高速改扩建预应力简支t梁拼宽结构分析..doc

高速改扩建预应力简支T梁拼宽结构分析 摘 要：中小跨径预应力拼宽T梁桥是高速改扩建的主要桥型，文章依托福州至夏门高速公路改扩建项目，采用结构空间有限元法分析了拼宽后T梁拼接部位的受力状况，得出T梁桥拼宽新桥沉降差值宜控制在5mm以内和新旧T梁间增置横隔板能有效改善接缝处受力的结论，对改扩建拼宽T梁的设计有一定的指导意义。 关键词：桥梁拓宽；简支T梁；沉降；横隔板 1概述 拓宽桥梁的关键是新、旧桥梁拼宽形式的选择。目前我国公路桥梁拓宽基本采用3种方案:(1)新旧桥梁的上、下部结构均不连接。(2)新旧桥梁的上、下部结构均连接。(3)新旧桥梁的上部结构连接、下部结构分离。本次福州至厦门高速公路改扩建中桥梁拓宽拼接方式原则上采用上部构造连接，下部构造不连接，对于T梁桥的拓宽，将不可避免遇到以下两个主要问题。 1）从设计方案上，希望新旧预应力混凝土T梁之间形成结构强连接。但是，由于新旧桥梁的基础存在沉降差，进而造成新旧预应力混凝土T梁拼接部位横向受力较大，即拼接部位局部混凝土会产生拉应力，当沉降差值较大时，会使拼接局部混凝土表面开裂，因此须通过结构分析确定容许沉降差值，使得即保证新旧预应力混凝土拼接结构强连接，但又不出现使混凝土开裂的容许沉降差值。 2）新旧预应力混凝土T梁之间设置横隔板的问题。从已有装配式预应力混凝土T梁桥的设计研究，一般认为横隔板的设置有利于桥梁上部结构的整体工作，也在某种程度上改善了桥面板受力。但是在桥梁拓宽拼接工程中，由于旧桥的边T梁外侧没有横隔板，要设置横隔板必须采取在旧边T梁上钻孔植筋，设置钢筋骨架再浇注混凝土。由于现场施工条件，保证新加横隔板混凝土浇注质量较难，因而对新旧T梁拼接设置横隔板在结构受力上是否有很大好处存在疑问，需要进行结构受力分析。 2拓宽T梁结构分析 对于容许沉降差值的问题，采用梁格法计算旧桥不沉降，新桥基础沉降，在不同的沉降值下，通过拼接部位桥面板的内力，来确定新桥基础的允许沉降值。 对于拼接部位新、旧T梁之间是否设置横隔板的问题，采用空间有限元软件建立模型，分别建立设置横隔板与不设置横隔板的模型。通过模型的计算，比较两种情况在新桥基础沉降和汽车荷载共同作用下拼接部位桥面板的内力和应力，来确定是否设置横隔板。 本论文以跨径25m正交T梁桥为例，其他跨径T梁分析结论相似。拼宽T梁跨中横截面如下。 图1 跨径25mT梁新旧梁间横截面（设置横隔板） 图2 跨径25mT梁新旧梁间横截面（不设横隔板） 3新旧桥基础沉降容许差值的确定 根据新拓宽桥梁布置，考虑结构恒、活载以及新旧桥沉降差值作用，验算6－7号梁支座处和跨中处桥面板的横向弯矩，并与抗裂弯矩做比较，就可以得到结构可接受沉降差值。分别考虑新桥外边梁支座沉降5mm和10mm，旧桥不沉降。计算图式如下。 图3 沉降计算图式 分析计算时采用的荷载内力组合为：恒载＋活载＋沉降效应，计算结果见下表。 表3－1 桥面板验算截面每延米横向弯矩计算表 单位：KN·m/m 跨径 沉降工况 支座处 跨中处 6号梁 7号梁 6号梁 7号梁 25m 沉降5mm -33.4 31.5 -23.4 30.8 沉降10mm -48.9 43.2 -31.7 41.9 取沿新旧T梁接缝处纵向每延米的抗裂弯矩进行计算。截面尺寸及配筋如下图。 图4 尺寸及配筋图（尺寸单位以厘米计） 由钢筋混凝土的抗裂弯矩 ，所以，带入数据求得 由于板厚与梁肋高度比t/h=0.1121/4（即主梁的抗扭刚度较大），跨中弯矩的修正系数为0.5，支座处为0.7。所以沉降5mm时，M修正max＝33.4x0.7=23.424.9 KN·m，沉降10mm时，M修正max＝48.9x0.7=34.224.9 KN·m，因此对于T梁的拓宽部分，为使拼接部位桥面板不开裂，要控制新桥基础的沉降在5mm以内。 4新旧桥T梁间设置横隔板问题研究 空间模型采用壳单元建模，在一条支座中心线上（横桥向）的所有结点约束其沿桥梁纵向和挠度方向线位移自由度，再在1号梁结点上约束该结点沿桥梁横向位移自由度；在另外一条支座中心线上的所有结点约束挠度方向自由度，并在1号梁结点上约束该结点沿桥梁横向位移自由度。汽车考虑冲击系数按空间影响面加载（沿纵向以影响线算出最不利载位，横向按横向影响线加载，横向分布系数按刚接梁法计算横向影响线）。 对于计算结果规定：正应力与剪应力均以与坐标系方向为正（对于正应力以拉为正、压为负），这里关注的为旧桥边T梁翼缘的根部1号截面和新、旧梁拼接部位缝处的2、3号截面处的应力结果。具体位置见下图。以下所有结果均取壳单元顶面、底面处的结果。通过计算发现，加横隔板相对于不加横隔板，接缝处剪应力有较大幅度下降，但两种情况下剪应力的值都很小，剪应力均能满足抗剪要求，因此下文主要针对正应力进行比较