某高速公路40m连续T梁受力性能分析

2014-12-25唐瑜陵

交通运输研究 2014年23期

唐瑜陵

（河北道桥工程检测有限公司，河北石家庄050021）

1 概述

承秦高速公路是河北省高速公路网布局规划“五纵、六横、七条线”中的第一条，也是承德和秦皇岛两市路网规划的重要组成部分，其建成通车使得承德到秦皇岛之间车程由原来的4个多小时缩短为2小时，对京、津、冀经济圈经济发展起到了重要作用。承秦高速为山区高速公路，地形条件复杂，线路桥梁梁多，全线共有桥梁73 座，28 981.6m，大多数桥梁位于超高缓和段上，如果选用小箱梁，架梁时一片梁4个支点，不易调平，易造成支座脱空、受力不均匀的情况；T 梁的梁高较高，横隔板多，整体刚度和抗剪能力较小箱梁好，且吊装重量小。此外，山区高速公路桥梁桥墩高大，在满足要求的情况下一般选择上部梁体跨径大的，以减小下部桥墩数量。为满足车辆行驶的舒适性要求，减小桥面颠簸，多采用先简支后连续、一桥多联的结构形式。鉴于此，承秦高速桥梁结构普遍采用3 跨40m 连续T 梁结构形式。承秦高速公路设计荷载为公路-Ⅰ级荷载。

40mT梁主要截面尺寸如图1所示。

图1 梁截面图（单位：cm）

2 有限元模型分析

2.1 有限元模型的建立

采用有限元计算软件Madis，应用梁格法建立了3 跨连续梁有限元计算模型（如图2 所示），计算分析设计荷载作用下，边跨、次边跨桥梁结构的跨中挠度、应力增量，分析结构的受力特点。

图2 3跨40m连续T梁有限元计算模型图

模型采用梁单元模拟各T梁，采用虚拟梁单元模拟车道。应用一般支撑模拟支座支撑条件，其中固定支座设置在第2 孔与第3 孔连接处支座位置，其各处支座均为活动支座。固定支座约束支座3个方向（x方向、y方向、z方向）的平动自由度，约束其x方向、z方向的转动自由度。活动支座只约束其y方向、z方向平动自由度和转动自由度。

计算过程中采用移动荷载计算工况，确定设计荷载作用下，最不利荷载工况下桥梁结构的跨中弯矩。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》中关于荷载试验效率系数宜介于0.95～1.05 之间的规定，确定试验荷载大小及加载位置。

2.2 有限元计算结果分析

共计算了边跨偏载布载、边跨对称布载、次边跨偏载布载和次边跨对称布载4 种荷载作用下，边跨、次边跨的主要控制截面的应力以及跨中挠度。边跨及次边跨在荷载作用下跨中截面处弯曲正应力增量计算结果如表1所示。

表1 试验荷载作用下跨中截面应力增量计算表

由表1 中计算结果可知，相同荷载形式作用下，边跨在试验荷载作用下的应力增量最大值比次边跨大，由于连续梁受力特点中次边跨受到支座处负弯矩影响，因此相同荷载作用下次边跨跨中应力增量比边跨小。边跨和次边跨在偏载荷载作用下应力增量最大值均比对称荷载作用下大，由于偏载作用下跨中应力增量最大值出现在各跨的外侧边梁位置，对称荷载作用下跨中最大应力增量值出现的第3 片梁即中间梁位置处。

边跨和次边跨在试验荷载作用下跨中挠度最大值计算结果统计如表2所示。