服役狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)橫向分布系數(shù)分析

中圖分類號： .4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.039

文章編號：1673-4874（2025）01-0130-04

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式連續(xù)T梁因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能和施工便利性，在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著服役時間的增加，橋梁性能受到荷載、環(huán)境等因素的影響會發(fā)生退化，因此對服役中的橋梁進(jìn)行準(zhǔn)確的安全性能評估顯得尤為重要。荷載橫向分布系數(shù)作為衡量橋梁橫向受力分布的重要指標(biāo)，能夠滿足計算精度的同時簡化空載荷載分配問題，在橋梁的設(shè)計和施工中應(yīng)用廣泛。

張云虎等[1建立了簡支T梁的ANSYS模型，分析了橋梁跨徑和縱梁數(shù)量對橫向分布系數(shù)的影響；蘇文明等[2建立簡支T梁有限元模型分析了主梁橫向分布系數(shù)并與傳統(tǒng)方法計算結(jié)果進(jìn)行對比驗證；郭森等通過MidasCivil軟件建立有限元模型，研究了簡支空心板橋和T梁橋在新舊橋不同拼接方式下的橫向分布系數(shù)規(guī)律；文彬4通過有限元模型分析了簡支T型梁橋在不同拼寬方式和剛度下的新拼寬主梁的荷載橫向分布系數(shù)的變化規(guī)律；劉迪愛等采用梁格法分析簡支斜T梁橋荷載橫向分布系數(shù)，并與3種常用斜梁橋荷載橫向分布系數(shù)計算方法的結(jié)果進(jìn)行對比分析；孫淑梅采用剛接板梁法計算裝配式簡支梁小箱梁橋在正交情況下的荷載橫向分布系數(shù)，并與4座不同斜交角度的靜載試驗實測值進(jìn)行對比；朱坤等采用不同的方法計算了 3× 30m預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式連續(xù)T梁的橫向分布系數(shù)，并對比了各種計算方法的優(yōu)缺點；張彥玲等8采用梁格法建立了裝配式連續(xù)梁橋、斜交橋和曲線橋的有限元模型，研究了各個參數(shù)對橫向分布系數(shù)的影響規(guī)律，并提出了橫向分布系數(shù)的建議公式。

上述學(xué)者關(guān)于橋梁橫向分布系數(shù)的研究主要集中在新建橋梁或新舊橋梁拼接方面，而對服役狀態(tài)下的橋梁橫向分布系數(shù)的研究相對較少。橋梁結(jié)構(gòu)的退化不僅影響其使用壽命，還可能對公共安全構(gòu)成威脅，因此準(zhǔn)確評估服役中的橋梁結(jié)構(gòu)性能至關(guān)重要。為此，本文通過采集到的服役中橋梁的撓度等相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計算荷載橫向分布系數(shù)并對比分析，提出梁格法建立有限元模型時的橫向聯(lián)系布置方式的建議，并根據(jù)實際模型分析橋梁各控制截面的橫向分布系數(shù)變化規(guī)律，為類似工程結(jié)構(gòu)提供借鑒。

1工程概況

某高速公路路段經(jīng)過兩座特大橋，橋梁跨徑組合如表1所示。分別取1號橋左幅第4聯(lián) 、右幅第5聯(lián) 和2號橋左幅第5聯(lián) （2×40m+27m） 開展荷載試驗。試驗聯(lián)橋跨截面均采用 C50 預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，梁高 2.5m. 40m跨徑橋梁在支座截面、1/4跨截面、跨中截面、3/4跨截面各設(shè)一塊橫隔板；27m跨徑橋梁在支座截面、1/3跨截面、2/3跨截面各設(shè)一塊橫隔板。橋梁設(shè)計荷載均為公路一I級。橫斷面圖如圖1所示。

單位：cm

2 有限元模型

梁格法是橋梁結(jié)構(gòu)模擬分析常采用的建模方法，該方法通過等效的縱、橫梁格模擬實際的上部構(gòu)造，將梁的抗扭剛度和抗彎剛度集中在相鄰的等效梁格之中，模擬計算荷載作用下實際結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的撓曲變形和內(nèi)力結(jié)果，尤其適用于本文研究的多梁結(jié)構(gòu)。

基于MidasCivil有限元軟件，根據(jù)圖1所示橫斷面尺寸建立T梁截面，采用 C50 混凝土的材料屬性，彈性模量 泊松比 ，密度 ，線膨脹系數(shù) ；分別按照3×40 m和 m的跨徑，橫向2.2m的間距，建立6條3跨的主梁，而后按照1m的間距對梁單元進(jìn)行離散；按照工程概況說明，在相應(yīng)位置布設(shè)橫隔板，其余位置按照1m間距布置虛擬橫梁，即只有剛度、無重量的梁，主要起到橫向聯(lián)系的作用。在各主梁支座截面布置約束，完成有限元模型的建立，如圖2所示。

由于本文需要通過實測撓度分析荷載橫向分布系數(shù)，故取正彎矩加載工況如表2所示。

按照實際加載方案，在有限元模型上施加相應(yīng)荷載，如圖3所示。

3橫向分布系數(shù)分析

3.1荷載試驗實測撓度與橫向分布系數(shù)

荷載試驗采用4輛40t重的三軸加載車，分別對1號橋按工況 進(jìn)行加載，2號橋按工況1～4進(jìn)行加載，測量各控制截面在最不利荷載狀況下的實際撓度值，并由此計算橋梁在該荷載作用下的實際橫向分布系數(shù)。各工況撓度實測值如表3所示，橫向分布系數(shù)值如表4所示。

單位：mm

通過對表4的橫向分布系數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1號橋在工況1、工況3、工況5中載情況下和工況2、工況4、工況6偏載情況下，試驗聯(lián)各跨的橫向分布系數(shù)相差較??；同理，2號橋在工況1、工況3中載情況下和工況2、工況4偏載情況下，試驗聯(lián)各跨的橫向分布系基本一致。由此表明，T梁橋在橫向布置相同的情況下，各跨在同一加載方式（中載或偏載）下，各控制截面的橫向分布系數(shù)基本相同，對跨徑組合形式不敏感

3.2模型的修正及橫向分布系數(shù)對比

基于表4的實測橫向荷載分布系數(shù)，對原模型的虛擬橫梁抗彎剛度進(jìn)行修正，以模擬實際情況下的橋梁橫向荷載分布。通過研究發(fā)現(xiàn)，中載工況下，虛擬橫梁抗彎剛度設(shè)置為零時橫向分布系數(shù)理論值與實測值較為吻合，而偏載工況下，虛擬橫梁抗彎剛度的最佳值則應(yīng)為主梁抗彎剛度的 5% 。值得注意的是，本文虛擬橫梁布置間隔為1m，上述最佳剛度值結(jié)論僅適用于該情況。

根據(jù)上述結(jié)論，分別對中載工況和偏載工況下的模型進(jìn)行橫向聯(lián)系剛度修正，修正前后的橫向分布系數(shù)計算值如表5和表6所示。由表5和表6可知，無論是中載還是偏載，模型修正后的橫向分布系數(shù)較修正前存在差異，中載情況下表現(xiàn)為修正后的邊梁橫向分布系數(shù)減小，中間梁片橫向分布系數(shù)有所增強(qiáng)，而偏載情況下，1～3號梁橫向分布系數(shù)增大 號梁橫向分布系數(shù)減小。為進(jìn)一步直觀分析整體情況，繪制修正前后的平均值變化趨勢如圖4所示。

圖4中的虛線表示原模型在各加載方式下的橫向分布系數(shù)，實線為模型修正后的橫向分布系數(shù)。由圖4可知，模型修正后的橫向聯(lián)系整體表現(xiàn)更弱。由于存在橫隔板，故中載情況下橫向分布系數(shù)由橋梁中心線向兩側(cè)遞減，相應(yīng)表現(xiàn)為橫隔板下?lián)蠣顟B(tài)；偏載情況下橫向分布系數(shù)由偏載的一側(cè)向另一側(cè)線性遞減，相應(yīng)表現(xiàn)為橫隔板傾斜狀態(tài)。

3.3修正后的橫向分布系數(shù)理論值與實測值對比

進(jìn)一步對比分析修正后的橫向分布系數(shù)和實測值，根據(jù)表 的橫向分布系數(shù)計算結(jié)果，繪制修正后的橫向分布系數(shù)對比曲線，如圖5所示。

圖5中的虛線表示模型調(diào)整后的橫向分布系數(shù)理論值，實線表示各工況下的橫向系數(shù)分布實測值?？紤]1號橋左邊跨的中載工況（即工況1）的測量數(shù)據(jù)異常，這里剔除1號橋工況1的情況進(jìn)行整體分析。由圖5可知，各工況下的實測值與模型修正后的理論值較吻合，說明模型修正后的橫向分布系數(shù)理論值更貼合工程實際，且該修正方式對不同跨徑組合形式下的各跨主梁均適用。

綜上，采用梁格法對橋梁建模分析時，應(yīng)區(qū)分中載情況和偏載情況進(jìn)行橫向聯(lián)系的布置，以確保計算結(jié)果更符合工程實際。在類似橋梁結(jié)構(gòu)分析時，建議在中載情況下設(shè)置虛擬橫梁抗彎剛度為0，偏載情況下設(shè)置虛擬橫梁抗彎剛度為主梁抗彎剛度的 5% ，間隔為1m。此外，由于荷載試驗的加載方案是對橋梁正常運營狀態(tài)下的荷載模擬，故表 中修正后的橫向分布系數(shù)均值可為工程實際提供參考。

4結(jié)語

本文基于某高速公路路段兩座橋梁的荷載試驗，對橋梁實際運營狀態(tài)下的荷載橫向分布系數(shù)進(jìn)行了分析，討論了采用梁格法建立類似橋梁有限元模型的橫向聯(lián)系布置方式以及橫向分布系數(shù)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：

（1）T梁橋橫向布置相同的情況下，各跨控制截面的橫向分布系數(shù)基本相同，即對跨徑組合形式不敏感。

（2）采用梁格法對橋梁建模分析時，應(yīng)區(qū)分中載情況和偏載情況進(jìn)行橫向聯(lián)系的布置，在類似橋梁結(jié)構(gòu)分析時，建議在中載情況下設(shè)置虛擬橫梁抗彎剛度為0，偏載情況下設(shè)置虛擬橫梁抗彎剛度為主梁抗彎剛度的 5% ，間隔為1m。

（3）按照文中建議布置橫向聯(lián)系后，各工況下的橫向分布系數(shù)實測值與理論值較吻合，表明該布置方式對不同跨徑組合形式下的各跨主梁均適用。

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