淺談T梁橋橫隔板設計優化

周少林， 趙 蒸

(山東高速四川產業發展有限公司，四川樂山 614000)

淺談T梁橋橫隔板設計優化

周少林， 趙 蒸

(山東高速四川產業發展有限公司，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構受力的影響。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、跨中梁底縱向應力和梁頂濕接縫處橫向應力，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，采用反應譜法和時程法分別對其動力性能進行計算分析，所得結論可為該類型橋梁的優化設計提供有益參考。

T梁； 橫隔板； 有限元； 荷載； 應力

簡支T梁橋是我國應用最廣泛的公路橋梁的一種橋梁形式。但近年來國內發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，其他梁片的協同作用比較小，故容易發生安全事故。

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 結構概述

簡支 T梁橋跨徑30 m，梁高2 m，橋寬24.5 m，橫向由5片T梁組成，在梁端、跨中和1/4跨各設一道橫隔板(共5道)。支座為板式橡膠支座。設計荷載為公路-I級荷載；考慮地震反應分析的場地條件為Ⅱ類，橋梁為B類，地震設防烈度為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，預應力鋼束采用桿單元Link8進行模擬，以初應變的方式施加，并考慮0.87的系數(預應力損失)。橋面鋪裝采用8 cm現澆混凝土+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。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、跨中梁底縱向應力和頂板濕接縫處橫向應力的影響，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《公路橋涵設計通用規范》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、跨中梁底縱向應力和頂板濕接縫處橫向應力。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果

3.1 梁底縱向應力

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力儲備逐漸增大，壓應力分布也更加均勻。整體性增大使得跨中截面更不易出現拉應力，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，梁底縱向應力見圖4。

圖4 端橫隔板厚200 mm梁底縱向應力(單位:MPa)

3.2 濕接縫橫向應力

隨著橫隔板厚度的增加梁頂濕接縫處橫向應力特別是拉應力有著明顯的減小。該處拉應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計為200 mm厚時頂板濕接縫處橫向拉應力為0.818 MPa，而當端橫隔板加厚至400 mm時，拉應力僅為0.679 MPa，600 mm時，僅為0.644 MPa。端橫隔板厚200 mm濕按縫橫向應力見圖5。

圖5 端橫隔板厚200 mm濕接縫橫向應力 (單位:MPa)

4 工況二下邊梁跨中加載計算結果

4.1 梁底縱向應力

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力最大值分別為12.3 MPa、12.07 MPa、11.8 MPa和11.6 MPa。跨中截面縱向壓應力最小值分別為0.93 MPa、1.46 MPa、1.59 MPa和1.63 MPa。

當端橫隔板厚200 mm時，梁底縱向應力見圖6。

圖6 端橫隔板厚200 mm梁底縱向應力(單位: MPa)

4.2 梁頂濕接縫橫向應力

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時濕接縫橫向應力如圖7所示。

圖7 端橫隔板厚50 mm濕接縫橫向應力(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力。

5 結論

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構的整體性，降低T梁橋梁底的縱向應力，本文應力計算結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