预应力T梁桥跨中横隔梁力学分析与维修加固VIP专享VIP免费

预应力T梁桥跨中横隔梁力学分析与维修加固发布时间：2007-11-06作者：余波徐光华摘要：以预应力简支T粱桥为对象，建立了实体单元有限元模型，在对称和偏载作用下分别计算了有无横梁情况时的响应并进行了比较分析，结果说明中横粱对大桥受力状态特别是翼缘板的受力状态有较大的作用。根据这一结论，对该桥主要采取了增加跨中横隔梁的加固措施。预应力T梁的横隔梁是垂直于T梁梁体的结构，其基本作用是增加桥梁的横向刚度，限制扭转应力等。按照桥梁设计85规范及2004新规范的要求，预应力T梁桥均需设置端横梁和一定数量中横梁。一些设计人员误认为跨中横梁的抗扭刚度通常要小于端横梁，且跨中横梁的自重会增加主梁荷载，因此对跨中横梁不够重视，有时就将其省略，这样势必造成桥梁整体性降低。随着车辆荷载日益增加，给车辆运营带来安全隐患。这种构造于二十世纪六十年代由前苏联引进我国，在一些西部省份已有较多应用，因此，对预应力T梁桥跨中横隔梁的力学性能进行分析，了解其对桥梁整体受力的重要性，增强对其重要性的认识进而采取相应加固措施提高桥梁耐久性和使用寿命具有重要的意义。本文选取了6x30m的预应力混凝土T梁桥进行分析。该桥上部结构T梁采用现浇方法施工，桥梁未设置中横隔梁，仅设置了端横隔梁。现浇T梁用50号砼：预制桥面板、封锚端用40号砼。桥面铺装采用6cm厚的30号防水砼。现浇T梁采用简支桥面板连续。下部结构为双柱式墩，左右幅分离。设计荷载等级：汽车一超20级，挂车-120。该桥位于重要的高速公路干线，车流量相对较大。经过若干年的运营，该桥出现了较多病害。除了桥面铺装破损、部分伸缩缝损坏等常见病害外，比较明显的病害表现为桥面铺装纵向裂缝，主要集中在中T梁顶面附近等。为了对病害进行分析，对该桥用实体单元建立了有限元模型，利用该模型对桥梁有无跨中横隔梁的情况下，各片T梁的挠度及应力状况进行了分析，重点关注各片梁在偏载和对称荷载作用下，跨中挠度分布及桥面铺装表面拉应力的分布隋况。1模型的建立简支T梁桥采用实体单元建立有限元模型(有中横梁情况；无中横梁情况)，模型中考虑铺装参与受力，假定混凝土材料均为C50混凝土，其它相关参数见表1~表3所示。其中有横梁的实体模型中设置了3道中横梁，分别设在1／4L、1／2L、3／4L跨所在位置，部分模型如图1～2所示。每片T梁承担的恒载如表1所示。T梁相关参数见表2，由于该桥边梁和中梁的结构尺寸基本相同，计算时采用相同截面所带来的误差可忽略。边梁和中梁钢绞线配束量见表3。分析中采用汽车超-20车队的中55t重车作为分析荷载对桥梁进行加载。模型中的轮载分别以集中力的形式施加于模型中的结点上。计算中分别建立了对称加载和偏载两种加载情况，两种荷载情况均施加于有横梁模型和无横梁模型以便进行比较，因此总共计算了4种工况：工况1为无中横隔梁时的对称加载；工况2为有中横隔梁时的对称加载；工况3为无中横梁时的单车加载；工况4为有中横梁时的单车加载。2计算结果分析工况1-工况4荷载作用下结构跨中断面剪应力及挠度的计算结果如图3～图6所示，当T梁只配置端横梁而无中横梁时，在对称和偏载作用下各T梁的挠度均呈曲线分布，桥梁横向发生弯曲的趋势且翼缘板承受较大的剪应力。与之形成鲜明对比的是，设置了中横梁的T梁桥在荷载作用下各T梁的挠度均呈直线分布，翼缘板所受剪应力有限，最大剪应力发生在横梁部位。说明增加横梁后，中横梁改善了翼缘板的受力状态，使其更为安全，桥梁横向刚度和抗扭刚度得到较大提高。因此中横梁对提高全桥的整体性有较大作用。此外，本文还将工况1、工况2下T梁跨中断面横向剪应力进行了对比(如图7、图8所示)，结果显示设置了中横梁的T梁桥在荷载作用下翼缘板几乎无横向拉应力产生，这对翼缘的受力较为有利。没有中横梁的T梁桥翼缘板在荷载作用下顶面承受较大的横向拉应力，特别是在中T梁顶面附近达到最大值1．77MPa。虽然计算值小于设计强度2．45MPa的限值，但计算中加载是以设计荷载来取值。事实上该桥位于重要的高速公路干线，车流量相对较大。根据对大桥通行车流量及车辆超载超限状况进行的统计。调查期间单日发现各类大型装载汽车70余辆，且均有超...