基于有限单元法的T梁横隔板布置形式分析研究

邢婷婷

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032)

在装配式预应力混凝土T梁桥中，横隔板在加强桥梁的横向联系、保证桥梁的整体性方面有重要的作用。适宜的横隔板布置，不但可以提高桥梁结构的横向刚度，使桥梁结构的荷载横向分布趋于合理，还可有效地防止桥梁由于薄弱的横向联系而引起的一些病害。

横隔板在装配式T形梁桥中起着保证各根主梁相互连接成整体的作用，它的刚度愈大，桥梁的整体性愈好，在荷载作用下各主梁就能更好地共同工作。对于斜交T梁桥，端横隔板一般平行于梁端布置，中横隔板的布置方式一般有两种：一种是横隔板垂直于主梁方向布置(简称正交布置)，一种是横隔板平行于梁端布置(简称斜交布置)。国内外多位研究人员以30 m跨(三道跨中横隔板)的简支T梁为例，对这两种布置方式进行了研究，探讨了跨内横隔板合理布置形式及跨中横隔板的影响，但对40 m跨(五道跨中横隔板)的连续T梁研究较少，本文即针对此类T梁桥梁的横隔板布置形式进行研究，进一步丰富横隔板布置形式的相关理论研究，为桥梁设计与施工提供借鉴和参考。

1 工程背景

本文以某斜交连续T梁桥为研究对象，桥梁上部结构形式为3×40 m，右前角60°，桥宽12 m，施工图纸采用部颁通用图，其中主梁采用五片T梁，每跨共布置七道横隔板，其中五道中横隔板，两道端横隔板。下部结构桥墩采用柱式墩，基础为桩基础。主梁采用C50混凝土，主墩墩身采用C35混凝土，主墩桩基采用C30混凝土。

2 有限元模型

本文计算采用MIDAS/Civil 2019有限元软件，分别建立跨中横隔板正交和斜交的梁格有限元模型。主梁与墩柱的模拟均采用梁单元，横隔板与主梁正交模型(以下简称正交模型)节点共计1 178个，单元1 835个，计算模型如下图1所示；横隔板与主梁斜交模型(以下简称斜交模型)节点共计1 355个，单元2 180个，计算模型如下图2所示。

图1 正交布置计算模型

图2 斜交布置计算模型

计算模型计算参数取值如下：

(1)设计荷载：公路—Ⅰ级：车道荷载均布荷载标准值为10.5 KN/m，集中荷载标准值为340 KN(以规范表4.3.1-2中取值，剪力效应计算在此基础上乘以系数1.2)；

(2)梯度温度：按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)的规定取值，即从梁顶面取14°，距顶面10 cm取5.5°，距顶面40 cm取0°，负温差按-0.5正温差取值；

(3)体系温度：整体升温25°，整体降温25°；

(4)不均匀沉降：支座沉降10 mm。

此外，为明确清晰的表述各个计算点位置，下图作出了主梁(以第一跨为例，其余各跨编号规则相同)与横隔板编号，横隔板正交与斜交模型编号分别如图3、图4所示。

图3 横隔板正交布置主梁编号

图4 横隔板斜交布置主梁编号

3 计算结果与分析

针对上述正交模型与斜交模型，分别计算其在恒载和活载作用下，边跨与中跨每片主梁的应力值与位移值，计算结果如下。

3.1 应力分析

本文研究对象为3×40 m的预应力混凝土斜T梁桥，由5片梁组成，车道荷载取最不利的偏载来加载，建模计算得出是数值结果较多，根据结构对称性及相似性，本文分别选取对边跨边梁，边跨中梁，中跨边梁，中跨中梁来对主梁的应力值进行比较，边梁选择主梁1，中梁选择主梁3。计算结果见表1～表4所示。

由表看出，对横隔板正交与横隔板斜交布置，主梁跨中应力的差异较大，对边跨而言，横隔板正交布置的主梁跨中最大应力比横隔板斜交布置时小11.82%，而对中跨，横隔板正交布置的主梁跨中最大应力比横隔板斜交布置小14.60%。

表1 横隔板正交布置时

表2 横隔板斜交布置时

表3 边跨各主梁跨中的最大应力值(MPa)

表4 中跨各主梁跨中的最大应力值(MPa)

取不同跨相同横桥向位置的单片梁内力计算结果，见图5。可以看出，横隔板正交布置时全桥应力均小于斜交布置时，全桥受力性能更优。

图5 三跨单片梁计算内力对比图(内力单位： KN*m)

3.2 位移分析

对于斜交连续T梁桥来说，跨中横隔板正交布置与斜交布置对结构产生的影响是不一样的，主梁的位移计算结果见表5～表6。

表5 边跨各主梁跨中的最大位移值

表6 中跨各主梁跨中的最大位移值

由图表看出，对横隔板正交与横隔板斜交布置，主梁位移值的变化规律与内力值相似，对边跨而言，横隔板正交布置的主梁跨中最大位移值比横隔板斜交布置小5.38%，而对中跨，横隔板正交布置的主梁跨中最大位移值比横隔板斜交布置小5.56%。

取不同跨相同横桥向位置的单片梁位移计算结果，见图6。可以看出，横隔板正交布置时全桥位移均小于斜交布置时，全桥性能更优。

4 结 论

本文通过某斜交连续T梁桥为研究对象，对横隔板正交布置与斜交布置进行受力分析。计算结果表明，在恒载和汽车荷载作用下，跨中横隔板正交布置较斜交刚度大，主梁受力性能更好。本文计算结果和文献1～2计算结果略有不同，因此确定横隔板的布置形式时，应综合考虑T梁跨径、横隔板个数、间距和连续梁与简支梁等因素，下阶段可开展大量模型缩尺实验，验证有限元计算的正确性，进一步完善相关理论，方便设计人员使用。

图6 三跨单片梁计算位移对比图(位移单位：mm)