基于梁格法的T梁梁橋受力影響因素分析

覃婷

摘要：文章基于梁格法理論，運用Midas軟件建立梁格法模型，將其與傳統(tǒng)計算方法進行對比，并以百特林大橋為背景，分析連續(xù)T梁斜交角度及混凝土收縮對其受力的影響。研究結(jié)果表明：選用合理正確的模型參數(shù)，梁格法模型計算的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)計算方法結(jié)果差別較小，滿足工程計算要求;適當(dāng)增大角度可減小T梁支承處剪力，邊梁端部支反力對于角度的變化敏感，角度增大，支反力減小;主梁混凝土收縮效應(yīng)不利于其結(jié)構(gòu)受力，需要嚴(yán)格控制每片梁之間齡期差別，提高主梁養(yǎng)護質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：梁格法;Midas;斜交角收縮效應(yīng)

0 引言

20世紀(jì)后半葉，我國橋梁建設(shè)隨著國力的增加發(fā)展迅速。橋梁運營期間狀態(tài)是否良好，不僅依靠后期橋梁的管養(yǎng)工作，也不能忽視橋梁本身設(shè)計以及施工中的質(zhì)量控制。

本文由梁格法計算理論，建立百林特大橋有限元模型，比較傳統(tǒng)計算方法與梁格法模型的計算結(jié)果，同時，從設(shè)計以及施工方面考慮，分析不同斜交角度以及施工齡期對于橋梁受力的影響，為以后橋梁的維護周期以及橋梁健康狀況分析提供參考。

1 梁格法原理及參數(shù)選取

梁格法原理是根據(jù)結(jié)構(gòu)性質(zhì)和特點來列出劃分，用與之相匹配的框架來替代上部結(jié)構(gòu)，每個與之匹配的梁體的抗彎、扭（剛度）可以直接匹配到該框架上，且實際上部結(jié)構(gòu)的受力（橫軸向）和變形可以通過該框架分析計算就能得到[1]。

對于此橋計算示意圖見圖1。在計算模型中，虛擬橫梁的截面寬度b取為主梁間距一致[2]，彈性模量E取為與主梁一致。取T形邊主梁的翼板平均厚度為t[3]，以中橫隔梁為中心線，向兩側(cè)各延伸l/2（l為相鄰橫隔梁的間距）作為T形橫隔梁的翼板寬，得到橫橋向的T形截面對T形橫隔梁的受壓翼板有效作用寬度λ進行計算[4]。再計算頂板寬度為（2λ+δ）的T形截面?？箯潙T矩IY和單寬抗彎慣矩JY=IY/l。最后虛擬橫梁的截面高度h可取為式（1）：

2 工程概況及有限元模擬

本文以百林特大橋為工程背景，此橋為簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋，橫向為預(yù)制T梁，梁之間以混凝土作為后澆帶，橋面設(shè)置約18cm厚的現(xiàn)澆面層，一聯(lián)為（3×40）m。具體見圖2～3。

根據(jù)圖紙所給數(shù)據(jù)以及梁格法建模要求，運用Midas軟件建立百林特大橋有限元分析模型，選取其中一聯(lián)（3×40）m來作為分析對象，離散成500個節(jié)點，521個單元，每跨T梁建立5道橫向聯(lián)系，虛擬橫梁彈模與縱梁相同，寬度取縱梁間距。模型如圖4所示。

選用“剛接梁法”以及“G-M法”求橫向分布影響線豎標(biāo)值，以此驗證梁格法模型的準(zhǔn)確性，前者按照力法原理建立力法方程，通過簡單編程即可求解，后者通過解析式就可求解[5]。有限元模型的計算橫向分布系數(shù)計算公式如式（2）所示：

根據(jù)表1所示，由于“剛接梁法”以及“G-M法”所得的橫向分布系數(shù)總體偏大，這樣會在設(shè)計上使主梁尺寸及用料增加，就算在有限的范圍內(nèi)對安全性有所提升，但不經(jīng)濟，對于使用資源有部分的浪費。而且梁格法與前兩種方法相比，總體趨勢相近，差值較小，其精度完全可以滿足工程計算需要。

[HS（4]3 連續(xù)T梁橋受力分析

3.1 斜交角度

為了研究連續(xù)T梁斜交角度不同其受力特點，以百特林大橋為背景分別建立斜交角度0°為基準(zhǔn)，以5°依次遞增的T梁梁格模型。

根據(jù)下頁圖5所示，兩種荷載作用下，最大正、負彎矩變化均較為平穩(wěn)，恒載作用下，主梁最大負彎矩值大于正彎矩值，說明斜交角度對于彎矩影響較小，且恒載作用下以負彎矩控制為主。

對于斜交梁橋來說，主梁端部受力較為重要，現(xiàn)提取端部剪力值以及支反力，計算結(jié)果見圖6、圖7。

（1）由圖6數(shù)據(jù)表明：在恒載作用下，主梁梁端剪力值總體變化趨勢一致，呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，剪力值與斜交角度呈反比，說明斜交角度<25°時，斜交角度增大，T梁支承處剪力減小;斜交角度>25°時剪力會有明顯上升的趨勢。

（2）從圖7顯示的數(shù)據(jù)來看，2#主梁與3#主梁支反力變化趨勢均先增大后減小，且數(shù)值較為接近;1#主梁支反力相較于其他主梁支反力，偏差值較大，且斜交角度增大，支反力下降更為明顯，說明邊梁端部支反力對于角度的變化敏感，角度增大，支反力減小。

3.2 混凝土收縮效應(yīng)

為了研究混凝土收縮效應(yīng)影響，需要首先確定合理的收縮預(yù)測模型?，F(xiàn)參考相關(guān)文獻研究成果[6]，選取GL2000預(yù)測模型，其使用范圍廣泛，且計算公式也較為簡單通用。收縮應(yīng)變函數(shù)表達式式（3）如下：

通過Midas軟件中用戶自定義收縮函數(shù)模型，建立百特林大橋有限元模型。為了數(shù)據(jù)表現(xiàn)出明顯的變化，現(xiàn)分析預(yù)制主梁在15d、25d、35d齡期差下其軸力情況（見表2）。

根據(jù)表2計算結(jié)果，相同齡期差下，從邊梁到中梁，軸力不斷增大，最大增幅為79.5%;同一片梁，隨著齡期差增加，軸力值也相應(yīng)提高，最大達到了947.68kN，換算后其拉應(yīng)力值接近1MPa，故應(yīng)適當(dāng)減小主梁之間的齡期差，降低因齡期差過大產(chǎn)生的影響。

現(xiàn)將齡期差25d模型提取，改變主梁拼裝時差，計算結(jié)果見圖8。

由圖8數(shù)據(jù)可知，同一片梁，主梁拼裝時間增加，其收縮導(dǎo)致的軸力值不斷減小;相同拼裝時間，收縮產(chǎn)生的軸力對于中梁影響更大。

綜上所述，在進行主梁預(yù)制時，要嚴(yán)格控制每片梁之間的齡期差，降低其對于結(jié)構(gòu)受力的影響，同時也可延長拼裝時間，控制主梁養(yǎng)護質(zhì)量來達到目的。

4 結(jié)語

（1）對于T梁梁橋來說，“剛接梁法”以及“G-M法”屬于偏安全的計算方法，對于工程計算來說，梁格法計算滿足要求，且可在一定程度上方便設(shè)計人員對橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化。

（2）以百特林大橋為背景，在恒載作用下，其T梁受力以負彎矩為主，斜交角度<25°時，斜交角度增大，T梁支承處剪力減小，邊梁端部支反力對于角度的變化敏感，角度增大，支反力減小。

（3）施工過程中，要嚴(yán)格控制每片梁之間齡期的差別，控制主梁養(yǎng)護質(zhì)量，降低混凝土收縮對結(jié)構(gòu)受力的影響。

參考文獻：

[1]劉志宏，張 明，黃宏力.梁格法在橋梁結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019（14）：1-3.

[2]姚玲森.橋梁工程（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]竇麗云，董 軍，李 瑋.基于剛接板梁法求解荷載橫向分布的計算機輔助分析[J].西南林學(xué)院學(xué)報，2006，26（2）：80-82.

[4]張玥.G-M法解析公式在T形梁橋橫隔梁彎矩計算中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報，2011（3）：274-277.

[5]JTG3362-2018，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[6]張文遠，王朝鋒，王 龍.先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁主梁間不均勻收縮效應(yīng)分析[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，32（1）：62-66.