基于梁格法的T梁梁桥受力影响因素分析

覃婷

摘要：文章基于梁格法理论，运用Midas软件建立梁格法模型，将其与传统计算方法进行对比，并以百特林大桥为背景，分析连续T梁斜交角度及混凝土收缩对其受力的影响。研究结果表明：选用合理正确的模型参数，梁格法模型计算的数据与传统计算方法结果差别较小，满足工程计算要求;适当增大角度可减小T梁支承处剪力，边梁端部支反力对于角度的变化敏感，角度增大，支反力减小;主梁混凝土收缩效应不利于其结构受力，需要严格控制每片梁之间龄期差别，提高主梁养护质量。

关键词：梁格法;Midas;斜交角收缩效应

0 引言

20世纪后半叶，我国桥梁建设随着国力的增加发展迅速。桥梁运营期间状态是否良好，不仅依靠后期桥梁的管养工作，也不能忽视桥梁本身设计以及施工中的质量控制。

本文由梁格法计算理论，建立百林特大桥有限元模型，比较传统计算方法与梁格法模型的计算结果，同时，从设计以及施工方面考虑，分析不同斜交角度以及施工龄期对于桥梁受力的影响，为以后桥梁的维护周期以及桥梁健康状况分析提供参考。

1 梁格法原理及参数选取

梁格法原理是根据结构性质和特点来列出划分，用与之相匹配的框架来替代上部结构，每个与之匹配的梁体的抗弯、扭（刚度）可以直接匹配到该框架上，且实际上部结构的受力（横轴向）和变形可以通过该框架分析计算就能得到[1]。

对于此桥计算示意图见图1。在计算模型中，虚拟横梁的截面宽度b取为主梁间距一致[2]，弹性模量E取为与主梁一致。取T形边主梁的翼板平均厚度为t[3]，以中横隔梁为中心线，向两侧各延伸l/2（l为相邻横隔梁的间距）作为T形横隔梁的翼板宽，得到横桥向的T形截面对T形横隔梁的受压翼板有效作用宽度λ进行计算[4]。再计算顶板宽度为（2λ+δ）的T形截面。抗弯惯矩IY和单宽抗弯惯矩JY=IY/l。最后虚拟横梁的截面高度h可取为式（1）：

2 工程概况及有限元模拟

本文以百林特大橋为工程背景，此桥为简支转连续T梁桥，横向为预制T梁，梁之间以混凝土作为后浇带，桥面设置约18cm厚的现浇面层，一联为（3×40）m。具体见图2～3。

根据图纸所给数据以及梁格法建模要求，运用Midas软件建立百林特大桥有限元分析模型，选取其中一联（3×40）m来作为分析对象，离散成500个节点，521个单元，每跨T梁建立5道横向联系，虚拟横梁弹模与纵梁相同，宽度取纵梁间距。模型如图4所示。

选用“刚接梁法”以及“G-M法”求横向分布影响线竖标值，以此验证梁格法模型的准确性，前者按照力法原理建立力法方程，通过简单编程即可求解，后者通过解析式就可求解[5]。有限元模型的计算横向分布系数计算公式如式（2）所示：

根据表1所示，由于“刚接梁法”以及“G-M法”所得的横向分布系数总体偏大，这样会在设计上使主梁尺寸及用料增加，就算在有限的范围内对安全性有所提升，但不经济，对于使用资源有部分的浪费。而且梁格法与前两种方法相比，总体趋势相近，差值较小，其精度完全可以满足工程计算需要。

[HS（4]3 连续T梁桥受力分析

3.1 斜交角度

为了研究连续T梁斜交角度不同其受力特点，以百特林大桥为背景分别建立斜交角度0°为基准，以5°依次递增的T梁梁格模型。

根据下页图5所示，两种荷载作用下，最大正、负弯矩变化均较为平稳，恒载作用下，主梁最大负弯矩值大于正弯矩值，说明斜交角度对于弯矩影响较小，且恒载作用下以负弯矩控制为主。

对于斜交梁桥来说，主梁端部受力较为重要，现提取端部剪力值以及支反力，计算结果见图6、图7。

（1）由图6数据表明：在恒载作用下，主梁梁端剪力值总体变化趋势一致，呈现先下降后上升的趋势，剪力值与斜交角度呈反比，说明斜交角度<25°时，斜交角度增大，T梁支承处剪力减小;斜交角度>25°时剪力会有明显上升的趋势。

（2）从图7显示的数据来看，2#主梁与3#主梁支反力变化趋势均先增大后减小，且数值较为接近;1#主梁支反力相较于其他主梁支反力，偏差值较大，且斜交角度增大，支反力下降更为明显，说明边梁端部支反力对于角度的变化敏感，角度增大，支反力减小。

3.2 混凝土收缩效应

为了研究混凝土收缩效应影响，需要首先确定合理的收缩预测模型。现参考相关文献研究成果[6]，选取GL2000预测模型，其使用范围广泛，且计算公式也较为简单通用。收缩应变函数表达式式（3）如下：

通过Midas软件中用户自定义收缩函数模型，建立百特林大桥有限元模型。为了数据表现出明显的变化，现分析预制主梁在15d、25d、35d龄期差下其轴力情况（见表2）。

根据表2计算结果，相同龄期差下，从边梁到中梁，轴力不断增大，最大增幅为79.5%;同一片梁，随着龄期差增加，轴力值也相应提高，最大达到了947.68kN，换算后其拉应力值接近1MPa，故应适当减小主梁之间的龄期差，降低因龄期差过大产生的影响。

现将龄期差25d模型提取，改变主梁拼装时差，计算结果见图8。

由图8数据可知，同一片梁，主梁拼装时间增加，其收缩导致的轴力值不断减小;相同拼装时间，收缩产生的轴力对于中梁影响更大。

综上所述，在进行主梁预制时，要严格控制每片梁之间的龄期差，降低其对于结构受力的影响，同时也可延长拼装时间，控制主梁养护质量来达到目的。

4 结语

（1）对于T梁梁桥来说，“刚接梁法”以及“G-M法”属于偏安全的计算方法，对于工程计算来说，梁格法计算满足要求，且可在一定程度上方便设计人员对桥梁设计结构及材料的优化。

（2）以百特林大桥为背景，在恒载作用下，其T梁受力以负弯矩为主，斜交角度<25°时，斜交角度增大，T梁支承处剪力减小，边梁端部支反力对于角度的变化敏感，角度增大，支反力减小。

（3）施工过程中，要严格控制每片梁之间龄期的差别，控制主梁养护质量，降低混凝土收缩对结构受力的影响。

参考文献：

[1]刘志宏，张 明，黄宏力.梁格法在桥梁结构分析中的应用研究[J].建筑技术开发，2019（14）：1-3.

[2]姚玲森.桥梁工程（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]窦丽云，董 军，李 玮.基于刚接板梁法求解荷载横向分布的计算机辅助分析[J].西南林学院学报，2006，26（2）：80-82.

[4]张玥.G-M法解析公式在T形梁桥横隔梁弯矩计算中的应用[J].内蒙古科技大学学报，2011（3）：274-277.

[5]JTG3362-2018，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[6]张文远，王朝锋，王 龙.先简支后结构连续T梁主梁间不均匀收缩效应分析[J].盐城工学院学报（自然科学版），2019，32（1）：62-66.