不同斜交角度的T形梁桥力学性能分析

不同斜交角度的T形梁桥力学性能分析

吴晓武

重庆交通大学 土木工程学院，重庆，400074

摘要：以20m跨径装配式混凝土简支T形梁桥为例，利用Midas Civil软件建立空间梁格模型，对该跨径不同斜交角度单跨T梁桥的力学性能进行了分析研究，为装配式斜交T梁桥的设计与研究提供参考。分析结果表明：在顺车道方向，钝角区的支座反力明显大于锐角区的支座反力，当斜交角度为45°时，二者数值差距达60%；随着斜交角度的增加，最大弯矩值呈先增大后减小的趋势并且减小趋势逐渐趋于平缓，结构的最大挠度值逐渐减小，结构的最大剪力数值逐渐增加；斜交T形梁桥中，钝角处支承反力较大，宜采用刚度较大的支座，以增强结构耐久性。同时，需考虑在钝角区上部结构中加密钢筋，以承受荷载。

关键词：桥梁工程；T梁；斜交角；力学性能

引 言

斜交桥与正桥不同，其梁轴线的方向与支座连线不平行，所形成的夹角称为斜交角[1]。装配式预应力混凝土T梁桥受力明确且构造简单，是中小型桥梁设计时所采用的重要形式之一[2]，而一旦将正交的T梁桥变成斜交的T梁桥，其受力性能将明显不同于直线桥，受力就会发生较大变化，造成各腹板受力不一致，同时引起支座反力的变化等[3]。本文以装配式混凝土简支T形梁桥为研究背景，应用Midas Civil软件建立空间梁格模型，分析不同斜交角度对混凝土T梁桥力学性能的影响，以期为混凝土T梁桥工程设计及维修加固提供参考。

1 工程概况

根据装配式预应力混凝土T梁桥通用图，选取20m简支T梁为研究对象，桥面宽11.25m，由5片梁组成，梁高1.5m。预制主梁及横隔梁、湿接缝、封锚端、桥面现浇混凝土均采用C50；桥面铺装采用沥青混凝土，设计荷载为公路一级。主要采用的参数:计算跨径L=19.0m；弹性模量E=3.45×104MPa；截面惯矩IC=0.16m4；截面面积AC=0.754m2。

2 计算模型

采用梁格法分别建立斜交角为0°、15°、30°及45°的四种简支斜梁桥模型，以分析斜交角度变化对斜梁桥受力性能的影响。四种模型中均设置了4道横隔板，且设置虚拟横梁来完成各片梁之间横向联系的模拟；针对虚拟横梁的布置形式，在斜交角程度较小时（<20°），采用斜交的横梁，斜交程度较高时（>20°），则应采用正交横梁，如图1所示。支座采用弹性支承，简化为简支体系，且考虑桥面板的作用，考虑活载的效应，桥面偏载设置2个车道的汽车荷载。边梁考虑混凝土栏杆的质量，考虑桥面铺装的二期恒载。

图1不同角度斜交桥模型

3实体模型计算分析

3.1 斜交T梁支座反力分析

支座编号如图a，支座反力随斜交角度变化规律见图b。

图2 支座反力、最大弯矩随斜交角度变化规律

由图b可知，斜交T形梁桥支座反力的变化规律基本类似，0°(即正交桥)斜交角时，支座反力变化规律与15°、30°、45°时的支座反力变化规律大致相同，即斜交角度的变化对支座反力变化趋势的影响较小，但对于支座反力的具体数值有明显影响。为了研究斜交角变化时支座反力的具体变化情况，本文在顺车道方向选取两片边梁的支座反力进行研究。

如图c，锐角区支座1的支座反力随着斜交角度的增加而逐渐减小，斜交角从0°增加到45°时，支座反力减少32.9%；钝角区支座2的支座反力随着斜交角度的增加反而逐渐增大，斜交角从0°增加到45°时，支座反力增加68.2%。在顺车道方向，钝角区支座2的支座反力明显大于锐角区支座1的支座反力，当斜交角度为45°时，二者数值差距达60%。

3.2 斜交角度对最大弯矩的影响

为了研究斜交角度对弯矩的影响，本文选取斜交桥5片主梁具有代表性的最大弯矩值进行分析，不同主梁最大弯矩随斜交角度变化规律见图3。

由图d可知，斜交桥斜交角度的变化对桥梁的最大弯矩数值有影响。从整体上观察，随着斜交角度的增加，最大弯矩值呈先增大后减小的趋势，减小趋势逐渐趋于平缓，其中15°到30°降低率为8.8%，30°到45°降低率为3.3%。因此，斜交角度的变化会对斜交桥的最大弯矩值产生影响，随着斜交角度的增加，最大弯矩值呈先增大后减小的趋势，减小趋势逐渐趋于平缓。

3.3 跨中挠度随斜交角的变化规律

结构中的最大挠度值，发现随着斜交角度的变化，结构的最大挠度值逐渐减小，当斜交角大于30°后，这种减小的趋势较明显。因此，斜交角度越大，结构的最大挠度值逐渐减小。

3.4 斜交角对支点剪力的影响

斜交角度的变化，会引起结构支座反力的变化，对结构支点处的剪力也有一定的影响。单从提取的最大剪力数值来看，随着斜交角度的变化，结构的最大剪力数值逐渐增加，当斜交角＞30°时，最大剪力的增长趋势趋向于逐渐平缓。

4结论

通过本文的计算分析，可得出以下结论:

（1）在顺车道方向，钝角区支座2的支座反力明显大于锐角区支座1的支座反力，当斜交角度为45°时，二者数值差距达60%。

（2）斜交角度的变化会对斜交桥的最大弯矩值产生影响，随着斜交角度的增加，最大弯矩值呈先增大后减小的趋势，减小趋势逐渐趋于平缓。

（3）斜交角度越大，结构的最大挠度值逐渐减小。

（4）随着斜交角度的变化，结构的最大剪力数值逐渐增加，当斜交角＞30°时，最大剪力的增长趋势趋向于逐渐平缓。

（5）斜交T形梁桥中，钝角处支承反力较大，宜采用刚度较大的支座，以增强结构耐久性。同时，需考虑在钝角区上部结构中加密钢筋，以承受荷载。

参考文献

[1] 姜涛. 简支转连续斜T梁桥空间受力分析［D］. 吉林大学, 2015.

[2] 斜支承弯梁桥的受力性能研究[J]. 湖南交通科技，2013,39（04）: 51-54+136.

[3] 不同横向刚度对斜梁桥力学特性影响研究［D］. 长沙理工大学，2013.

[4] 项海帆. 高等桥梁结构理论[M]. 北京：人民交通出版社，2001.