横断面布置对PC简支转连续T梁桥受力性能影响分析

江苏建筑职业技术学院学报Vol. 19 No. 32019 年 9 月 JIANGSU VOCATIONAL INSTITUTE OF ARCHITECTURAL TECHNOLOGYSep. 2019横断面布置对PC简支转连续T梁桥受力性能影响分析刘雪君(江苏建筑职业技术学院建筑智能学院，江苏徐州221116 )摘要：以内蒙古宝贝河三跨预应力钢筋混凝土简支转连续T梁桥实际工程试验数据为依托，结合

常见典型桥宽及桥高，利用有限元软件Midas Civil采用梁格法建立宝贝河大桥全桥模型，计算不同梁 高及主梁间距对桥梁结构内力产生的影响.结果表明：将梁高设置为2. 3 m、2. 5 m、2. 7 m进行有限元

模型计算.计算结构满足规范要求,但从受力及造价方面角度综合考虑，梁高设置为2.5 m较合理；三

种主梁间距的内力计算结构变化趋势相近，主梁个数的增减直接影响了结构的横向分布系数,使结构 内力出现了重分配的现象，但是只改变了内力的大小，对内力的变化趋势影响较小.关键词：横断面布置；T梁桥；Midas Civil模型；受力分析 中图分类号：U 442

文献标志码：A

文章编号：2095 - 3550(2019)03 - 0018 - 05Effect of cross section arrangement on mechanical behavior of PC

simply supported continuous T-beam bridgeLIU Xuejun(School of Architectural Intelligence, Jiangsu Vocational Institute of

Architectural Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China )Abstract: Based on the actual engineering test data of Baohe three-span prestressed concrete sim­

ple-supported to continuous T-beam bridge in Inner Mongolia, combined with the common typi­cal bridge width and bridge height, using the finite element software Midas Civil, the full bridge model of Baohe Bridge is established by using the grillage method, and the influence of different

beam height and main beam spacing on the internal force of the bridge structure is calculated・

The results show that the finite element model is calculated by setting the girder height to 2. 3m,2. 5m and 2. 7m, and the calculation structure meets the requirements of the code, but consider­

ing the force and cost comprehensively, it is reasonable to set the girder height to 2. 5m； the

change trend of the internal force calculation structure of the three main girder spacing is similar,

and the increase or decrease of the number of main girders directly affects the lateral distribution coefficient of the structure, which makes the internal force of the structure appear weight points・ The matching phenomenon, however, only changes the size of the internal force, and has little

influence on the change trend of the internal force.Key words: cross section arrangement； T-beam bridge； Midas Civil model； force analysis收稿日期：2019 -03 - 18基金项目：江苏建筑职业技术学院课题：横隔板的布置对PC简支T梁桥受力性能影响研究(JYQZ18-03)

作者简介：刘雪君，女，黑龙江绥化人，助教.硕士，研究方向为桥梁与隧道工程.E - mail： 502460316@qq. com第3期刘雪君：横断面布置对PC简支转连续T梁桥受力性能影响分析19桥梁横断面布置方案涉及到主梁片数、主梁的

2有限元软件模型的建立及可靠性

高度、桥面板跨度、结构横向湿接长度等问题.如果 结构的主梁个数选取不当，会导致车轮频繁的作用

验证2. 1建立有限元模型应用有限元软件Midas Civil建立跨径40 m, 桥宽12.25 m的预应力三跨连续简支转连续全桥 模型，如图3、4所示.临时支座和永久支座模拟情

在T梁横向连接处，桥面板长期处于最不利受力状

态，从而导致桥面板的开裂.所以横断面布置方案 是否合理直接影响着桥梁结构受力性能、结构的造

价及施工的难易程度.本文以内蒙古宝贝河大桥为

例，对其主梁高度及主梁间距对结构受力影响进行 研究—况如图4(a),(b)所示.1 工程概况宝贝河大桥位于内蒙古呼和浩特境内，是一座

图3 Midas Civil全桥模型Fig. 3 Midas Civil full bridge model10跨T梁桥，该桥中心线位于桩号K43 + 870,全

长400 m,全桥共分3联，前三跨和后三跨为三跨一 连续，中间为四跨一连续.桥梁全宽12. 25 m(净

：： ：：

(a)临时支座：：••11.25 + 2X0.5).预制 T 梁高 2. 5 m,宽 1.7 m,变

截面长7.7m,主梁间距2. 47 m,横向湿接缝宽度 为77 cm,设计荷载等级为公路I级汽车荷载，设计

车速80 km/h. T梁桥桥型立面布置、截面尺寸如图

(b)永久支座1、2所示.寸0+耳卜钦苓穌乂弋即f铀 一

W

图4边界条件示意Fig. 4 Schematic diagram of boundary conditions32993992

2.2模型可靠性验证在宝贝河大桥最后一联三跨的主梁，沿主梁跨 中梁截面高度布置4个混凝土应变计，混凝土应变

计测点布置如图5所示.试验数据与模型数据对比

情况见表1.跨中心线L —©图1桥型立面布置Fig. 1 Bridge facade layout1 ”v35图5测点布置Fig. 5 Survey point layout表1试验数据与模型数据值对比Tab. 1 Comparison of test data and model data values高度/cm198理论值/MPa-1. 23计算值/MPa-1.340.76误差/%& 95.67.66.212872180. 720.911.930. 982. 05图2桥梁跨中横断面布置Fig. 2 Cross-sectional layout of the bridge span由表1数据可看出.现场试验数据与模型计算 所得数据相差较小，验证了模型建立的正确性.因

此模型数据能够真实反映全桥的受力情况.20江苏建筑职业技术学院学报第19卷2.3主梁间距的选取主梁间距的选取以《公路桥涵通用图》为基础,

2.3 m梁髙最大剪力值 十2.3 m梁髙最小剪力值2.5 m梁髙最大剪力值 f-2.5m梁髙最小剪力值为保证结构的安全性，以通用图中主梁个数为基准

5000

逐渐增加主梁个数.在横断面设计时，主梁间距控 制在2.5 m以内，桥面板悬臂不超过1.5 m.结合以 上设计原则，针对宝贝河大桥的分离式桥宽为

Nwffl-R12.25 m跨径为40 m的三跨预应力简支转连续为 例，分别拟定了 3种横断面布置方案，见表2⑵.表2典型桥宽横断面布置Tab. 2 Typical bridge width cross section arrangement单位:m车道数/桥宽/主梁主梁边梁悬湿接个个个数间距臂宽缝宽52.471. 1850. 77212. 2562.051.000. 3571. 900.4250. 203受力分析结构内力分析中需要考虑永久作用（结构的自

重、预应力和混凝土的收缩徐变），研究对象为三跨 连续梁桥，为方便对比，选取结构的一半进行分析.3.1梁高对主梁受力影响在Midas Civil模型中改变主梁的高度，计算梁 高设置为2. 3 m、2. 5 m、2. 7 m时对主梁内力的影 响，除此之外.模型其他参数均不变动.组合系数依 据《公预规》⑶中相关规定.为方便分析验算结果，引入安全储备系数这一 概念，选取结构关键截面作为分析点，计算结果如

图6〜9所示.图6承载能力极限状态下的弯矩值Fig. 6 Bending moment value diagram under

limit state of bearing capacity由图6 — 7可知，梁高增加主梁的内力也随之 增大.承载能力计算结果表明3种梁高的内力值均 满足规范要求，但相比之下，梁高2. 3 m时结构安

全储备系数较小.密

-2 000 --2 500 -边支点

边跨跨中

中支点 中跨跨中位置图7承载能力极限状态下的剪力值Fig. 7 Maximum shear force value under load capacity state高高高

边支点

边跨跨中

中支点 中跨跨中位置图8短期荷载作用下结构下缘应力值Fig. 8 Stress value of lower edge of structure

under short-term loadO

高高高

-2-4-6-8-1O边支点 边跨跨中 中支点 中跨跨中位置图9长期荷载作用下结构下缘应力值Fig. 9 Stress value of lower edge of structureunder long-term load由图8~9可知，短期、长期荷载作用下，结构 的边、中支点处的应力值随主梁高度的增加而减

小，跨中截面的应力值随主梁高度的增加而增大, 且计算结果均满足规范要求.第3期刘雪君：横断面布置对PC简支转连续T梁桥受力性能影响分析21综上可知，2. 3 m梁高的承载能力计算结果虽 承载能力验算结果均满足规范要求，且有足够的安全

然满足要求，但是最大弯矩的安全储备系数仅为 储备.但从截面效率指标来说，主梁间距增大,偏心距 增大可节约预应力钢筋的数量,可更好地发挥材料的

1.05.从结构安全性的角度来说，对于跨径为40 m

的桥梁结构在设计计算中不宜选取此梁高.2. 5 m 及2. 7 m梁高的内力安全储备系数值相近，正常使

力学性能•所以对于跨度及自重较大的结构，在构件安 全储备足够的情况下，采用的主梁间距不宜过小.t- 5片主梁最大弯矩值十5片主梁最小弯矩值用极限状态下的应力值也均满足规范要求，所以2

种梁高在受力方面均满足安全性的要求.但是从经

济的角度岀发，2.7m梁高造价高于2. 5 m,经对比 可知，梁高设置为2.5 m较合理⑷.3.2主梁间距对结构横向分布系数及受力的影响依上述分析可知，梁高为2. 5 m时结构受力较

7E •

合理.选取梁高为2. 5 m时的梁高模型，改变结构

三二赳衆倉

模型的主梁间距（除此之外，模型其他参数均不变 动），分析不同的主梁间距对桥梁横向分布系数及

内力值的影响.桥宽12. 25 m的3种主梁间距作为研究对象,

按照公路桥梁规范车辆荷载进行最不利荷载布置, 利用偏心压力法计算主梁间距为190 cm.205 cm、

图U 承载能力极限状态下的弯矩值Fig. 11 Curve value of load capacity limit state—5片主梁最大剪力值■ 6片主梁最大剪力值亠7片主梁最大剪力值247 cm时1、2、3号主梁的荷载横向分布系数.主梁 间距对横向分布系数的影响如图10所示.t-1号梁t-2号梁十5片主梁最小剪力值+ 6片主梁最小剪力值 t—7片主梁最小剪力值500 0-500 -1000

0.657-3号梁@61>055

0.05o @4 tslo041-1 500

-2 000 -2 500边支点 边跨跨中 中支点 中跨跨中位置190

200

210

220 230 240 250梁宽/cm图10主梁间距对横向分布系数的影响图12承载能力极限状态下的剪力值Fig. 12 Shear force value under load capacity limit stateFig. 10 Effect of main beam spacing on lateral

distribution coefficient0一—5片主梁 一*一6片主梁 亠7片主梁-2从图10中可以看出，1、2号梁的横向分布系数

变化趋势相近，主梁宽度增加，横向分布系数增大,

横向刚度也随之减小，使得1、2号梁的横向分布系 数差值也逐渐增大.3号梁由于主梁位置的影响，梁 宽与横向分布系数之间有明显的线性关系，梁宽对 主梁横向分布系数影响较大，主梁间距小，各梁的

横向分布系数值相差小，受力均匀.边支点 边跨跨中 中支点 中跨跨中依据有限元计算结果，各个控制断面的最大内 力值如图11〜14所示.位置图13短期荷载作用下结构下缘应力值Fig. 13 Stress value of lower edge of structure

under short-term load

由图11、12可知,3种桥宽下主梁的弯矩和剪力 值都随主梁个数的增加而减小.3种横断面布置形式

22江苏建筑职业技术学院学报第19卷片主梁片主梁片主梁

1) 将梁咼设置为2. 3 m、2. 5 m、2. 7 m进行计

算，计算结构满足规范要求，但从受力及造价方面 角度考虑，梁高设置为2.5 m较合理.2) 桥宽一定，横向分布系数随主梁间距的增大 而增加，梁宽对主梁横向分布系数影响较大，主梁 间距小，各梁的横向分布系数值相差小，受力均匀. 对跨径为40 m,桥宽12. 25 m对应3种主梁间距的

10结构内力验算结果均满足规范要求，3种主梁间距

-12边支点

的内力变化趋势相近，说明主梁个数的增减影响了 结构的横向分布，使结构内力岀现了重分配的现

边跨跨中

位置中支点 中跨跨中象，但是只改变了内力的大小，没有改变内力的变 化趋势.参考文献：[1]

图14长期荷载作用下结构下缘应力值Fig. 14 Stress value of lower edge of structureunder long-term load由图13、14可知，长短期荷载作用下的变化

赵智慧.简支变连续梁桥结构体系分析[D].成都：西

南交通大学，2010.趋势为主梁个数增加，边支点、中支点上缘应力增 加下缘应力值减小，跨中截面上缘应力值减小，下 缘应力值增加.截面都处于受压状态，受负弯矩束 等因素的影响边跨跨中的应力值都大于中跨跨中 的应力值，但应力值相差较小，计算结果满足规范

[3] [2]

魏晓全.公路T梁桥裂缝成因分析及其合理构造研

究[D].重庆：重庆交通大学,2012.中华人民共和国交通运输部.公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范：JTG 3362—2018[S].北京：

要求⑸.[4]

人民交通出版社，201&贾艳敏，高力.结构设计原理[M].北京：人民交通出

4结论根据以上对T梁桥不同主梁高度及间距的受 力分析，得到如下结论：[5]

版社,2004.杨勇.简支转连续梁桥受力行为.与施工技术研究[D].重庆：重庆交通大学，200&(责任编辑：梁赛平)(上接第17页)4结论通过ABAQUS/CFD有限元分析计算了圆形

参考文献：[1] [2] [3]

白义松，高伟，李洪峰.波纹钢管涵洞在公路工程中的

应用[J].森林工程，2008,24(2):28-30.孙海波，李建华，高猛.波纹钢管桥在煤炭采空区的应

钢管和两种不同波形的波形钢管的流固耦合效应, 可以得到以下结论.用[J].山东交通科技,2013(6):69-70.刘志刚，历彦军，孙树本，等.国内外在埋地排水用波

1) 从流体的流速和方向来看，圆形钢管内的流

体影响最小，波形钢管会使得流体的流速增加，也 会对流动方向造成一定影响，越靠近钢管的波形内

纹钢管设计中计算方法的比较与分析[J].特种结构，

2018,35(1):56-63.[4]

壁影响越大.李祝龙，李鹏飞，梁养辉，等.波纹钢管用作隧道逃生

管道时的模拟分析[J].公路交通科技,2017,34(8)： 105-113.[5]

2) 从钢管的变形和应力来看，圆形钢管的变

形和应力最小，梯形波纹的钢管变形和应力最 大，最大应力通常出现在出口位置附近•为了减 弱波形钢管的变形和应力，应当避免设置带有尖

[6]

穆程，谭红平，彭海涛.高填土大跨波纹钢管涵有限元

力学性能分析[J].公路与汽运,2017(5):172-177.郑小艳，胡连军.波纹管涵洞关键设计参数研究[J].铁 道工程学报,2016(6)=54-59.锐折角的波形.3) 波形钢管的流固耦合效应明显强于圆形钢

管，在某些刚度较小的结构中需要引起注意.(责任编辑：梁赛平)