預應力混凝土連續T 梁橋靜動力性能分析

郭 燕

（長沙中大建設監理有限公司，湖南 長沙 410000）

引言

針對連續梁橋，國內學者對其進行了大量研究［1-3］。聶玉東等［4］從不同施工方法的角度出發對某5×40 m 連續梁橋的施工、運維階段進行了計算分析，研究的施工方法主要包括滿堂灌法、先簡支后連續法、單懸臂轉換法，最終可得出不同施工方法下恒載內力均隨時間增長而增長。上官萍［5］研究了預應力效應、徐變作用對結構的影響。

1 工程概況

4×30 m 的連續預應力T 梁橋橫向由4 片T 梁組成，縱向間隔7.5 m 布置橫向聯系。全橋橫向總寬度為12 m，且按標準兩車道設計。橋梁下部結構中的橋臺與橋墩均由明挖擴大基礎進行支撐，設計行車速度為40 km/h。橋梁立面布置見圖1。

圖1 橋梁立面布置/cm

主要技術標準：（1）橋型：預應力混凝土T 型簡支梁橋。（2）設計荷載：公路-Ⅱ級。（3）設計洪水頻率：1/100。（4）設計車速：40 km/h。（5）地震動峰值加速度系數：0.05 g，抗震按Ⅶ設防。

預制T 梁高度為2.2 m，中跨梁與邊跨梁的寬度分別為2.5 m 與2 m，各梁支座處腹板厚度為50 cm，跨中腹板厚度為20 cm，橋梁斷面見圖2。

圖2 橋梁斷面/cm

橋墩與橋臺均由C30 混凝土澆筑而成，主梁主要由C50 混凝土瀝青混凝土與預應力鋼絞線組成，同時瀝青混凝土主要用于橋面鋪裝，鋼鉸線主要采用公稱直徑為15.2 mm 的鋼絞線，其松馳率為0.035、松馳系數為0.3。橋梁主要組成材料設計參數見表1。

表1 材料參數

2 有限元模型建立

為計算該橋梁動靜載荷載試驗下的理論計算結果，利用Midas Civil 通過梁格法建立該橋梁有限元模型。模型建立過程中施加荷載，主要考慮橋梁的恒載、活載，其中恒載主要包括自重、預應力荷載，活載主要包括汽車荷載、整體溫度變化、溫度梯度變化。

橋梁邊界條件為簡支邊界條件。橋梁橫向由4 片T 梁組成，模型中各片T 梁主要依靠橫隔板進行連接，橫隔板對于橋梁的橫向穩定性至關重要，橋梁每跨主要由4 片橫隔板進行連接，橫隔板間距為7.5 m。

3 結果分析

3.1 靜力分析結果

3.1.1 荷載組合

計算該橋梁在三種荷載工況下的力學性能，進行靜力分析時主要荷載組合：（1）組合Ⅰ（施工階段合計工況）：恒載（自重+二期+預應力+收縮徐變）；（2）組合Ⅱ：車輛荷載；（3）組合Ⅲ：1.2恒載+1.2 預應力+1.4 汽車荷載工況+1.4 梯度降溫。

3.1.2 分析結果

提取4×30 m 跨徑橋梁在施工階段合計工況、車輛荷載、承載能力極限狀態下的梁體撓度見圖3。

圖3 不同工況橋梁撓度曲線

由圖3 可知：（1）施工階段合計工況中，邊跨橋梁最大撓度為+41.2 mm，中跨橋梁最大撓度為+22.6 mm，邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的182.3%，產生上述現象的主要原因在于邊跨橋梁的約束自由度較低，因此，其在荷載作用下變形程度較大。（2）車輛荷載工況中，邊跨橋梁最大撓度為-4.8 mm，中跨橋梁最大撓度為-3.1 mm，邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的154.8%。（3）承載力極限工況中，邊跨橋梁最大撓度為+17.4 mm，中跨橋梁最大撓度為+5.1 mm，邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的341.2%。

該橋梁的主要受力形式為受彎，為了解該橋梁在受載時的彎曲性能，提取承載能力極限狀態工況下的橋梁彎矩見圖4。

圖4 承載能力極限狀態工況下橋梁彎矩

由圖4 可知：（1）邊跨橋梁跨中截面最大負彎矩值為-3 165.8 kN·m，邊跨橋梁支座處最大正彎矩值為5 031.7 kN·m。（2）中跨橋梁跨中截面最大負彎矩值為-1 675.4 kN·m，邊跨橋梁支座處最大正彎矩值為3 541.4 kN·m。（3）邊跨橋梁跨中截面最大負彎矩值為中跨跨中截面最大負彎矩值的188.96%，邊跨橋梁支座截面最大正彎矩值為中跨支座中截面最大正彎矩值的142.1%。

3.2 動力分析結果

依據建立的結構模型，把恒載重量轉化成節點質量后，利用Midas Civil 進行結構動力分析，分析橋梁前十階振形，橋梁動力計算結果見表2。

表2 動力分析結果

分析表2 可得：（1）橋梁結構基頻為6.789 Hz，隨著階次的提升，橋梁前十階頻率由6.789 Hz 提升到20.199 Hz，橋梁周期由0.147 s 降低至0.049 5 s。（2）橋梁前三階次結構振型模態均為豎向彎曲，未出現橫向扭轉模態，橋梁的橫向扭轉振型模態出現在第五至第八振型，說明橋梁的橫向抗扭轉剛度較強，豎向抗彎剛度弱于橫向扭轉剛度。

4 結語

（1）施工階段合計工況邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的182.3%，車輛荷載工況邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的154.8%，承載力極限工況邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的341.2%，邊跨橋梁的約束自由度較低，在荷載作用下變形程度較大。（2）邊跨橋梁跨中截面最大負彎矩值為中跨跨中截面最大負彎矩值的188.96%，邊跨橋梁支座截面最大正彎矩值為中跨支座中截面最大正彎矩值的142.1%。（3）橋梁結構基頻為6.789 Hz，隨著階次的提升，橋梁前十階頻率由6.789 Hz 提升到20.199 Hz，橋梁周期由0.147 s 降低至0.049 5 s。（4）橋梁前三階次結構振型模態均為豎向彎曲，未出現橫向扭轉模態，橋梁的橫向扭轉振型模態出現在第五至第八振型，說明橋梁的橫向抗扭轉剛度較強，豎向抗彎剛度弱于橫向扭轉剛度。