预应力混凝土连续T 梁桥静动力性能分析

郭 燕

（长沙中大建设监理有限公司，湖南 长沙 410000）

引言

针对连续梁桥，国内学者对其进行了大量研究［1-3］。聂玉东等［4］从不同施工方法的角度出发对某5×40 m 连续梁桥的施工、运维阶段进行了计算分析，研究的施工方法主要包括满堂灌法、先简支后连续法、单悬臂转换法，最终可得出不同施工方法下恒载内力均随时间增长而增长。上官萍［5］研究了预应力效应、徐变作用对结构的影响。

1 工程概况

4×30 m 的连续预应力T 梁桥横向由4 片T 梁组成，纵向间隔7.5 m 布置横向联系。全桥横向总宽度为12 m，且按标准两车道设计。桥梁下部结构中的桥台与桥墩均由明挖扩大基础进行支撑，设计行车速度为40 km/h。桥梁立面布置见图1。

图1 桥梁立面布置/cm

主要技术标准：（1）桥型：预应力混凝土T 型简支梁桥。（2）设计荷载：公路-Ⅱ级。（3）设计洪水频率：1/100。（4）设计车速：40 km/h。（5）地震动峰值加速度系数：0.05 g，抗震按Ⅶ设防。

预制T 梁高度为2.2 m，中跨梁与边跨梁的宽度分别为2.5 m 与2 m，各梁支座处腹板厚度为50 cm，跨中腹板厚度为20 cm，桥梁断面见图2。

图2 桥梁断面/cm

桥墩与桥台均由C30 混凝土浇筑而成，主梁主要由C50 混凝土沥青混凝土与预应力钢绞线组成，同时沥青混凝土主要用于桥面铺装，钢铰线主要采用公称直径为15.2 mm 的钢绞线，其松驰率为0.035、松驰系数为0.3。桥梁主要组成材料设计参数见表1。

表1 材料参数

2 有限元模型建立

为计算该桥梁动静载荷载试验下的理论计算结果，利用Midas Civil 通过梁格法建立该桥梁有限元模型。模型建立过程中施加荷载，主要考虑桥梁的恒载、活载，其中恒载主要包括自重、预应力荷载，活载主要包括汽车荷载、整体温度变化、温度梯度变化。

桥梁边界条件为简支边界条件。桥梁横向由4 片T 梁组成，模型中各片T 梁主要依靠横隔板进行连接，横隔板对于桥梁的横向稳定性至关重要，桥梁每跨主要由4 片横隔板进行连接，横隔板间距为7.5 m。

3 结果分析

3.1 静力分析结果

3.1.1 荷载组合

计算该桥梁在三种荷载工况下的力学性能，进行静力分析时主要荷载组合：（1）组合Ⅰ（施工阶段合计工况）：恒载（自重+二期+预应力+收缩徐变）；（2）组合Ⅱ：车辆荷载；（3）组合Ⅲ：1.2恒载+1.2 预应力+1.4 汽车荷载工况+1.4 梯度降温。

3.1.2 分析结果

提取4×30 m 跨径桥梁在施工阶段合计工况、车辆荷载、承载能力极限状态下的梁体挠度见图3。

图3 不同工况桥梁挠度曲线

由图3 可知：（1）施工阶段合计工况中，边跨桥梁最大挠度为+41.2 mm，中跨桥梁最大挠度为+22.6 mm，边跨桥梁的最大挠度为中跨桥梁的182.3%，产生上述现象的主要原因在于边跨桥梁的约束自由度较低，因此，其在荷载作用下变形程度较大。（2）车辆荷载工况中，边跨桥梁最大挠度为-4.8 mm，中跨桥梁最大挠度为-3.1 mm，边跨桥梁的最大挠度为中跨桥梁的154.8%。（3）承载力极限工况中，边跨桥梁最大挠度为+17.4 mm，中跨桥梁最大挠度为+5.1 mm，边跨桥梁的最大挠度为中跨桥梁的341.2%。

该桥梁的主要受力形式为受弯，为了解该桥梁在受载时的弯曲性能，提取承载能力极限状态工况下的桥梁弯矩见图4。

图4 承载能力极限状态工况下桥梁弯矩

由图4 可知：（1）边跨桥梁跨中截面最大负弯矩值为-3 165.8 kN·m，边跨桥梁支座处最大正弯矩值为5 031.7 kN·m。（2）中跨桥梁跨中截面最大负弯矩值为-1 675.4 kN·m，边跨桥梁支座处最大正弯矩值为3 541.4 kN·m。（3）边跨桥梁跨中截面最大负弯矩值为中跨跨中截面最大负弯矩值的188.96%，边跨桥梁支座截面最大正弯矩值为中跨支座中截面最大正弯矩值的142.1%。

3.2 动力分析结果

依据建立的结构模型，把恒载重量转化成节点质量后，利用Midas Civil 进行结构动力分析，分析桥梁前十阶振形，桥梁动力计算结果见表2。

表2 动力分析结果

分析表2 可得：（1）桥梁结构基频为6.789 Hz，随着阶次的提升，桥梁前十阶频率由6.789 Hz 提升到20.199 Hz，桥梁周期由0.147 s 降低至0.049 5 s。（2）桥梁前三阶次结构振型模态均为竖向弯曲，未出现横向扭转模态，桥梁的横向扭转振型模态出现在第五至第八振型，说明桥梁的横向抗扭转刚度较强，竖向抗弯刚度弱于横向扭转刚度。

4 结语

（1）施工阶段合计工况边跨桥梁的最大挠度为中跨桥梁的182.3%，车辆荷载工况边跨桥梁的最大挠度为中跨桥梁的154.8%，承载力极限工况边跨桥梁的最大挠度为中跨桥梁的341.2%，边跨桥梁的约束自由度较低，在荷载作用下变形程度较大。（2）边跨桥梁跨中截面最大负弯矩值为中跨跨中截面最大负弯矩值的188.96%，边跨桥梁支座截面最大正弯矩值为中跨支座中截面最大正弯矩值的142.1%。（3）桥梁结构基频为6.789 Hz，随着阶次的提升，桥梁前十阶频率由6.789 Hz 提升到20.199 Hz，桥梁周期由0.147 s 降低至0.049 5 s。（4）桥梁前三阶次结构振型模态均为竖向弯曲，未出现横向扭转模态，桥梁的横向扭转振型模态出现在第五至第八振型，说明桥梁的横向抗扭转刚度较强，竖向抗弯刚度弱于横向扭转刚度。