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摘要：采用刚接板梁法、刚性横梁法、有限元梁格模型分析法对天津市团泊大桥简支T梁桥的荷载横向分布系数进行计算，通过与实测横向分布系数的对比分析，提出了适用干接改湿接简支T梁桥荷载横向分布系数的计算方法——刚接板梁加权平均值法。
关键词：干接改湿接T梁桥，横向分布系数，刚接板梁法，刚性横梁法，有限元梁格模型分析法
Research on Load Transverse Distribution of Simply-Support T Shape Beam Bridge Joining by Dry to Wet Joint
YUAN Yi-kun
(Shandong PingAn Engineering of Quality Inspection Co.Ltd, Yantai 265500, China)
Abstract: TianJin TuanBo bridge is simply-support T beam bridge joining by dry to wet joint. Calculate it’s load transverse distribution by different methods, such as method of rigid-joint slab, rigid cross beam method and the finite element method of beam grid. Then put forward the applicable method of simply-support T beam bridge load transverse distribution-the weighted average method of rigid connection, through comparing with the results of field test.
Keywords: simply-support T beam bridge joining by dry to wet joint, load transverse distribution, method of rigid-joint slab, rigid cross beam method, the finite element method of beam grid
1引言
荷载横向分布系数计算是公路桥梁设计、检测中的一个重要内容，利用内力或荷载的横向分布系数分析桥梁结构，实质上是在一定的误差范围内寻求一个近似的影响线来代替精确的影响面，把一个复杂的空间问题转化成较为简单的平面问题来求解。
本文以天津市团泊大桥简支T梁桥为例，采用不考虑横隔梁作用的刚接板梁法、考虑横隔梁作用的刚接板梁法、修正偏心压力法、有限元梁格模型分析法对该桥主梁荷载横向分布系数进行计算，然后与实测横向分布系数进行对比，以寻找准确计算该类T梁横向分布系数的方法。
2 工程概况
天津市团泊大桥建于1993年，全长为1000m，共50孔，跨径组合为50×20m。上部结构均为20m普通钢筋混凝土T梁，每孔共6片梁（2片边梁、4片中梁），梁高1.3m，每片梁有5道横隔板，T梁翼板和横隔板横向联系均为干接的方式。2005年对该桥进行维修加固，对主梁间的横向联系由干接改为后浇湿接缝的连接方式。桥面宽度为1m（人行道）+9m（车行道）+1m（人行道）共11m。主梁和横隔梁简图见图1和图2所示。
图1 20m简支T梁主梁横断面图（单位：cm）
图3 车辆4个加载位置示意图（单位：cm）
（2）横向分布系数实测结果
将单辆350kN的加载车依次作用于位置1~位置4，测取1#~6#梁跨中截面挠度值，并采用公式（1）计算各主梁的横向分布系数，实测主梁挠度值见表1所示。
图4 实测1#~6#梁横向分布系数曲线图
4 横向分布系数的理论计算
对应于现场试验的4个试验位置，分别采用不考虑横隔梁的刚接板梁法、考虑横隔梁的刚接板梁法、修正偏心压力法及有限元梁格模型分析法进行横向分布系数的计算。
4.1刚接板梁法
刚接板梁法同时考虑了梁间剪力和弯矩传递，适用于主梁间刚性连接的桥梁。团泊大桥主梁间连接现状为湿接（即刚接），因此可以采用刚接板梁法计算横向分布系数。
一般刚接板梁法计算只跟主梁特性有关，但对于有横隔梁的T梁，其横隔梁作用考虑与否对横向分布系数的计算结果有较大影响，因此本文刚接板梁法的计算分为不考虑横隔梁和考虑横隔梁两种情况。
①不考虑横隔梁作用的刚接板梁法
参考《桥梁工程》，采用不考虑横隔梁作用的刚接板梁法对4个试验位置下1#~6#主梁的横向分布系数进行计算，并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，如图5(a)所示。
②考虑横隔梁作用的刚接板梁法
考虑横隔梁作用的刚接板梁法是近似的把横隔梁与实有的桥面板的抗弯惯性矩转化为设想的等刚度桥面板的抗弯惯性矩，然后采用常规刚接板梁法进行横向分布系数的计算。
采用考虑横隔梁作用的刚接板梁法对4个加载位置下1#~6#主梁的横向分布系数进行计算，并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，如图5(b)所示。
（b）考虑横隔梁作用
图5 刚接板梁法横向分布系数计算结果曲线图
对比图5中（a）和（b）可以看出，考虑横隔梁与不考虑横隔梁计算得到的横向分布系数曲线存在很大的差异性：考虑横隔梁的横向分布系数要比不考虑横隔梁的横向分布系数均匀得多。
4.2修正偏心压力法
偏心压力法（即刚性横梁法）假定横隔板刚度无穷大并忽略主梁抗扭刚度，一般认为适用于宽跨比小于或接近于0.5的窄桥。
《公路桥梁荷载横向分布系数计算》一书中则指出：当桥梁的横向挠曲刚度参数满足公式（2）时，计算得到的横向分布系数误差可以控制在5%以内。
图6 修正偏心压力法横向分布系数计算结果曲线图
4.3有限元梁格模型分析法
对应于刚接板梁法，有限元梁格模型也分考虑横隔梁和不考虑横隔梁两种情况进行建模计算。
①不考虑横隔梁有限元梁格模型分析法
采用桥梁专用有限元软件Midas Civil建立梁格模型（图7），在主梁位置建立梁单元，并在纵桥向每隔1m建立1道虚拟横梁。以单元集中荷载模拟车辆荷载，对4个加载位置下1#~6#主梁的横向分布系数进行计算，并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，如图8所示。
图8 不考虑横隔板梁格模型法横向分布系数计算结果曲线图
②考虑横隔梁有限元梁格模型分析法
采用桥梁专用有限元软件Midas Civil建立梁格模型（图9），在主梁和横隔梁位置建立梁单元，并在纵桥向每隔1m建立1道虚拟横梁，横隔梁翼板宽度的取值参考《公路桥梁荷载横向分布系数计算》进行计算。以单元集中荷载模拟车辆荷载，对4个加载位置下1#~6#主梁的横向分布系数进行计算，并根据计算结果绘制横向分布系数曲线，如图10所示。
图10 考虑横隔板梁格模型法横向分布系数计算结果曲线图
对比图8和图10可以看出，考虑横隔梁与不考虑横隔梁计算得到的横向分布系数曲线存在很大的差异性：考虑横隔梁的横向分布系数要比不考虑横隔梁的横向分布系数均匀得多，与刚接板梁法的对比结果一致。
5 横向分布系数的对比分析
将用不同计算方法得到的横向分布系数与实测值进行对比分析，将荷载横向分布系数计算结果列于表2中，并绘制横向分布系数对比曲线，见图11~14所示。
表2.车辆作用于2#梁（位置1）时横向分布系数对比结果
图14 车辆位于位置4时横向分布系数对比曲线图
由表2的数据和图11~14的曲线可以看出：对于干接改湿接的简支T梁，修正偏心压力法与实测值有较大的误差，虽然该桥的主梁参数满足修正偏心压力法的适用范围，但干接改湿接的主梁连接方式，使湿接缝与主梁混凝土之间在龄期上存在较大差异，且干接改湿接的连接效果距真正的湿接缝连接存在差距，综合这两方面的原因，使得主梁间的横向连接大打折扣。对考虑横隔梁作用的刚接板梁法和有限元梁格模型法，计算所得横向分布系数与实测值存在较大的误差，尤其是车辆作用于位置2和位置3时，这是因为过高地估计了横隔梁的横向联系作用。对不考虑横隔梁作用的刚接板梁法和有限元梁格模型法，计算所得横向分布系数与实测值有相同的趋势，但是同样存在较大的误差，这是因为没有考虑横隔梁的横向联系作用。
综合上述分析，对于干接改湿接的简支T梁，由于其连接效果往往达不到真正湿接缝的连接效果，但是又比干接或者是无横隔板湿接T梁的横向连接作用有很大程度的提高。即干接改湿接T梁的横向联系作用介于不考虑横隔梁作用和按横隔梁完全湿接考虑之间，在此，将不考虑横隔梁作用的刚接板梁法（或不考虑横隔梁作用的有限元梁格模型法）计算所得横向分布系数用m1表示，将考虑横隔梁作用的刚接板梁法（或考虑横隔梁作用的有限元梁格模型法）计算所得横向分布系数用m2表示，干接改湿接简支T梁横向分布系数m则可以表示为：
图18 车辆位于位置4时横向分布系数对比曲线图
由图15~18的曲线可以看出：对于干接改湿接的简支T梁，将考虑横隔梁作用和不考虑横隔梁作用计算所得荷载横向分布系数进行加权平均，其加权平均值与实测值有较好的吻合性。加权系数k1、k2的取值根据桥梁的现场情况而定，如果干接改湿接的施工情况非常好，则k2的取值就大一些，如果现场施工情况较差，则k2的取值就小一些。
对比刚接板梁法和梁格模型分析法，其加权平均值与实测值均有较好的吻合性，因此在选取这两种方法时主要考虑简单、快捷性，相对于建两个梁格模型然后进行平均的费时费力，刚接板梁加权平均值法要方便得多。
6结论
通过对天津市团泊大桥简支T梁桥实测横向分布系数与理论计算横向分布系数的对比分析，针对干接改湿接简支T梁桥的荷载横向分布系数，得到如下结论：
⑴干接改湿接横隔板的横向联系作用介于不考虑横隔梁作用和按横隔梁完全湿接考虑之间，刚性横梁法不适用该类T梁的横向分布系数的计算；
⑵考虑横隔梁作用的刚接板梁法和不考虑横隔梁作用的刚接板梁法所得横向分布系数与实测值均有较大偏差，其加权平均值与实测值有较好的吻合性；
⑶有限元梁格模型分析法计算所得横向分布系数与刚接板梁法规律相同，但其计算过程相对于刚接板梁法要复杂且费时，因此对于干接改湿接简支T梁其横向分布系数的计算宜选用刚接板梁加权平均值法。
参考文献
[1]白宝玉，王丽荣.桥梁工程[M].北京：高等教育出版社，2005.
[2]李国豪，石洞.公路桥梁荷载横向分布系数计算[M].北京：人民交通出版社，1984.
论文作者:袁义坤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/25
标签：横隔论文; 横向论文; 系数论文; 荷载论文; 作用论文; 模型论文; 有限元论文; 《防护工程》2018年第2期论文;