在役简支T梁桥横向分布计算方法及试验对比研究

申雁鹏

（山西省交通科学研究院桥梁工程防灾减灾山西省重点实验室，山西 太原 030006）

早期修建的结构简支桥面连续装配式T梁桥，横向联系采用在横隔板底端、翼缘板边缘预埋型钢，T梁预制拼装完成后，焊接预埋件，使桥梁形成整体。为明确该类桥梁横向分布规律，本文通过简化计算、有限元梁格模拟及现场实桥论证，探讨了适用于该类桥梁横向分布的计算方法。

1 工程概况

背景桥梁为一座全长346 m的装配式钢筋混凝土简支T梁桥，通车运营40余年，上部结构跨径组合为17-20 m，横桥向由6片等截面T梁组成。每跨设5道横向连接构件，分别位于支点、跨中及四分点。桥面布置为净9.0 m+2×0.5 m柱式护栏，荷载等级为汽车-10级，横断面布置如图1所示。桥梁普查发现，T梁横向连接构件完好，无破损与松动现象，主梁横向连接见图2。

图1 跨中、支点横断面布置图（单位：cm）

2 桥梁结构计算

2.1 梁格模拟

本桥通过有限元程序MIDAS 2010进行梁格模拟、加载及计算。主梁采用梁单元进行模拟，横向联系采用虚拟横梁进行模拟，建立1-20 m T梁模型，全桥共185个单元，全桥模型如图3所示。

图2 主梁横向连接图

图3 MIDAS分析模型

2.2 计算结果

为比较横向铰接与刚接两种不同模式，梁格模型中，铰接模拟采用释放虚拟横梁梁端约束实现。两种模式下计算结果见表1。

表1 有限元模拟计算横向分布

3 简化方法计算

由多片主梁通过桥面板及横向联系组成的桥梁，车辆荷载作用时，沿顺桥向与横桥向同时分布，故各片主梁参与受力程度不同，横向分布转化为空间求解问题。三维模式下求解指定截面的最不利受力状态，过程极为繁琐。因此，简化近似计算方法变得极为便捷。简化近似方法中计算T梁桥的横向分布影响线及横向分布系数，常用的方法有：修正偏心压力法、铰接板（梁）法、刚接梁法。

修正偏心压力法适用范围：a）适用于B/L≤0.5的窄桥，其中B是桥梁宽度，L是桥梁计算跨径。b）至少有5片横向连接的桥梁，铰接板（梁）法适用范围：仅在翼板间用焊接钢板或伸出交叉钢筋连接的无中间横隔梁的装配式桥；刚接梁法适用范围：适用于翼缘板之间是刚性连接及有横隔梁的肋梁桥[1]。3种计算方式结果见表2。

表2 简化方法计算荷载横向分布系数

4 验证试验

4.1 试验方案

取跨中断面作为测试截面，每片梁跨中位置布设1个挠度测点。横向分布系数的测试按汽车-10级采用2辆26 t重车布载，布载位置如图4所示。

图4 加载车辆布置图（单位：cm）

4.2 实测横向分布

通过上文所述的荷载工况加载，同一荷载工况分级加载实测荷载横向分布如表3所示。实测荷载横向分布系数采用如式（1）公式[2]：

式中：mi为实测第i号主梁荷载横向分布系数；N为加载车道数；fi为试验荷载作用下，第i号主梁测试指标值；n为主梁根数。

表3 横向分布系数实测值

5 对比分析

图5给出了梁格模拟（刚接）、梁格模拟（铰接）、修正偏心压力法、刚接梁法、铰接板（梁）法及实测横向分布系数的比较。

图5 背景桥梁横向分布系数对比图

由图5可知：a）验证试验作为检验横向分布计算模式的重要手段，可对桥梁受力状况作出正确评估。b）刚接类计算模式与背景桥梁横线分布较符合，比实测值略大，分析可能原因：理论计算时，未考虑桥面铺装参与受力。

6 结论

通过对背景桥梁梁格模拟、简化方法计算及实桥验证，得出以下结论：a）在横隔板底端、翼缘板边缘预埋型钢，拼装完成后焊接预埋件的桥梁，实测横向分布系数值与理论计算值中修正偏压法、刚接梁法及梁格模拟（刚接）中更为接近，整体趋势吻合度较高；此类连接方式与铰接类模拟方式不符。b）从横向分布实测值与理论计算值吻合较好，可以验证横向连接构件完好，无破损与松动现象，各梁间协同受力良好，不存在单梁受力现象。