橫向整固T 梁橋復(fù)合桁架技術(shù)的分析研究

趙帥奇

（山西晉宇路橋工程有限責(zé)任公司,山西 太原 030000）

0 引言

T 梁橋復(fù)合桁架橫向整固技術(shù)是目前橋梁工程建設(shè)環(huán)節(jié)非常重要的施工技術(shù)類型，使得四種桁架結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)固的效果。應(yīng)用有限元ABAQUS 模擬計算分析，其主要特點是進行中載、偏載方面的分析，掌握載荷數(shù)據(jù)信息[1]。以工程案例作為基礎(chǔ)，進行實用參數(shù)和技術(shù)狀態(tài)的模擬與計算，總結(jié)出主三角桁架結(jié)構(gòu)、K 型桁架結(jié)構(gòu)整固效果得到提升，滿足應(yīng)用技術(shù)的要求，為今后相同類型工程項目建設(shè)實施提供支持。

1 案例和整固方案

某橋梁項目選用T 梁結(jié)構(gòu)，按照工程施工標準要求，進行合理的簡化、改進與分析，從而為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。該工程的長度設(shè)計為60 m，高度設(shè)計為1.68 m，橋梁設(shè)計有5 根橫向T 梁，且T 梁的翼緣設(shè)計為1.6 m，厚度設(shè)計為0.18 m。此外，T 梁相互間的對接寬度設(shè)計為0.8 mm。整個橋梁采用3 跨結(jié)構(gòu)，每個跨度長度為20 m，在各跨度的端部位置設(shè)置橫隔板。

通過將混凝土材料灌入鋼管內(nèi)部，采用復(fù)合桁架結(jié)構(gòu)形式，有效提升結(jié)構(gòu)的抗壓和抗拉性能。在桁架裝配完成后，通過預(yù)制孔洞的方式方便快捷地充注混凝土，實現(xiàn)現(xiàn)場施工的便利。桁架系統(tǒng)橫向布置在T 梁之間，通過調(diào)整T 梁的應(yīng)力狀態(tài)，增強橫向結(jié)構(gòu)性能，從而提升整體性能。該方法具有高預(yù)制強度和輕質(zhì)化特點，且能快速恢復(fù)通行，是常見的整固方案之一。為確保復(fù)合桁架整固效果達標，保持T 梁翼緣部位的應(yīng)力狀態(tài)，并在T 梁桁架接觸點設(shè)置長1 m、高0.1 m 的矩形墊板。結(jié)構(gòu)選擇混凝土填充的鋼管外殼，并包裹8 mm 厚度的鋼板。頂部墊板采用錨栓連接，復(fù)合桁架與底面焊接，形成穩(wěn)固的整體結(jié)構(gòu)[2]。

2 重點參數(shù)和計算模型

通過采用ABAQUS 有限元分析工具，對鋼混結(jié)構(gòu)進行詳細研究，重點關(guān)注分離型、組合型和整體型三種模擬分析方法。該文主要選擇復(fù)合桁架的方式進行加固處理，以掌握這些措施對橋梁形變的影響。考慮該項目的研究目標，不必對混凝土與鋼筋的相互作用和影響進行詳細分析，因此，需要結(jié)合實際采取整體式模型進行全面分析。在整體模型建立的過程中，設(shè)定了性能參數(shù)、鋼筋配筋率等多項參數(shù)，通過對這些參數(shù)的換算和分析，將內(nèi)部鋼筋均勻地分布在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并將其與混凝土相融合，以滿足均勻性的要求。

2.1 材料與荷載參數(shù)計算分析

該橋梁工程材料與車輛荷載參數(shù)分別見表1~2。

表1 材料參數(shù)

表2 車輛參數(shù)

2.2 網(wǎng)絡(luò)模型和邊界條件

通過應(yīng)用有限元ABAQUS 模型展開分析，建設(shè)數(shù)理模型。在模型的構(gòu)建過程中，對橋梁的不同方向進行合理劃分。具體而言，將橋面板的高度方向劃分為Y 軸方向，橫向劃分為X 軸方向，而縱向則對應(yīng)于Z 軸。在網(wǎng)絡(luò)劃分的過程中，采用線性的C3D6 楔形單元和線性的C3D8R 六面體單元，以確保模型的精確性和可靠性。通過將問題分解成這些單元，能夠更加準確地對結(jié)構(gòu)進行建模，從而得到更接近實際情況的仿真結(jié)果。在模型的邊界條件設(shè)置中，針對不同區(qū)域進行約束的安排[3]。具體而言，在模型的梁底部高度為0 m、40 m 和60 m 的區(qū)域，設(shè)置兩向（X 和Y 方向）的約束。而在梁底部高度為20 m 的區(qū)域，則設(shè)置三向（X、Y 和Z 方向）的約束。這樣的邊界條件的設(shè)定基于目前支撐部件的結(jié)構(gòu)性能進行分析，以確保模型在仿真過程中的合理性和準確性。

3 不同方案的整固功效影響探討

針對不同方案分析，為探明不同結(jié)構(gòu)復(fù)合桁架的加固效果，該研究深入分析各種配置下的復(fù)合桁架整固效果，以確定最佳的整固方式，滿足橋梁工程建設(shè)的需求。跨中各梁底一排桁架整固時測點撓度分布以及跨中各梁底（兩排）桁架整固時測點撓度分布分別見表3~4。

表3 跨中各梁底一排桁架整固時測點撓度分布

表4 跨中各梁底兩排桁架整固時測點撓度分布

該文將介紹四種不同的復(fù)合桁架設(shè)計方案：

方案Ⅰ：長通底梁三角型復(fù)合桁架；

方案Ⅱ：分離底梁三角型復(fù)合桁架；

方案Ⅲ：長通底梁K 型復(fù)合桁架；

方案Ⅳ：分離底梁K 型復(fù)合桁架。

同時，將探討在復(fù)合桁架整固處理中所關(guān)注的關(guān)鍵問題，以及如何在不同工況下進行分析和優(yōu)化。復(fù)合桁架的設(shè)計方案是橋梁工程中的基礎(chǔ)，不同的方案選擇將直接影響橋梁的整體性能。方案Ⅰ和Ⅱ采用了不同的底梁結(jié)構(gòu)，其中方案Ⅰ采用長通底梁，方案Ⅱ采用分離底梁，方案Ⅲ和Ⅳ則在底梁的基礎(chǔ)上加入了K 型結(jié)構(gòu)。這些方案的選擇需要綜合考慮橋梁的跨度、荷載條件、材料成本等因素，以便選擇出最合適的設(shè)計方案。

在復(fù)合桁架的整固處理中，一個主要目標是確保桁架內(nèi)部各個節(jié)點的連接牢固，以及減小桁架的撓度峰值參數(shù)，從而實現(xiàn)整個桁架結(jié)構(gòu)的均勻受力。在中載運行條件下，觀察到中梁的一些關(guān)聯(lián)區(qū)域出現(xiàn)了跨中撓度峰值現(xiàn)象。為了優(yōu)化整固效果，需要詳細分析A3 檢測點的撓度削弱率和減小量，通過對比不同方案在中載條件下的表現(xiàn)，找出最優(yōu)解。而在偏載條件下，則發(fā)現(xiàn)載荷中心的第二片T 梁底部出現(xiàn)了撓度峰值。因此，在偏載方案確定的階段，需要集中關(guān)注A2 檢測點的撓度削弱量和減小量，有助于選擇出在偏載情況下最合適的復(fù)合桁架設(shè)計方案[4]。

3.1 中載工況下的整固功效對比分析

經(jīng)過對以上內(nèi)容的詳細分析，發(fā)現(xiàn)在中載工況條件下，這四種結(jié)構(gòu)形式的復(fù)合桁架能夠有效滿足受力條件的改善要求，使得跨中的曲線變得更加平穩(wěn)。在桁架整固操作方面，采用長通底梁型復(fù)合桁架進行整固處理，其效果得到全面的提升。例如，在進行單排桁架整固作業(yè)時，主要選擇長通底梁K 型復(fù)合桁架進行整體調(diào)節(jié)，其中跨中的撓度削弱率約為16%左右；而在同等條件下，采用分離底梁K 型復(fù)合桁架進行整固時，跨中的撓度削弱率約為12%左右。與三角形復(fù)合桁架的整固效果進行對比分析后，可以得出結(jié)論：K 型復(fù)合桁架整固效果得到全面的提升。以兩排桁架整固作業(yè)為例，兩種K 型復(fù)合桁架整固操作中，跨中部位的中梁底的撓度削弱率約為16%~17%；而在同樣的條件下，兩種三角桁架整固操作中，跨中的梁底撓度削弱率在約14%左右。從這些數(shù)據(jù)可以清楚地看出，長通底梁K 型復(fù)合桁架的整固效果相對較好，能夠滿足橋梁使用的要求。

3.2 偏載工況下的整固功效對比分析

在偏載情況下，桁架單梁的受力狀態(tài)及其撓度特性對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性具有重要影響。有關(guān)各測點撓度分布見表5~6。

表5 跨中各梁底一排桁架整固時各測點撓度分布

表6 跨中各梁底兩排桁架整固時測點撓度分布

研究發(fā)現(xiàn)，針對這種情況，四種不同類型的桁架單梁均經(jīng)歷了有效的受力改善，相應(yīng)的撓度曲線呈現(xiàn)出平緩的變化趨勢，為偏載狀態(tài)下桁架單梁性能的優(yōu)化提供了有益線索。與中載情況相類似，偏載條件下的研究結(jié)果表明，采用長通底梁K 型桁架可以進一步提升整體的結(jié)構(gòu)整固效果。值得注意的是，盡管四種整固方案之間的效果沒有顯著差異，但長通底梁K 型復(fù)合桁架在特定情況下表現(xiàn)出更佳的整固效果。比如，在兩排桁架加荷操作中，使用長通底梁K 型復(fù)合桁架來整固跨中A2 位置，撓度削弱率約為21.5%左右。相比之下，采用分離底梁K 型復(fù)合桁架時，同等條件下的撓度削弱率約為18%左右。這意味著在這種情況下，長通底梁K 型復(fù)合桁架的整固效果更加顯著。類似地，在單排整固中，當(dāng)跨中A2位置應(yīng)用長通底梁K 型復(fù)合桁架時，撓度削弱率約為19%左右，而使用長通底梁三角型復(fù)合桁架時，同一位置的撓度削弱率約為17%左右。這些結(jié)果清楚地顯示，在偏載情況下，K 型復(fù)合桁架相對于三角型復(fù)合桁架具有更強的整固效果。

4 結(jié)論

綜合上述研究結(jié)果，該文針對橫向整固T 梁橋復(fù)合桁架技術(shù)進行全面的分析和探討。在中載和偏載情況下，四種不同類型的復(fù)合桁架方案在受力狀態(tài)和撓度特性方面均得到有效改善，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性提供了有益的優(yōu)化方向。

（1）在中載運行條件下，通過比較A3 檢測點的撓度削弱率和減小量，發(fā)現(xiàn)長通底梁K 型復(fù)合桁架方案相較于其他方案表現(xiàn)出更好的整固效果，而各個方案之間的差異并不顯著。這表明在中載狀態(tài)下，橫向整固T 梁橋復(fù)合桁架技術(shù)在一定程度上可以提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）在偏載情況下，注意到四種不同類型的桁架方案均實現(xiàn)了受力改善，撓度曲線呈平緩變化趨勢。與中載類似，長通底梁K 型復(fù)合桁架方案在偏載情況下也表現(xiàn)出更好的整固效果，但在四種方案之間并未呈現(xiàn)顯著差異。這表明橫向整固T 梁橋復(fù)合桁架技術(shù)在偏載狀態(tài)下能夠有效地增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

（3）綜合考慮中載和偏載條件下的研究結(jié)果，長通底梁K 型復(fù)合桁架方案在整體受力改善和撓度削弱方面都表現(xiàn)出較為突出的優(yōu)勢。然而，需要注意的是，不同橋梁結(jié)構(gòu)的特點和實際應(yīng)用環(huán)境可能對復(fù)合桁架技術(shù)的選擇產(chǎn)生影響。因此，在實際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮各種因素，選擇合適的復(fù)合桁架方案，以達到最佳的整固效果和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。