某高速公路40m連續(xù)T梁受力性能分析

唐瑜陵

（河北道橋工程檢測(cè)有限公司，河北 石家莊050021）

1 概述

承秦高速公路是河北省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃“五縱、六橫、七條線”中的第一條，也是承德和秦皇島兩市路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分，其建成通車使得承德到秦皇島之間車程由原來(lái)的4個(gè)多小時(shí)縮短為2小時(shí)，對(duì)京、津、冀經(jīng)濟(jì)圈經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要作用。承秦高速為山區(qū)高速公路，地形條件復(fù)雜，線路橋梁梁多，全線共有橋梁73 座，28 981.6m，大多數(shù)橋梁位于超高緩和段上，如果選用小箱梁，架梁時(shí)一片梁4個(gè)支點(diǎn)，不易調(diào)平，易造成支座脫空、受力不均勻的情況；T 梁的梁高較高，橫隔板多，整體剛度和抗剪能力較小箱梁好，且吊裝重量小。此外，山區(qū)高速公路橋梁橋墩高大，在滿足要求的情況下一般選擇上部梁體跨徑大的，以減小下部橋墩數(shù)量。為滿足車輛行駛的舒適性要求，減小橋面顛簸，多采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)、一橋多聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。鑒于此，承秦高速橋梁結(jié)構(gòu)普遍采用3 跨40m 連續(xù)T 梁結(jié)構(gòu)形式。承秦高速公路設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)荷載。

40mT梁主要截面尺寸如圖1所示。

圖1 梁截面圖（單位：cm）

2 有限元模型分析

2.1 有限元模型的建立

采用有限元計(jì)算軟件Madis，應(yīng)用梁格法建立了3 跨連續(xù)梁有限元計(jì)算模型（如圖2 所示），計(jì)算分析設(shè)計(jì)荷載作用下，邊跨、次邊跨橋梁結(jié)構(gòu)的跨中撓度、應(yīng)力增量，分析結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。

圖2 3跨40m連續(xù)T梁有限元計(jì)算模型圖

模型采用梁?jiǎn)卧M各T梁，采用虛擬梁?jiǎn)卧M車道。應(yīng)用一般支撐模擬支座支撐條件，其中固定支座設(shè)置在第2 孔與第3 孔連接處支座位置，其各處支座均為活動(dòng)支座。固定支座約束支座3個(gè)方向（x方向、y方向、z方向）的平動(dòng)自由度，約束其x方向、z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。活動(dòng)支座只約束其y方向、z方向平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

計(jì)算過(guò)程中采用移動(dòng)荷載計(jì)算工況，確定設(shè)計(jì)荷載作用下，最不利荷載工況下橋梁結(jié)構(gòu)的跨中彎矩。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中關(guān)于荷載試驗(yàn)效率系數(shù)宜介于0.95～1.05 之間的規(guī)定，確定試驗(yàn)荷載大小及加載位置。

計(jì)算過(guò)程中采用移動(dòng)荷載計(jì)算工況，確定設(shè)計(jì)荷載作用下，最不利荷載工況下橋梁結(jié)構(gòu)的跨中彎矩。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中關(guān)于荷載試驗(yàn)效率系數(shù)宜介于0.95～1.05 之間的規(guī)定，確定試驗(yàn)荷載大小及加載位置。

2.2 有限元計(jì)算結(jié)果分析

共計(jì)算了邊跨偏載布載、邊跨對(duì)稱布載、次邊跨偏載布載和次邊跨對(duì)稱布載4 種荷載作用下，邊跨、次邊跨的主要控制截面的應(yīng)力以及跨中撓度。邊跨及次邊跨在荷載作用下跨中截面處彎曲正應(yīng)力增量計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)荷載作用下跨中截面應(yīng)力增量計(jì)算表

由表1 中計(jì)算結(jié)果可知，相同荷載形式作用下，邊跨在試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)力增量最大值比次邊跨大，由于連續(xù)梁受力特點(diǎn)中次邊跨受到支座處負(fù)彎矩影響，因此相同荷載作用下次邊跨跨中應(yīng)力增量比邊跨小。邊跨和次邊跨在偏載荷載作用下應(yīng)力增量最大值均比對(duì)稱荷載作用下大，由于偏載作用下跨中應(yīng)力增量最大值出現(xiàn)在各跨的外側(cè)邊梁位置，對(duì)稱荷載作用下跨中最大應(yīng)力增量值出現(xiàn)的第3 片梁即中間梁位置處。

邊跨和次邊跨在試驗(yàn)荷載作用下跨中撓度最大值計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 試驗(yàn)荷載作用下跨中撓度計(jì)算表

由表2中的數(shù)據(jù)可知，相同荷載作用下邊跨跨中撓度最大值比次邊跨大。邊跨和次邊跨偏載荷載作用下的跨中撓度均大于對(duì)稱荷載作用下的跨中撓度，偏載荷載作用下跨中撓度最大值出現(xiàn)在外側(cè)第1片梁處，對(duì)稱荷載作用下跨中撓度最大值出現(xiàn)在第3片梁處。

3 靜載試驗(yàn)分析

對(duì)承秦高速公路多座40m 連續(xù)T 梁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，選取了其中典型的6 座橋梁（北溝大橋、方家溝2#大橋、后抄道溝大橋、青龍河大橋、三門店大橋和小梨園大橋）對(duì)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)該類橋梁的受力性能和承載能力進(jìn)行研究。

3.1 試驗(yàn)荷載

試驗(yàn)荷載根據(jù)計(jì)算確定。加載車輛的具體參數(shù)如表3 所示。偏載荷載具體加載位置如圖3 所示。對(duì)稱荷載具體加載位置如圖4所示。

表3 試驗(yàn)車輛參數(shù)表

圖3 偏載荷載加載位置示意圖（單位：cm）

圖4 對(duì)稱荷載加載位置圖（單位：cm）

3.2 應(yīng)力增量分析

靜載試驗(yàn)中，在邊跨及次邊跨的各梁梁底布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，在外側(cè)第1片梁沿梁高方向布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)。偏載荷載、對(duì)稱荷載作用下，邊跨及次邊跨應(yīng)力增量最大實(shí)測(cè)值統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5 荷載作用下各橋應(yīng)力增量值

由圖5 中的數(shù)據(jù)可知，相同荷載形式作用下，邊跨在試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)力增量最大實(shí)測(cè)值比次邊跨大，邊跨和次邊跨在偏載荷載作用下應(yīng)力增量最大實(shí)測(cè)值均比對(duì)稱荷載作用下大，實(shí)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)規(guī)律與理論計(jì)算結(jié)果一致。

實(shí)測(cè)各橋應(yīng)力增量沿梁高方向變化基本呈線性，各橋應(yīng)力增量殘余值均小于規(guī)范規(guī)定值，表明橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下為彈性狀態(tài)。

圖6所示為各橋應(yīng)力增量校驗(yàn)系數(shù)。

圖6 各橋應(yīng)力增量校驗(yàn)系數(shù)表

由圖6中數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)荷載作用下，各橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)值均小于1，滿足規(guī)范要求，表明結(jié)構(gòu)承載能力滿足要求。

3.3 撓度分析

靜載試驗(yàn)中，對(duì)各橋邊跨及次邊跨的各片梁梁底撓度進(jìn)行了測(cè)量，不同荷載工況下各橋撓度實(shí)測(cè)最大值統(tǒng)計(jì)如圖7所示。

圖7 荷載作用下各橋撓度值

由圖7中數(shù)據(jù)可知，相同荷載作用下，邊跨跨中撓度實(shí)測(cè)最大值比次邊跨大，邊跨和次邊跨偏載荷載作用下的跨中撓度實(shí)測(cè)值均大于對(duì)稱荷載作用下的跨中撓度實(shí)測(cè)值，與理論計(jì)算規(guī)律基本一致。

圖8所示為各橋撓度校驗(yàn)系數(shù)。

圖8 各橋撓度校驗(yàn)系數(shù)表

由圖8中數(shù)據(jù)可知，各橋撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范值1，表明各橋剛度均滿足承載力要求；各橋撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值均小于0.7，表明橋梁結(jié)構(gòu)有較高的安全儲(chǔ)備。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)理論計(jì)算結(jié)合荷載試驗(yàn)，對(duì)承秦高速公路中典型的40m連續(xù)T梁的受力特性進(jìn)行了分析研究。研究結(jié)果表明，該類橋梁受力特性符合連續(xù)梁受力特點(diǎn)，試驗(yàn)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)為彈性受力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)和撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，表明結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。

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