預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁橋靜動力性能分析

郭 燕

（長沙中大建設(shè)監(jiān)理有限公司，湖南 長沙 410000）

引言

針對連續(xù)梁橋，國內(nèi)學(xué)者對其進(jìn)行了大量研究［1-3］。聶玉東等［4］從不同施工方法的角度出發(fā)對某5×40 m 連續(xù)梁橋的施工、運(yùn)維階段進(jìn)行了計算分析，研究的施工方法主要包括滿堂灌法、先簡支后連續(xù)法、單懸臂轉(zhuǎn)換法，最終可得出不同施工方法下恒載內(nèi)力均隨時間增長而增長。上官萍［5］研究了預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、徐變作用對結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

4×30 m 的連續(xù)預(yù)應(yīng)力T 梁橋橫向由4 片T 梁組成，縱向間隔7.5 m 布置橫向聯(lián)系。全橋橫向總寬度為12 m，且按標(biāo)準(zhǔn)兩車道設(shè)計。橋梁下部結(jié)構(gòu)中的橋臺與橋墩均由明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行支撐，設(shè)計行車速度為40 km/h。橋梁立面布置見圖1。

圖1 橋梁立面布置/cm

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：（1）橋型：預(yù)應(yīng)力混凝土T 型簡支梁橋。（2）設(shè)計荷載：公路-Ⅱ級。（3）設(shè)計洪水頻率：1/100。（4）設(shè)計車速：40 km/h。（5）地震動峰值加速度系數(shù)：0.05 g，抗震按Ⅶ設(shè)防。

預(yù)制T 梁高度為2.2 m，中跨梁與邊跨梁的寬度分別為2.5 m 與2 m，各梁支座處腹板厚度為50 cm，跨中腹板厚度為20 cm，橋梁斷面見圖2。

圖2 橋梁斷面/cm

橋墩與橋臺均由C30 混凝土澆筑而成，主梁主要由C50 混凝土瀝青混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，同時瀝青混凝土主要用于橋面鋪裝，鋼鉸線主要采用公稱直徑為15.2 mm 的鋼絞線，其松馳率為0.035、松馳系數(shù)為0.3。橋梁主要組成材料設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 材料參數(shù)

2 有限元模型建立

為計算該橋梁動靜載荷載試驗(yàn)下的理論計算結(jié)果，利用Midas Civil 通過梁格法建立該橋梁有限元模型。模型建立過程中施加荷載，主要考慮橋梁的恒載、活載，其中恒載主要包括自重、預(yù)應(yīng)力荷載，活載主要包括汽車荷載、整體溫度變化、溫度梯度變化。

橋梁邊界條件為簡支邊界條件。橋梁橫向由4 片T 梁組成，模型中各片T 梁主要依靠橫隔板進(jìn)行連接，橫隔板對于橋梁的橫向穩(wěn)定性至關(guān)重要，橋梁每跨主要由4 片橫隔板進(jìn)行連接，橫隔板間距為7.5 m。

3 結(jié)果分析

3.1 靜力分析結(jié)果

3.1.1 荷載組合

計算該橋梁在三種荷載工況下的力學(xué)性能，進(jìn)行靜力分析時主要荷載組合：（1）組合Ⅰ（施工階段合計工況）：恒載（自重+二期+預(yù)應(yīng)力+收縮徐變）；（2）組合Ⅱ：車輛荷載；（3）組合Ⅲ：1.2恒載+1.2 預(yù)應(yīng)力+1.4 汽車荷載工況+1.4 梯度降溫。

3.1.2 分析結(jié)果

提取4×30 m 跨徑橋梁在施工階段合計工況、車輛荷載、承載能力極限狀態(tài)下的梁體撓度見圖3。

圖3 不同工況橋梁撓度曲線

由圖3 可知：（1）施工階段合計工況中，邊跨橋梁最大撓度為+41.2 mm，中跨橋梁最大撓度為+22.6 mm，邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的182.3%，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因在于邊跨橋梁的約束自由度較低，因此，其在荷載作用下變形程度較大。（2）車輛荷載工況中，邊跨橋梁最大撓度為-4.8 mm，中跨橋梁最大撓度為-3.1 mm，邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的154.8%。（3）承載力極限工況中，邊跨橋梁最大撓度為+17.4 mm，中跨橋梁最大撓度為+5.1 mm，邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的341.2%。

該橋梁的主要受力形式為受彎，為了解該橋梁在受載時的彎曲性能，提取承載能力極限狀態(tài)工況下的橋梁彎矩見圖4。

圖4 承載能力極限狀態(tài)工況下橋梁彎矩

由圖4 可知：（1）邊跨橋梁跨中截面最大負(fù)彎矩值為-3 165.8 kN·m，邊跨橋梁支座處最大正彎矩值為5 031.7 kN·m。（2）中跨橋梁跨中截面最大負(fù)彎矩值為-1 675.4 kN·m，邊跨橋梁支座處最大正彎矩值為3 541.4 kN·m。（3）邊跨橋梁跨中截面最大負(fù)彎矩值為中跨跨中截面最大負(fù)彎矩值的188.96%，邊跨橋梁支座截面最大正彎矩值為中跨支座中截面最大正彎矩值的142.1%。

3.2 動力分析結(jié)果

依據(jù)建立的結(jié)構(gòu)模型，把恒載重量轉(zhuǎn)化成節(jié)點(diǎn)質(zhì)量后，利用Midas Civil 進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力分析，分析橋梁前十階振形，橋梁動力計算結(jié)果見表2。

表2 動力分析結(jié)果

分析表2 可得：（1）橋梁結(jié)構(gòu)基頻為6.789 Hz，隨著階次的提升，橋梁前十階頻率由6.789 Hz 提升到20.199 Hz，橋梁周期由0.147 s 降低至0.049 5 s。（2）橋梁前三階次結(jié)構(gòu)振型模態(tài)均為豎向彎曲，未出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)模態(tài)，橋梁的橫向扭轉(zhuǎn)振型模態(tài)出現(xiàn)在第五至第八振型，說明橋梁的橫向抗扭轉(zhuǎn)剛度較強(qiáng)，豎向抗彎剛度弱于橫向扭轉(zhuǎn)剛度。

4 結(jié)語

（1）施工階段合計工況邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的182.3%，車輛荷載工況邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的154.8%，承載力極限工況邊跨橋梁的最大撓度為中跨橋梁的341.2%，邊跨橋梁的約束自由度較低，在荷載作用下變形程度較大。（2）邊跨橋梁跨中截面最大負(fù)彎矩值為中跨跨中截面最大負(fù)彎矩值的188.96%，邊跨橋梁支座截面最大正彎矩值為中跨支座中截面最大正彎矩值的142.1%。（3）橋梁結(jié)構(gòu)基頻為6.789 Hz，隨著階次的提升，橋梁前十階頻率由6.789 Hz 提升到20.199 Hz，橋梁周期由0.147 s 降低至0.049 5 s。（4）橋梁前三階次結(jié)構(gòu)振型模態(tài)均為豎向彎曲，未出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)模態(tài)，橋梁的橫向扭轉(zhuǎn)振型模態(tài)出現(xiàn)在第五至第八振型，說明橋梁的橫向抗扭轉(zhuǎn)剛度較強(qiáng)，豎向抗彎剛度弱于橫向扭轉(zhuǎn)剛度。