大宽跨比湿接简支T梁桥荷载横向分布系数试验研究

GXF360 2017-06-22

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大宽跨比湿接简支T梁桥荷载横向分布系数试验研究

□文/袁义坤

【摘要】：采用刚接板梁法、有限元梁格模型分析法、有限元梁板模型分析法对天津市外环线某大宽跨比湿接简支T梁桥的荷载横向分布系数进行计算，通过与实测横向分布系数的对比分析，选出了适合大宽跨比湿接简支T梁桥横向分布系数的计算方法——不考虑横隔板作用的刚接板梁法、有限元梁格模型法和有限元梁板模型法并对这几种方法的适用情况进行了分析说明。

【关键词】：大宽跨比；简支T梁桥；横向分布系数；荷载

荷载横向分布系数是公路桥梁设计、检测中的重要内容。利用荷载的横向分布系数分析桥梁结构，实际上是在一定的误差范围内寻找近似的影响线来代替精确的影响面，用相对简单的平面问题代替复杂的空间问题进行求解。

杠杆原理法、刚性横梁法、修正刚性横梁法、刚接板（梁）法、铰接板（梁）法是常用的桥梁荷载横向分布系数的计算方法。杠杆原理法的基本假定是忽略主梁之间横向结构的连接作用即假设桥面板在主梁上断开，而将其当作横向支撑在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑，一般靠近支点处的荷载横向分布系数的计算采用此方法。刚性横梁法（即偏心压力法）假定横隔板刚度为无穷大并忽略主梁的抗扭刚度，适用于宽跨比≤0.5的窄桥。修正刚性横梁法是在刚性横梁法的基础上，考虑了主梁的抗扭刚度，可以改进边梁受力偏大的情况。刚接板梁法同时考虑了梁间弯矩传递和剪力传递，多用于装配式小箱梁及T梁桥主梁间湿接缝连接的情况。铰接板梁法忽略了梁间的弯矩传递，仅考虑剪力传递，适用于装配式板梁桥。

本文以天津市外环线某大宽跨比湿接简支T梁桥为例，采用不考虑横隔板作用的刚接板梁法、考虑横隔板作用的刚接板梁法、有限元梁格模型分析法、有限元梁板模型分析法对其荷载横向分布系数进行计算，然后与实测横向分布系数数据进行对比，以确定准确计算横向分布系数的方法。

1 工程概况

天津市外环线某桥共24孔，为左右结构分离的双幅桥，全长为510 m，跨径组合为（11×20+2×35+11× 20）m。其中20 m跨径的桥跨结构为简支T梁，横桥向共14片主梁，梁高均为1.3 m，主梁间通过后浇湿接缝进行连接并在梁端、L/4、L/2、3L/4处共设置5道横隔梁。单幅桥桥面宽度为0.5 m（防撞墙）+21.25 m（车行道）+0.5 m（防撞墙），共22.25 m。见图1和图2。

图1 20 m简支T梁主梁横断面

图2 20 m简支T梁主梁纵向断面

2 横向分布系数的现场试验

2.1 现场试验工况

现场试验加载车采用单辆总重为370 kN的三轴加载车，对该桥单幅单孔主梁由外侧至中央分隔带侧依次编号为1#、2#……14#梁。考虑到现场情况，将车辆纵向中轴作用于主梁跨中位置，横向中心线依次作用于2#～13#梁梁体中心线处，进行横向分布系数试验，共12个试验工况。见图3。

图3 车辆12个加载位置

2.2 横向分布系数实测结果

将单辆370 kN的加载车依次作用于2#～13#梁，测取1#～14#梁的跨中截面挠度值并通过式（1）计算各主梁的横向分布系数。

式中：mi——测试截面第i片主梁的荷载横向分布系数；

fi——测试截面第i片主梁的挠度值；

n——主梁数量，该桥n为14。

车辆依次作用于2#～13#梁，共有12个加载位置，即有12个试验工况，将每个工况的实测横向分布系数绘制成曲线，见图4。从图4看出，在对称加载位置作用下，横向分布系数曲线也呈现对称性且通过不同试验工况的对比，可以判断实测横向分布系数数据可靠度高。

图4 实测1#~14#梁横向分布系数

3 横向分布系数的理论计算

该桥为宽跨比＞1的简支T梁且主梁间的横向连接方式为后浇湿接缝，因此在进行横向分布系数的理论计算时，排除刚性横梁法和铰接板梁法。

对应于现场试验的12个试验工况，分别采用不考虑横隔板的刚接板梁法、考虑横隔板的刚接板梁法及有限元梁格模型分析法和有限元梁板模型分析法进行横向分布系数的计算。

3.1 刚接板梁法

1）不考虑横隔板作用的刚接板梁法。参考文献[1]，采用不考虑横隔板作用的刚接板梁法对12个试验工况下1#～14#主梁的横向分布系数进行计算并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，见图5a。

2）考虑横隔板作用的刚接板梁法。参考文献[2]，采用考虑横隔板作用的刚接板梁法对12个试验工况下1#～14#主梁的横向分布系数进行计算并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，见图5b。

图5 刚接板梁法横向分布系数计算结果

对比图5a和图5b可以看出，考虑横隔板与不考虑横隔板计算得到的横向分布系数曲线存在很大差异：相比于不考虑横隔板作用的横向分布系数，考虑横隔板作用的横向分布系数要均匀得多，可见T梁横隔板起到了平均分配主梁荷载的作用。

3.2 有限元梁格模型分析法

采用桥梁专用有限元软件迈达斯建立梁格计算模型，见图6。在主梁和横隔板位置建立梁单元并在纵桥向每隔1 m建立一道虚拟横梁，横隔梁翼板宽度的取值参考文献[2]进行计算。以单元集中荷载模拟车辆荷载，对12个试验工况下1#～14#主梁的横向分布系数进行计算并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，见图7。

图6 有限元梁格模型

图7 有限元梁格模型法横向分布系数计算结果

3.3 有限元板梁模型法

采用桥梁专用有限元软件迈达斯建立板梁计算模型，见图8。模拟建筑结构中荷载的传递过程：板-次梁-主梁，在主梁和横隔板的位置建立梁单元，梁单元截面采用矩形截面，宽为梁体的腹板宽度、高为梁体底部至梁顶的高度，在翼板位置建立板单元，板单元的厚度取翼板厚度0.12 m。以平面集中荷载模拟车辆荷载，对12个试验工况下1#～14#主梁的横向分布系数进行计算并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，见图9。