橫向整固T 梁橋復合桁架技術的分析研究

趙帥奇

（山西晉宇路橋工程有限責任公司,山西 太原 030000）

0 引言

T 梁橋復合桁架橫向整固技術是目前橋梁工程建設環節非常重要的施工技術類型，使得四種桁架結構達到穩固的效果。應用有限元ABAQUS 模擬計算分析，其主要特點是進行中載、偏載方面的分析，掌握載荷數據信息[1]。以工程案例作為基礎，進行實用參數和技術狀態的模擬與計算，總結出主三角桁架結構、K 型桁架結構整固效果得到提升，滿足應用技術的要求，為今后相同類型工程項目建設實施提供支持。

1 案例和整固方案

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

通過將混凝土材料灌入鋼管內部，采用復合桁架結構形式，有效提升結構的抗壓和抗拉性能。在桁架裝配完成后，通過預制孔洞的方式方便快捷地充注混凝土，實現現場施工的便利。桁架系統橫向布置在T 梁之間，通過調整T 梁的應力狀態，增強橫向結構性能，從而提升整體性能。該方法具有高預制強度和輕質化特點，且能快速恢復通行，是常見的整固方案之一。為確保復合桁架整固效果達標，保持T 梁翼緣部位的應力狀態，并在T 梁桁架接觸點設置長1 m、高0.1 m 的矩形墊板。結構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，復合桁架與底面焊接，形成穩固的整體結構[2]。

2 重點參數和計算模型

通過采用ABAQUS 有限元分析工具，對鋼混結構進行詳細研究，重點關注分離型、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，設定了性能參數、鋼筋配筋率等多項參數，通過對這些參數的換算和分析，將內部鋼筋均勻地分布在結構內部，并將其與混凝土相融合，以滿足均勻性的要求。

2.1 材料與荷載參數計算分析

該橋梁工程材料與車輛荷載參數分別見表1~2。

表1 材料參數

表2 車輛參數

2.2 網絡模型和邊界條件

通過應用有限元ABAQUS 模型展開分析，建設數理模型。在模型的構建過程中，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，而縱向則對應于Z 軸。在網絡劃分的過程中，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構進行建模，從而得到更接近實際情況的仿真結果。在模型的邊界條件設置中，針對不同區域進行約束的安排[3]。具體而言，在模型的梁底部高度為0 m、40 m 和60 m 的區域，設置兩向（X 和Y 方向）的約束。而在梁底部高度為20 m 的區域，則設置三向（X、Y 和Z 方向）的約束。這樣的邊界條件的設定基于目前支撐部件的結構性能進行分析，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，為探明不同結構復合桁架的加固效果，該研究深入分析各種配置下的復合桁架整固效果，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合桁架設計方案：

方案Ⅰ：長通底梁三角型復合桁架；

方案Ⅱ：分離底梁三角型復合桁架；

方案Ⅲ：長通底梁K 型復合桁架；

方案Ⅳ：分離底梁K 型復合桁架。

同時，將探討在復合桁架整固處理中所關注的關鍵問題，以及如何在不同工況下進行分析和優化。復合桁架的設計方案是橋梁工程中的基礎，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構，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則在底梁的基礎上加入了K 型結構。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計方案。

在復合桁架的整固處理中，一個主要目標是確保桁架內部各個節點的連接牢固，以及減小桁架的撓度峰值參數，從而實現整個桁架結構的均勻受力。在中載運行條件下，觀察到中梁的一些關聯區域出現了跨中撓度峰值現象。為了優化整固效果，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，找出最優解。而在偏載條件下，則發現載荷中心的第二片T 梁底部出現了撓度峰值。因此，在偏載方案確定的階段，需要集中關注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合桁架設計方案[4]。

3.1 中載工況下的整固功效對比分析

經過對以上內容的詳細分析，發現在中載工況條件下，這四種結構形式的復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。在桁架整固操作方面，采用長通底梁型復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時，主要選擇長通底梁K 型復合桁架進行整體調節，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。與三角形復合桁架的整固效果進行對比分析后，可以得出結論：K 型復合桁架整固效果得到全面的提升。以兩排桁架整固作業為例，兩種K 型復合桁架整固操作中，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。從這些數據可以清楚地看出，長通底梁K 型復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及其撓度特性對橋梁結構的安全性和穩定性具有重要影響。有關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

研究發現，針對這種情況，四種不同類型的桁架單梁均經歷了有效的受力改善，相應的撓度曲線呈現出平緩的變化趨勢，為偏載狀態下桁架單梁性能的優化提供了有益線索。與中載情況相類似，偏載條件下的研究結果表明，采用長通底梁K 型桁架可以進一步提升整體的結構整固效果。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 型復合桁架在特定情況下表現出更佳的整固效果。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 型復合桁架的整固效果更加顯著。類似地，在單排整固中，當跨中A2位置應用長通底梁K 型復合桁架時，撓度削弱率約為19%左右，而使用長通底梁三角型復合桁架時，同一位置的撓度削弱率約為17%左右。這些結果清楚地顯示，在偏載情況下，K 型復合桁架相對于三角型復合桁架具有更強的整固效果。

4 結論

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

（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，發現長通底梁K 型復合桁架方案相較于其他方案表現出更好的整固效果，而各個方案之間的差異并不顯著。這表明在中載狀態下，橫向整固T 梁橋復合桁架技術在一定程度上可以提升整體結構的穩定性。

（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 型復合桁架方案在偏載情況下也表現出更好的整固效果，但在四種方案之間并未呈現顯著差異。這表明橫向整固T 梁橋復合桁架技術在偏載狀態下能夠有效地增強結構的穩定性和安全性。

（3）綜合考慮中載和偏載條件下的研究結果，長通底梁K 型復合桁架方案在整體受力改善和撓度削弱方面都表現出較為突出的優勢。然而，需要注意的是，不同橋梁結構的特點和實際應用環境可能對復合桁架技術的選擇產生影響。因此，在實際工程中，應根據具體情況綜合考慮各種因素，選擇合適的復合桁架方案，以達到最佳的整固效果和結構穩定性。