墩顶现浇段长度对横隔梁的影响

程 文 贾艳敏 宋玉宝

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

墩顶现浇段长度对横隔梁的影响

程 文 贾艳敏 宋玉宝

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

以三跨简支转连续预应力混凝土T梁为背景，运用Midas梁格法建立桥梁模拟模型，结合现场实测数据对比分析了墩顶现浇段长度对支点截面应力的影响，指出随着现浇段矩形截面的增长，墩顶横隔梁应力减小。

墩顶横隔梁，Midas，矩形截面，负弯矩区

预应力混凝土T梁桥设计的一个特点是：必须以各个截面的最大正、负弯矩的绝对值之和，即按弯矩变化幅值布置预应力束筋[1,2]。在此过程中，预应力混凝土简支转连续梁桥施工时需要对负弯矩区的应力变化进行控制[3]。在浇筑简支转连续梁桥墩顶现浇段时，通常以支点横隔板为一模板面进行浇筑[4]。本文研究不同大小的墩顶横隔梁对桥梁负弯矩区受力影响。

1 桥梁概况

本文依托呼朔高速公路呼和浩特至杀虎口段托县连接线上K43+870宝贝河大桥，本桥公路等级为一级，桥面总宽度为12.25 m，跨径(3×40)m，梁间距2.47 m，T梁高2.5 m。施工步骤为先安装临时支座，逐孔架设预制T梁成为简支状态，接着连接接头段钢筋，再浇筑连续接头、横隔梁、翼缘板及湿接缝，最后拆除临时支座，完成体系转换。墩顶横隔梁长度为80 cm，支点横隔梁间距130 cm。墩顶横隔梁位置如图1所示。

2 有限元模型的建立

本结构为简支转连续预应力混凝土T梁，采用Midas梁格法建立桥梁模拟模型[5]，单元类型以梁单元为主。梁单元采用T型截面，连续接头间距80 cm，用矩形横隔梁单元模拟，当墩顶现浇段长度增加时，另添加单元模拟横隔板和该部分湿接缝。为模拟翼缘板的连接，运用了虚拟梁单元[6]。因重点对负弯矩区的应力进行分析，故在负弯矩区单元划分较细，全桥共建梁单元3 666个，其中主梁单元个数为146×5。正弯矩的预应力钢筋钢束为75束，负弯矩区钢束为60束，采用等效荷载法模拟。试验桥梁有限元模型半幅如图2所示。

3 理论值与实测值对比分析

为了研究墩顶现浇段长度对横隔梁的影响，采用Midas有限元软件进行桥梁的实际模拟。对于简支转连续梁桥墩顶的模拟考虑了墩顶支护模板的长度，使模型的模拟更精确。比较结果如表1所示，表中均选取第四片梁进行验算。

表1 理论值与实测值对比分析

表1中数据为①，②的墩顶横隔梁位置的受力情况，说明该部分受压；130 cm模型与实际数据的误差最大为9%，最小为2%。由理论值与实测值对比可知，有限元计算模拟结果与现场实测值基本吻合，由此验证Midas有限元模型是可靠的。由表1可以看出，在同一界面内由上到下受到的压力越来越小。

4 墩顶横隔梁模型的对比分析

在考虑墩顶横隔梁的基础上建立80 cm，100 cm，110 cm，120 cm，130 cm的模板长度进行分析。墩顶现浇段长度的改变对墩顶应力影响很大，对其他部分的影响较小，故只对墩顶部分进行分析。分析结果如下。图3a)～图3c)中括号内数字分别表示①墩顶横隔梁第3，4，5片梁。由图3可知，第3，4片梁墩顶横隔梁应力值约为-1.2 MPa～0.4 MPa，两片梁的数据相近，第5片梁中横梁应力值约为-3.6 MPa～-2.2 MPa，3片梁应力值范围分别为1.6 MPa，1.4 MPa，可知变化范围相近；第3，4片梁受力较小，约为第5片梁的1/3，说明墩顶横隔梁截面处边梁受力最大；以图3a)为例，可以看到在墩顶横隔梁截面中，距底板220 cm时受到的压力为三点中最大值，约为-1.2 MPa，距底板110 cm时受到的压力约-0.8 MPa，距底板20 cm时受到拉力约0.4 MPa，故可知墩顶横隔梁同一截面中，上缘受压大，下缘可能受压也可能受拉，均很小。墩顶横隔梁长度增加，受力减小，其中变化最大位置在100 cm～110 cm的墩顶横隔梁处，变化值约为0.6 MPa，在110 cm后受力变化很小，故可忽略。

在实际施工过程中将支点横隔板作为一个模板支护面(即采用130 cm的现浇段长度)，根据分析可知，其受力与110 cm的现浇段受力接近，墩顶横隔梁长度为100 cm和110 cm时对横隔梁应力影响发生变化大，故随着墩顶现浇长度的增加，应力减小越来越慢。

5 结语

本文在预应力混凝土简支转连续T梁桥实际模型的基础上，通过缩小墩顶横隔梁尺寸，得出墩顶横隔梁长对中横梁的应力影响：

1)Midas建模时，桥梁的墩顶横隔梁需按实际模拟，若不考虑

现浇段实际长度，则模型的墩顶横梁应力比实际桥梁应力大。故运用有限元软件建模需注意中横梁的模拟，使其更接近实际情况。2)比较简支转连续T梁的边梁和中梁应力可知，边梁受到的压应力比中梁大。3)随着墩顶横隔梁长度的增加，负弯矩区墩顶横梁应力会相应减小，在110 cm后变化不大，变化最大处在墩顶横隔梁矩形截面为100 cm～110 cm处，负弯矩区其他位置随着墩顶横隔梁的增加变化不明显，可忽略。综合考虑经济和施工简易问题，选取最佳墩顶横隔梁长度。

[1] 王 湛.钢—混凝土组合梁负弯矩区力学性能的研究[D].哈尔滨：东北林业大学,2006.

[2] 胡少伟,叶祥飞.预应力连续组合梁负弯矩区受弯全过程分析[J].水电能源科学,2013(12):122-125.

[3] 周 斌.预应力混凝土连续箱梁负弯矩区力学性能的分析[D].哈尔滨：东北林业大学,2009.

[4] 盛可鉴.简支转连续梁桥的几个关键问题研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2013.

[5] 周水兴,王小松,田维锋,等.桥梁结构电算[M].北京：人民交通出版社,2013.

[6] 刘美兰.Midas Civil在桥梁结构分析中的应用(一)[M].北京：人民交通出版社,2012.

Influence of the pier top cast-in-place length on diaphragm beam

CHENG Wen JIA Yan-min SONG Yu-bao

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The background is a simply supported three-span continuous prestressed concrete T-beam. The bridge model is the use of Midas grillage method. Comparative analysis combined with field data, the purpose is to find the influence length of the pier top cast pivot section of stress. With the cast section of rectangular section beam growth, the pier top horizontal beam stress decreases.

pier top horizontal beam, Midas, rectangular cross-section, the negative moment area

2014-07-13

程 文(1990- )，女，在读硕士； 贾艳敏(1962- )，女，博士生导师，教授； 宋玉宝(1987- )，男，在读硕士

1009-6825(2014)27-0188-02

U443.323

A