墩頂現澆段長度對橫隔梁的影響

程 文 賈艷敏 宋玉寶

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

墩頂現澆段長度對橫隔梁的影響

程 文 賈艷敏 宋玉寶

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以三跨簡支轉連續預應力混凝土T梁為背景，運用Midas梁格法建立橋梁模擬模型，結合現場實測數據對比分析了墩頂現澆段長度對支點截面應力的影響，指出隨著現澆段矩形截面的增長，墩頂橫隔梁應力減小。

墩頂橫隔梁，Midas，矩形截面，負彎矩區

預應力混凝土T梁橋設計的一個特點是：必須以各個截面的最大正、負彎矩的絕對值之和，即按彎矩變化幅值布置預應力束筋[1,2]。在此過程中，預應力混凝土簡支轉連續梁橋施工時需要對負彎矩區的應力變化進行控制[3]。在澆筑簡支轉連續梁橋墩頂現澆段時，通常以支點橫隔板為一模板面進行澆筑[4]。本文研究不同大小的墩頂橫隔梁對橋梁負彎矩區受力影響。

1 橋梁概況

本文依托呼朔高速公路呼和浩特至殺虎口段托縣連接線上K43+870寶貝河大橋，本橋公路等級為一級，橋面總寬度為12.25 m，跨徑(3×40)m，梁間距2.47 m，T梁高2.5 m。施工步驟為先安裝臨時支座，逐孔架設預制T梁成為簡支狀態，接著連接接頭段鋼筋，再澆筑連續接頭、橫隔梁、翼緣板及濕接縫，最后拆除臨時支座，完成體系轉換。墩頂橫隔梁長度為80 cm，支點橫隔梁間距130 cm。墩頂橫隔梁位置如圖1所示。

2 有限元模型的建立

本結構為簡支轉連續預應力混凝土T梁，采用Midas梁格法建立橋梁模擬模型[5]，單元類型以梁單元為主。梁單元采用T型截面，連續接頭間距80 cm，用矩形橫隔梁單元模擬，當墩頂現澆段長度增加時，另添加單元模擬橫隔板和該部分濕接縫。為模擬翼緣板的連接，運用了虛擬梁單元[6]。因重點對負彎矩區的應力進行分析，故在負彎矩區單元劃分較細，全橋共建梁單元3 666個，其中主梁單元個數為146×5。正彎矩的預應力鋼筋鋼束為75束，負彎矩區鋼束為60束，采用等效荷載法模擬。試驗橋梁有限元模型半幅如圖2所示。

3 理論值與實測值對比分析

為了研究墩頂現澆段長度對橫隔梁的影響，采用Midas有限元軟件進行橋梁的實際模擬。對于簡支轉連續梁橋墩頂的模擬考慮了墩頂支護模板的長度，使模型的模擬更精確。比較結果如表1所示，表中均選取第四片梁進行驗算。

表1 理論值與實測值對比分析

表1中數據為①，②的墩頂橫隔梁位置的受力情況，說明該部分受壓；130 cm模型與實際數據的誤差最大為9%，最小為2%。由理論值與實測值對比可知，有限元計算模擬結果與現場實測值基本吻合，由此驗證Midas有限元模型是可靠的。由表1可以看出，在同一界面內由上到下受到的壓力越來越小。

4 墩頂橫隔梁模型的對比分析

在考慮墩頂橫隔梁的基礎上建立80 cm，100 cm，110 cm，120 cm，130 cm的模板長度進行分析。墩頂現澆段長度的改變對墩頂應力影響很大，對其他部分的影響較小，故只對墩頂部分進行分析。分析結果如下。圖3a)～圖3c)中括號內數字分別表示①墩頂橫隔梁第3，4，5片梁。由圖3可知，第3，4片梁墩頂橫隔梁應力值約為-1.2 MPa～0.4 MPa，兩片梁的數據相近，第5片梁中橫梁應力值約為-3.6 MPa～-2.2 MPa，3片梁應力值范圍分別為1.6 MPa，1.4 MPa，可知變化范圍相近；第3，4片梁受力較小，約為第5片梁的1/3，說明墩頂橫隔梁截面處邊梁受力最大；以圖3a)為例，可以看到在墩頂橫隔梁截面中，距底板220 cm時受到的壓力為三點中最大值，約為-1.2 MPa，距底板110 cm時受到的壓力約-0.8 MPa，距底板20 cm時受到拉力約0.4 MPa，故可知墩頂橫隔梁同一截面中，上緣受壓大，下緣可能受壓也可能受拉，均很小。墩頂橫隔梁長度增加，受力減小，其中變化最大位置在100 cm～110 cm的墩頂橫隔梁處，變化值約為0.6 MPa，在110 cm后受力變化很小，故可忽略。

在實際施工過程中將支點橫隔板作為一個模板支護面(即采用130 cm的現澆段長度)，根據分析可知，其受力與110 cm的現澆段受力接近，墩頂橫隔梁長度為100 cm和110 cm時對橫隔梁應力影響發生變化大，故隨著墩頂現澆長度的增加，應力減小越來越慢。

5 結語

本文在預應力混凝土簡支轉連續T梁橋實際模型的基礎上，通過縮小墩頂橫隔梁尺寸，得出墩頂橫隔梁長對中橫梁的應力影響：

1)Midas建模時，橋梁的墩頂橫隔梁需按實際模擬，若不考慮

現澆段實際長度，則模型的墩頂橫梁應力比實際橋梁應力大。故運用有限元軟件建模需注意中橫梁的模擬，使其更接近實際情況。2)比較簡支轉連續T梁的邊梁和中梁應力可知，邊梁受到的壓應力比中梁大。3)隨著墩頂橫隔梁長度的增加，負彎矩區墩頂橫梁應力會相應減小，在110 cm后變化不大，變化最大處在墩頂橫隔梁矩形截面為100 cm～110 cm處，負彎矩區其他位置隨著墩頂橫隔梁的增加變化不明顯，可忽略。綜合考慮經濟和施工簡易問題，選取最佳墩頂橫隔梁長度。

[1] 王 湛.鋼—混凝土組合梁負彎矩區力學性能的研究[D].哈爾濱：東北林業大學,2006.

[2] 胡少偉,葉祥飛.預應力連續組合梁負彎矩區受彎全過程分析[J].水電能源科學,2013(12):122-125.

[3] 周 斌.預應力混凝土連續箱梁負彎矩區力學性能的分析[D].哈爾濱：東北林業大學,2009.

[4] 盛可鑒.簡支轉連續梁橋的幾個關鍵問題研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2013.

[5] 周水興,王小松,田維鋒,等.橋梁結構電算[M].北京：人民交通出版社,2013.

[6] 劉美蘭.Midas Civil在橋梁結構分析中的應用(一)[M].北京：人民交通出版社,2012.

Influence of the pier top cast-in-place length on diaphragm beam

CHENG Wen JIA Yan-min SONG Yu-bao

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The background is a simply supported three-span continuous prestressed concrete T-beam. The bridge model is the use of Midas grillage method. Comparative analysis combined with field data, the purpose is to find the influence length of the pier top cast pivot section of stress. With the cast section of rectangular section beam growth, the pier top horizontal beam stress decreases.

pier top horizontal beam, Midas, rectangular cross-section, the negative moment area

2014-07-13

程 文(1990- )，女，在讀碩士； 賈艷敏(1962- )，女，博士生導師，教授； 宋玉寶(1987- )，男，在讀碩士

1009-6825(2014)27-0188-02

U443.323

A