摘要：以一座跨35m預應力簡支T型梁橋，通過ANSYS分別建立了新舊橋間設置橫隔板、新舊橋僅跨內設置而墩頂無橫隔板和新舊橋間不設置橫隔板的三種不同橫向連接的有限元模型，計算和比較其在活載和不均勻沉降作用下的靜力性能。結果表明：新舊橋間不設置橫隔板時橋梁受力最為不利，在T型梁橋拼寬中，可以采用新舊橋之間設置橫隔板而墩頂不設置橫隔板的橫向連接形式。
　　關鍵詞：簡支T梁；橋梁拼寬；縱向接縫；橫隔板設置。
　　1、概述
　　對高速公路進行拓寬改造，是提高其通行能力的有效方法，而且具有比較好的社會和經濟效益[1~2]。T型梁橋是高速公路中的一種重要橋型，因此在高速公路拼寬改造中，T型梁橋的拼寬改造是其中的重要內容之一[3~4]。選擇新舊橋之間合理的連接形式是T型梁橋拼寬能否成功的關鍵。對于T型梁橋拼寬來說，新舊橋之間的橫隔板數量如何設置是關系的連接形式的重要問題，而且目前的研究對這一問題并無明確結論。因此，研究采用不同橫隔板數目的新舊橋連接形式對橋梁整體和局部受力特性的影響，可以為T型梁橋拼寬連接提供一定的理論依據。
　　2、有限元模型
　　選擇一跨35米預應力簡支T梁橋，新舊橋采用同跨徑布置，兩側直接拼寬8m，，跨中截面橫斷面布置如圖1，橫向拼接的基本構造見圖2。
　　該橋有限元模型采用ANSYS有限元軟件建立[5]，新舊橋T梁翼緣間剛性對接。預應力單元采用link8單元模擬，橋梁實體結構采用Solid65單元模擬，縱橫向約束采用彈簧單元combin14模擬。在T梁兩端支座位置施加豎向約束，支座位置及T梁兩端橋面鋪裝連接處縱橫向約束分別采用縱橫向彈簧約束模擬。新舊橋之間連接采用三種形式：（1）新舊橋間設置橫隔板；（3）新舊橋僅跨內設置而墩頂無橫隔板；（3）新舊橋間不設置橫隔板。三種不同橫向連接的有限元模型有限元模型橫見圖3和圖4。
　　       
　　圖1浦頭大橋35米跨主梁橫斷面（單位：cm）                                                                             圖2新舊橋連接構造示意圖
　　
　　圖3新舊橋有橫隔板連接有限元模型                                                                           圖4新舊橋無橫隔板連接有限元模型
　　按材料參數的設計值確定，具體為：舊橋預應力鋼筋：245碳素鋼絲，彈性模量E=MPa，一束鋼束截面積為；新橋預應力筋：75鋼絞線，分7股和6股兩種，彈性模量E=MPa，一束鋼束截面積分別為和；混凝土結構的材料參數值見表1。
　　表1結構材料參數表
　　
　　3汽車荷載作用靜力特性
　　3.1計算工況
　　按公路－I級車道荷載[6]進行橋梁的整體計算，根據跨中截面的影響線對橋梁進行活載的不利布置，并考慮縱橫向折減，加載工況見表2，典型工況橫向布置見圖5和圖6。
　　表2汽車荷載加載工況
　　

        
　　圖5汽車荷載縱向布置圖                                                                              圖6（a）舊橋偏載四列(工況二)
　　                              
　　圖6（b）全橋對稱四列(工況五)                                                                                圖6（c）局部加載兩列(工況六)
　　
　　3.2各工況跨中截面撓度計算結果及比較
　　比較各個工況最大撓度，見表3，可以看出，有橫隔板和僅墩頂無橫隔板撓度相差很小，即墩頂有無橫隔板對結構受力影響很小，而新舊橋之間完全不設置橫隔板則對受力性能影響很大，最大撓度差達到了0.79mm，發生工況六，即局部加載兩列工況，結合撓度橫向分布（見圖7）可以看出，完全不設置橫隔板降低了橋梁整體承受荷載的能力。
　　
　　表3最大撓度和撓度差（mm）
　　 
　　圖7（a）舊橋偏載兩列工況撓度橫向分布圖7（b）接縫局部兩列撓度橫向分布
　　3.3跨中截面應力計算結果及比較
　　應變計算的控制點規定如下：梁底板應力控制點表示為1-1，2-1，……，10-1；梁頂計算應力控制點表示為1-4，1-5，2-4，2-5，……，10-4，10-5；頂板和腹板交界位置應力控制點表示為1-2，1-3，2-2，2-3，……，10-2，10-3；11～14表示接縫上下緣應力控制點，見圖8。
　　
　　圖8跨中應力控制點分布示意圖
　　比較各個工況下不同模型的最大應力以及應力差，有橫隔板和墩頂無橫隔板各應力相差均很小，即墩頂有無橫隔板對結構受力影響很小，而沒有橫隔板則對受力性能影響很大，跨中梁底最大應力差達到了0.35MPa，即接縫局部加載兩列的工況，見表4，結合圖9可以看出，沒有橫隔板降低了橋梁整體承受荷載的能力，導致了荷載作用的接縫相近位置的應力相對于有橫隔板橋梁更大，兩端更小。
　　
　　表4梁底最大應力和應力差（MPa）
　　工況 一 二 三 四 五 六 七 八
　　有橫隔板① 4.07 3.61 3.50 3.12 2.84 2.07 3.00 2.92
　　墩頂無橫隔板② 4.08 3.62 3.51 3.12 2.84 2.07 3.00 2.93
　　無橫隔板③ 4.40 3.63 3.61 3.07 3.03 2.42 3.06 2.93
　　②-① 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
　　③-① 0.33 0.02 0.11 -0.05 0.19 0.35 0.06 0.01
　　注：表中負值表示壓應力，正值表示拉應力，以下同。
　　
　　圖9（a）梁底應力橫向分布(工況二)圖9（b）梁底應力橫向分布(工況六)
　　4沉降工況下跨中截面計算結果及比較
　　新舊橋之間不均勻沉降會引起拼接橋梁的附加內力，對5mm、7.5mm和10mm三個等級的沉降引起的內力進行分析，沉降計算模式見圖10。
　　
　　圖10沉降計算模式
　　比較三種不同支座沉降位移工況作用下應力，得出：①跨中截面梁頂縱向應力表現為靠近下沉支座一側的梁頂為拉應力，而遠離一側為壓應力，見圖11，而跨中截面梁底縱向應力為兩端T梁底緣受壓，而中間T梁為受拉，見圖12；②三種接縫模型新舊橋接縫的跨中截面上邊緣產生橫向拉應力，下邊緣則為全部橫隔板和墩頂無橫隔板這兩種模型為橫向拉應力，而無橫隔板的模型則表現為壓應力，見圖13；③跨中截面梁底縱向拉應力隨沉降差的增大而增大，最大值分別為0.50MPa（沉降5mm），0.75MPa（沉降7.5mm），1.00MPa（沉降10mm），而T梁頂緣、頂板和腹板交界處縱向拉應力以及接縫上下緣橫向拉應力很小，最大僅為0.30MPa。
　　可見，沉降引起的主梁和接縫的縱橫向應力都比較小，將沉降差控制在10mm以內可以滿足結構的受力要求。
　　
　　圖11梁頂縱向應力橫向分布圖12梁底縱向應力橫向分布
　　
　　圖13(a)接縫上緣橫向應力圖13(b)接縫下緣橫向應力
　　5應力組合分析
　　將各荷載工況與沉降工況作用下接縫上下緣最大應力進行組合，比較得到：①跨中T梁接縫上下緣縱向應力基本處于受壓狀態，而橫向則處于受拉狀態；②三種不同新舊橋連接形式下接縫上縱向應力相差很小，而橫向應力相差較大，無橫隔板連接的拼接橋梁接縫對應的橫向拉應力最大，見表5和表6。
　　表5接縫上下緣縱向應力最不利組合（單位：Mpa）
　　接縫上緣
　　
　　模型 沉降5mm+工況六 沉降7.5mm+工況六 沉降10mm+工況六
　　 點11 點12 點11 點12 點11 點12
　　有橫隔板 -1.17 -1.17 -1.17 -1.16 -1.17 -1.15
　　墩頂無橫隔板 -1.19 -1.2 -1.2 -1.2 -1.21 -1.2
　　無橫隔板 -1.23 -1.22 -1.23 -1.22 -1.24 -1.22
　　接縫下緣
　　
　　模型 沉降5mm+工況六 沉降7.5mm+工況六 沉降10mm+工況六
　　 點13 點14 點13 點14 點13 點14
　　有橫隔板 -0.71 -0.76 -0.69 -0.73 -0.67 -0.71
　　墩頂無橫隔板 -0.73 -0.78 -0.71 -0.76 -0.7 -0.75
　　無橫隔板 -0.73 -0.78 -0.76 -0.8 -0.78 -0.82
　　
　　
　　表6接縫上下緣橫向應力最不利組合（單位：MPa）
　　接縫上緣
　　模型 沉降5mm+工況一 沉降7.5mm+工況一 沉降10mm+工況一
　　 點11 點12 點11 點12 點11 點12
　　有橫隔板 0.16 0.15 0.19 0.17 0.21 0.2
　　墩頂無橫隔板 0.18 0.16 0.2 0.19 0.23 0.23
　　無橫隔板 0.42 0.41 0.5 0.48 0.58 0.56
　　接縫下緣
　　模型 沉降5mm+工況六 沉降7.5mm+工況六 沉降10mm+工況六
　　 點13 點14 點13 點14 點13 點14
　　有橫隔板 0.25 0.6 0.28 0.6 0.31 0.61
　　墩頂無橫隔板 0.28 0.61 0.32 0.63 0.36 0.65
　　無橫隔板 1.02 1.26 0.82 1.09 0.63 0.93
　　6結論
　　（1）新舊橋連接時墩頂有無橫隔板對橋梁的整體剛度影響很小，而新舊橋間不采用橫隔板則明顯降低橋梁整體剛度，存在橫隔板連接可以明顯提高其扭轉剛度；
　　（2）汽車荷載和不均勻沉降引起的主梁和接縫縱橫向應力都比較小，將沉降差控制在10mm以內可以滿足T梁橋結構的受力要求；
　　（3）推薦采用新舊橋梁橫向連接部位全部采用橫隔板連接而墩頂支座可不設置橫隔板的橫向連接形式，但在特殊情況下墩頂支座位置可以加設橫隔板。
　　參考文獻
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