10.407 MPa。隨著端橫隔板厚度的增大，各片主梁梁底的壓應(yīng)力儲備逐漸增大，壓應(yīng)力分布也更加均勻。整體性增大使得跨中截面更不易出現(xiàn)拉應(yīng)力，不易開裂，撓度減小，從而保證了橋梁的安全性。當端橫隔板厚200 mm時，梁底縱向應(yīng)力見圖4。

圖4 端橫隔板厚200 mm梁底縱向應(yīng)力(單位:MPa)

3.2 濕接縫橫向應(yīng)力

隨著橫隔板厚度的增加梁頂濕接縫處橫向應(yīng)力特別是拉應(yīng)力有著明顯的減小。該處拉應(yīng)力較大說明單片梁間沒有共同受力，變形差大，整體性差。當端橫隔板按照通用圖設(shè)計為200 mm厚時頂板濕接縫處橫向拉應(yīng)力為0.818 MPa，而當端橫隔板加厚至400 mm時，拉應(yīng)力僅為0.679 MPa，600 mm時，僅為0.644 MPa。端橫隔板厚200 mm濕按縫橫向應(yīng)力見圖5。

圖5 端橫隔板厚200 mm濕接縫橫向應(yīng)力 (單位:MPa)

4 工況二下邊梁跨中加載計算結(jié)果

4.1 梁底縱向應(yīng)力

在該工況下，當端橫隔板厚度分別為50 mm、200 mm、400 mm和600 mm時，跨中截面梁底縱向壓應(yīng)力最大值分別為12.3 MPa、12.07 MPa、11.8 MPa和11.6 MPa?？缰薪孛婵v向壓應(yīng)力最小值分別為0.93 MPa、1.46 MPa、1.59 MPa和1.63 MPa。

當端橫隔板厚200 mm時，梁底縱向應(yīng)力見圖6。

圖6 端橫隔板厚200 mm梁底縱向應(yīng)力(單位: MPa)

4.2 梁頂濕接縫橫向應(yīng)力

當端橫隔板厚度分別為50 mm、200 mm、400 mm和600 mm時，濕接縫處橫向拉應(yīng)力最大值分別為1.58 MPa、1.18 MPa、1.0 MPa和0.9 MPa。端橫隔板厚度為50 mm時濕接縫橫向應(yīng)力如圖7所示。

圖7 端橫隔板厚50 mm濕接縫橫向應(yīng)力(單位: MPa)

由此可知，同時增厚端橫隔板和中橫隔板能有效改善簡支多片T梁橋的靜力性能，特別是跨中梁底縱向應(yīng)力。

5 結(jié)論

對于簡支多篇T梁，增加端部和中間橫隔板厚度可以顯著改善上部結(jié)構(gòu)的整體性，降低T梁橋梁底的縱向應(yīng)力，本文應(yīng)力計算結(jié)果也證明了該方法的可靠性。

[1] 徐建煒. T形梁橋整體剛度研究 [D]. 長安大學, 2009.

[2] 薛倬昆. 混凝土T梁橋合理耐用性能研究研究 [D]. 長安大學, 2010.

[3] 杜慧. 連續(xù)T梁橋荷載橫向分布計算方法及其試驗研究 [D]. 長安大學, 2013.

[4] ANSYSInc.User’s manual, 2011.

U442.5

A

[定稿日期]2017-08-08