横隔板对简支斜交T梁结构受力行为影响分析

王　彬

(山西省交通科学研究院，山西 太原　030006)



横隔板对简支斜交T梁结构受力行为影响分析

王彬

(山西省交通科学研究院，山西 太原030006)

分别从几种跨径的斜交简支T梁横隔板布置形式、横隔板个数及横隔板厚度等方面对其结构受力行为进行分析。采用统计方法分析横隔板个数及厚度等因素对主梁受力的影响规律。探讨了跨内横隔板合理布置形式及跨中横隔板的影响，同时给出了横隔板个数及厚度合理取值范围。

横隔板；斜交简支T梁；布置形式；横隔板个数；横隔板厚度

0　引言

简支T梁因其施工简便，跨越能力大等优点，在斜交桥中得到了广泛的应用。斜交简支T梁横向为多主梁结构，为保证各主梁的整体受力，一般都要在跨内设置横隔板，又由于斜交桥与正交桥的支撑边与桥跨方向角度不同，横隔板的布置是影响斜交简支T梁受力的主要因素之一。本文以多种跨径斜交简支T梁结构为研究对象，分析跨内横隔板布置形式，横隔板道数及横隔板厚度对横向各主梁的受力行为的影响，得到斜交简支T梁横隔板的最优布置形式，为以后类似桥梁的设计提供参考[1-3]。

1　横隔板布置形式的影响

横向多主梁简支T梁的横隔板布置形式主要有两种：一是横隔板平行于支撑边；二是正交于桥跨方向。基于上述两种横隔板布置形式，对于斜交简支T梁沿跨内布置也有两种形式：一是端横隔板都平行于支撑边，中横隔板正交与桥跨方向；二是端、中横隔板都平行于支撑边。为探讨横隔板布置形式对结构内力的影响，本篇以30 m跨径斜交简支T梁为研究对象，横向布置5片主梁，横隔板布置形式如图1、图2所示。

图1　斜交横隔板布置图(单位：cm)

图2　正交横隔板布置图(单位：cm)

图3　偏载横向位置(单位：cm)

图4　中载横向位置(单位：cm)

采用MIDAS有限元分析软件按照空间梁格结构刚度等效的原则，按照如图3、图4所示汽车荷载作用偏心位置进行加载，计算结果如表1、表2所示。

表1　主梁跨中最大挠度计算值　mm

表2　跨中横隔板最大内力计算值　kN·m

从表1可以看出，在汽车荷载偏载作用下，横隔板斜交的主梁最大挠度比横隔板正交大6.5%；在汽车荷载中载作用下，横隔板斜交的主梁最大挠度比横隔板正交大9.2%；横隔板正交的主梁挠度相对于斜交更趋于均衡，这是由于相邻两个主梁间的横隔板长度最短，相同截面尺寸的横隔板正交较斜交刚度大，分散荷载的能力也就相对较强。

从表2可以看出，无论汽车荷载是偏心布置还是中载布置，跨中横隔板的内力都是横隔板斜交较横隔板正交要大得多，分别大203.1%和144.3%。从表1、表2可以看出，中横隔板正交与桥跨方向的布置形式对主梁及其自身的受力方面更为有利。

2　跨中横隔板的影响

本文参考文献《桥梁工程》中提出端横隔梁是必须设置的，而跨中横隔板尽管在实际工程中应用较多，但现有文献却没有硬性规定[4]。本文从实际出发，按照图3～图4方式加载，以简支斜交30 m跨径T梁为研究对象 ，分析横向各片主梁挠度及应力与跨中横隔板布置的关系，探讨跨中横隔板对其整体受力性能的影响，数据结果如图5～图8所示。

图5　偏载挠度与跨中横隔板关系曲线

图6　偏载应力与跨中横隔板关系曲线

图7　中载挠度与跨中横隔板关系曲线

图8　中载应力与跨中横隔板关系曲线

从图5、图7 可以看出，无论是偏载还是中载，当跨中没有横隔板时，横向各片主梁竖向挠度最大相差114%；当跨中设置横隔板时，横向各片主梁竖向挠度最大相差55%，说明设置跨中横隔板，截面抗扭刚度有了一定提高，同时挠度曲线变得顺直，表明起到了增强抵抗主梁畸变的能力[5]。

从图6、图8看出，在偏载及中载作用下，主梁下缘最大拉应力在设置跨中横隔板后差值变小，且应力曲线也趋于顺直线，也说明了设置跨中横隔板对于增强横向各片主梁整体性有了很大的作用，本文建议对于此类桥型，应设置跨中横隔板，这与工程实际应用是相符合的。

3　跨内横隔板个数的影响

为研究斜交简支T梁横隔板横隔板个数的影响，本篇选取20 m、30 m、40 m 3种跨径为研究对象，横隔板布置个数从2依次增加到9，2道横隔板为两个端横隔板布置，3道横隔板为2个端横隔板及一个中横隔板，大于3道横隔板在跨内均匀布置。按照图3～图4活载方式加载，按照等效梁格法建立分析模型，计算横向各主梁跨中最大挠度及下缘最大拉应力，计算结果如图9～图20所示。

图9　20 m跨偏载挠度与横隔板个数关系曲线

图10　30 m跨偏载挠度与横隔板个数关系曲线

图11　40 m跨偏载挠度与横隔板个数关系曲线

图12　20 m跨中载挠度与横隔板个数关系曲线

图13　30 m跨中载挠度与横隔板个数关系曲线

图14　40 m跨中载挠度与横隔板个数关系曲线

图15　20 m跨偏载应力与横隔板个数关系曲线

图16　30 m跨偏载应力与横隔板个数关系曲线

图17　40 m跨偏载应力与横隔板个数关系曲线

图18　20 m跨中载应力与横隔板个数关系曲线

图19　30 m跨中载应力与横隔板个数关系曲线

图20　40 m跨中载应力与横隔板个数关系曲线

从图9～图20可以看出，当设置2道横隔板时，无论是偏载还是中载，横向各主梁受力状态相差较大，随着横隔板个数的增加，结构整体刚度逐渐增大，横向各主梁在横隔板作用下整体受力，受力状态也趋于相同。

从图9～图15看以看出，在活载中载时，横隔板对改善横向各主梁的整体受力效果要优于活载偏载偏载状态。

横隔板的设置对加强横向各主梁的整体刚度，提高桥跨的实际承载能力有很大的作用，但从图5～图16结果表明，当横隔板个数大于5道的时候，其对横向各主梁的整体受力效果减少，同时还对主梁受力增加负担，而且还对施工造成困难，因此参照计算结果建议选取跨内布置5道横隔板对斜交简支T梁为最优[6-7]。

4　横隔板厚度的影响

从上述分析结果，为研究横隔板厚度，选取跨内布置5道横隔板的30 m斜交简支T梁为研究对象，横隔板高度参考文献《桥梁工程》取为0.9倍的梁肋高度，厚度取为0.5h、0.75h、1h、1.25h、1.5h，h为梁肋宽度，按照如图4进行活载中载加载，计算横向各主梁跨中最大挠度如图21所示。

从图21中可以看出，随着横隔板厚度的增大，横向各主梁的最大挠度不断减少，且各主梁的挠度值越趋于一致，这是由于横隔板刚度的增大，简支T梁的整体性越好，在活载中载布置下横向各主梁能更好的共同受力；但随着横隔板厚度的增大，也要增大主梁受力负担，且没必要，从图21可以看出，横隔板厚度取在0.75h～1.25h之间时，横向各主梁最大挠度变化率最大。

图21　主梁挠度与横隔板厚度关系曲线

5　结论

(1)跨中横隔板正交布置较斜交刚度大，在汽车荷载作用下主梁受力效果更好。

(2)对于斜交简支T梁，横隔板布置5道时无论主梁受力状态还是施工困难都是可行的。

(3)跨中横隔板的设置对于提高横向各片主梁的截面的抗扭刚度，增强截面抗畸变能力有一定作用。

(4)随着横隔板刚度的增大，横向各主梁的最大挠度不断减少，且各主梁的挠度值越趋于一致，当横隔板厚度取在0.75～1.25倍的梁肋厚度时，主梁挠度变化最明显。

[1]吕玉匣，刘炎海.横隔板对多主梁结构受力行为的影响分析[J].兰州交通大学学报，2004， 23(1)：38-42.

[2] 姜爱国. 异形斜交T形梁桥设计研究[D].武汉：华中科技大学土木工程与力学学院，2006.

[3] 徐光辉，胡明义. 梁桥[M]. 北京：人民交通出版社，1998.

[4] 邵旭东.桥梁工程[M]. 北京：人民交通出版社，2003.

[5] 杨英武，尹宗学，王柏生.箱型梁桥横隔板的作用分析[J].中南公路工程，2005，30(2)：52-54.

[6] 黄平明.斜梁桥设计理论及模型试验研究[D].南京：东南大学土木工程学院，1995.

[7] 黄平明.斜梁桥模型试验研究[J].西安公路交通大学学报，1999，19 (1)：41-47.

[8] 傅卯生.汾河矮塔斜拉桥模型设计与试验[J].山西交通科技，2006，179(2)：35-37.

Analysis of Effect of Diaphragm Plate on Behavior of Oblique-crossing Simply-supported T-beam Structure

Wang Bin

(Shanxi Transportation Research Institute,Taiyuan 030006,China)

In this paper, the stress behavior of oblique-crossing simply-supported T-beam of different span is analyzed from the aspects of the diaphragm plate's arrangement, the number of the diaphragm plate and the thickness of the diaphragm plate. Using statistical methods to analyze the influence of number and thickness of diaphragm plate on the girder. Reasonable layout forms of diaphragm plates within the span and the influence of the mid-span diaphragm plates are discussed, and the reasonable value range of the number and thickness of diaphragm plates are given.

diaphragm plate;oblique-crossing simply-supported T-beam;layout forms;the number of diaphragm plate;the thickness of diaphragm plate

2015-05-15责任编辑:刘宪福DOI:10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2016.03.04

王彬(1984-)，男，工程师，研究方向为大跨径桥梁设计理论。E-mail：wangbin507705@163.com

U448.27

A

2095-0373(2016)03-0021-05

王彬.横隔板对简支斜交T梁结构受力行为影响分析[J].石家庄铁道大学学报:自然科学版,2016,29(3):21-25.