在役簡支T梁橋橫向分布計算方法及試驗對比研究

申雁鵬

（山西省交通科學研究院橋梁工程防災減災山西省重點實驗室，山西 太原 030006）

早期修建的結構簡支橋面連續裝配式T梁橋，橫向聯系采用在橫隔板底端、翼緣板邊緣預埋型鋼，T梁預制拼裝完成后，焊接預埋件，使橋梁形成整體。為明確該類橋梁橫向分布規律，本文通過簡化計算、有限元梁格模擬及現場實橋論證，探討了適用于該類橋梁橫向分布的計算方法。

1 工程概況

背景橋梁為一座全長346 m的裝配式鋼筋混凝土簡支T梁橋，通車運營40余年，上部結構跨徑組合為17-20 m，橫橋向由6片等截面T梁組成。每跨設5道橫向連接構件，分別位于支點、跨中及四分點。橋面布置為凈9.0 m+2×0.5 m柱式護欄，荷載等級為汽車-10級，橫斷面布置如圖1所示。橋梁普查發現，T梁橫向連接構件完好，無破損與松動現象，主梁橫向連接見圖2。

圖1 跨中、支點橫斷面布置圖（單位：cm）

2 橋梁結構計算

2.1 梁格模擬

本橋通過有限元程序MIDAS 2010進行梁格模擬、加載及計算。主梁采用梁單元進行模擬，橫向聯系采用虛擬橫梁進行模擬，建立1-20 m T梁模型，全橋共185個單元，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 計算結果

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現。兩種模式下計算結果見表1。

表1 有限元模擬計算橫向分布

3 簡化方法計算

由多片主梁通過橋面板及橫向聯系組成的橋梁，車輛荷載作用時，沿順橋向與橫橋向同時分布，故各片主梁參與受力程度不同，橫向分布轉化為空間求解問題。三維模式下求解指定截面的最不利受力狀態，過程極為繁瑣。因此，簡化近似計算方法變得極為便捷。簡化近似方法中計算T梁橋的橫向分布影響線及橫向分布系數，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種計算方式結果見表2。

表2 簡化方法計算荷載橫向分布系數

4 驗證試驗

4.1 試驗方案

取跨中斷面作為測試截面，每片梁跨中位置布設1個撓度測點。橫向分布系數的測試按汽車-10級采用2輛26 t重車布載，布載位置如圖4所示。

圖4 加載車輛布置圖（單位：cm）

4.2 實測橫向分布

通過上文所述的荷載工況加載，同一荷載工況分級加載實測荷載橫向分布如表3所示。實測荷載橫向分布系數采用如式（1）公式[2]：

式中：mi為實測第i號主梁荷載橫向分布系數；N為加載車道數；fi為試驗荷載作用下，第i號主梁測試指標值；n為主梁根數。

表3 橫向分布系數實測值

5 對比分析

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）法及實測橫向分布系數的比較。

圖5 背景橋梁橫向分布系數對比圖

由圖5可知：a）驗證試驗作為檢驗橫向分布計算模式的重要手段，可對橋梁受力狀況作出正確評估。b）剛接類計算模式與背景橋梁橫線分布較符合，比實測值略大，分析可能原因：理論計算時，未考慮橋面鋪裝參與受力。

6 結論

通過對背景橋梁梁格模擬、簡化方法計算及實橋驗證，得出以下結論：a）在橫隔板底端、翼緣板邊緣預埋型鋼，拼裝完成后焊接預埋件的橋梁，實測橫向分布系數值與理論計算值中修正偏壓法、剛接梁法及梁格模擬（剛接）中更為接近，整體趨勢吻合度較高；此類連接方式與鉸接類模擬方式不符。b）從橫向分布實測值與理論計算值吻合較好，可以驗證橫向連接構件完好，無破損與松動現象，各梁間協同受力良好，不存在單梁受力現象。