矮T梁设计标准尺寸是多少？-四季豆

基于T梁桥良好的使用效果，由此想到将小箱室闭口截面改为实体肋板截面，利用传统T梁的优势研究开发矮T梁结构，应用于20m及其以下跨径桥梁，从而替代病害严重的空心板结构。2011年，浙江省公路协会组织设计、施工、检测、咨询、高校等多部门成立了矮T梁研发课题] * G组。

1 矮T梁标准化设计原则及目标

矮T梁通用图研发遵循如下原则s 2 g T +：

①安全第一的原则。结构设计应满足现行标准规范的要求，充分重视国内物流业快速发展的现实，考虑低矮结构受力特点q u L c j { #、合理选取构造尺寸，兼顾结构施工安全和使用耐久性。

②适度超前的原则S 2 ` #。在满足国内规范基础上，积极、认真地吸取国内外工程建设的成功经验和失败教训，适度超前于现行规Q a ^ z d _ b . D范；施工工艺、材料选用既考虑现有施工水平, 又适度提高设计要求，促进相关产业技术进步。基于近年来规范对中小跨径桥梁设计荷载的不断调整，不再将公路—Ⅱl . a I q _ o k A级荷载纳入结构验算。

③确保质量的原则。因通用图使用量大面广，编制时应优先选择适应面广，并在工程实践上要求迫切、有利于方便施工及E r X ` S L T质量控制等关键性技术问题上寻求新突破。

根据上述原则，基于常见中小跨径板梁使用需求，制定矮T梁通用图设计F G 8 m 7拟形成如下成果：

①f } l (跨径：包括10m、13m、16m、20m；

②荷载：公路&mdau . J 5 9sh;Ⅰ级；

③结构形式：结构简支、先简支后结构连续；

④交角：0°、15°、30°；

⑤参数化设计：与c a k 5 H国内大型软件研发单位合作，研发矮T梁专用绘图c n f软件，实现参数化设计及修改功能，使其适用于各种常见桥宽。

2 矮T梁标准化设计关键技术研究

2.1 矮T梁合理结构尺寸的研究

中小跨径桥梁在保证结构受力安全、适用耐久的前提下，摆在设计人员面前最主要的问题就是如何降低造价。对于矮T梁结构，既要W _ 3 a s F _ r考虑选取低矮结构，又要合理控制板梁间距以方便施工，主要研究内容及成果阐& P : B述如下：

2.) P w N1.1合理梁高的拟定

考虑到汽车荷载重型化，矮T梁应具有合理的建筑高度，以保证合理安全储备、确保行车舒适性和使用耐久性。现有常见预制板梁中，空心板、组合小箱梁因其建筑高度低，深受工程设计人员的钟爱。通过对空心板、小箱梁结构研究，在综合分析其截面布置、建筑高度、结构受力等方面的相互关联，探寻其细部尺寸拟定3 e o存在的规律，为5 y L !矮T梁合理结构尺寸拟定积累数据。

按照功能相当的原则，我们可知：

单# u d A R b e榀空7 ) p心板计算截面可近似等效为T梁6 m a a。见图1。I 2 7 ] y w R

图1 空心板等效计算截面演化示意

单榀组合小箱梁计算截面可近似等效为2榀预制T梁，T梁间横向间距1.7m。见图2。

图2 小箱梁等效计算截面演化示意

基于此，我们对交通部颁通用图空心板、小箱梁结构，各跨径建筑高度作了收集F $ $ W 0和汇总，并做了统计分析。见表1、表2。

对于10～20m跨径空心板结构，梁d ( 3体高度H=0.05L+Δ| / \。随着跨径L的增大，Δ由0.1逐级递减至-0.05，规律明显。随着跨径增大，梁@ , * \ f ` G Z体刚度（高跨比）有降低d L r 4。自2011年起，浙江省高等级公路开始限制使用20m跨径空心板。

对于20～40m跨径预制小箱梁结构，梁体高度H=0.05L+Δf g - +，随着跨径L的增大，Δ由0.2逐渐递减至0，规律明显。随着跨径增大，梁体刚度（高跨比）亦有降低。自2013年起，浙江省高等级公路开始限制使用32 g % n 3 k ;5m、40m跨径小箱梁。z $ S W f Z - [除非特殊路段，如上跨铁路、大角x 3 3 5 f i , /度斜交等，但需要特殊设计，如截面腹板加厚或者增加建筑高度等。

表1 10～20m跨径空心板结构高度、跨径关系分析

表2 20～40m跨径小箱梁结构高度、跨径关系分析

利用传统T梁的优势，降低T梁的建筑高度，通过缩小板梁横桥向间距，可以实现板梁建筑高度降低。

基于上述分析，各跨径矮T梁建筑高度取用原则j N # Y \如下：

梁高：H=0.05L+0.} f & ! K1（m）。

L为桥梁跨径，单位m。矮T) L /梁梁高相较同跨径空心板结构，梁高作有限提_ p { T高，适当规避空心板结构断面尺寸偏小、安全储备低的缺点。

2.1.2 腹板厚度的L p 8 N N &拟定

腹板厚度取值与结构刚度需求，钢束布设方式，梁端锚具Z [ q z m襟边、钢筋连接要求，板梁间距等有关。经计算后，跨中段u / ^ (10m～16m跨径按照3w A G M X 2 &5cm控制、20m跨径按照40cm控制，全断面不设置马蹄。对于先简支后结构连续，考虑方便施工及钢筋连接质量，靠近梁端1m区域10m～16m加厚至60cm、2K _ l ^ 8 Z l0m跨径加厚至70cm，期间设置100cm长度作为腹板厚度过渡渐变。对于结构简支，梁端采用与跨中段相同截面，不设置加厚展宽段。

保证腹板合适厚度，可提高构件单梁刚度，控制梁板反拱幅度，提高通车舒适性。同时，方便施工振捣、钢束定位以及钢筋保护层厚o r K Q % _度、钢筋净距控- ! [ I制等。先简支后连续结构，梁端腹板在梁端局部加厚展宽，可保证钢筋连接质量、降低后浇段砼施工难度。采用合理腹板厚度，梁端锚具可采用筒状深槽锚固，降| $ % W C Z \ = C低封端砼施工难度，有效保障梁端斜截面抗剪能力。

图3 先简支后结构连续梁端锚具、钢y a Z筋布设示意（16m跨径）

对于先) : 3 R X ) \简支h ) x 6 d j 2 w后结构连续，10～16m跨径推荐C 7 b |采用普通钢筋砼连续，20m跨径推荐采用墩顶设置负弯矩钢束连续。

2/ g ) [ m i R Z F.1.3 板梁间距及预制板宽的拟定

从充分发挥矮T梁构造上的优势，适当增加矮T梁翼7 U % v H ( j缘板宽，尽量控制湿接P R ? K ^缝后浇带宽度，以求获得最大的偏心距并发挥钢束预压性能。矮T梁板梁] X (间距受建筑高度制约，而且过大的板梁间距会导致板梁横向分布系数幅差增大。

基于发挥翼缘板受力性能C ? C s =、方便安装以及实现标准W j 3 J O N化设计、标准化施工需要等，矮T梁通用图预制板宽为120cm，板梁间距介于150～170cm区间，不同的梁距通过湿接缝宽度调整。考虑桥面板湿接缝横向钢筋4 K C { 2 a j y T连接要求，W 4 \ K控制湿接缝的宽度不小于31 * X i k c 2 ~ 60cm也是合适的。

图4 桥宽12.5m断面布设图

图5 桥宽16.25m断面布设图

板梁最大荷载横向分布系数，上述O ] . Y D ! J两个高等级公路( - i v [ #常见I ( ? R &断面，经计算基本相当，幅值相差仅2.9_ e E%，说明按照上述原则拟定的板梁尺寸合理、适用。

2.1.4 横隔板设置

横隔板道数（端、中）：基于计算分析及工程经验，o f w w h q v10～16m设置3道，20m跨径设置4道，平行于斜交方向布设。

2.2矮T梁计算方法研究

2.2.1矮T梁截面效率分析

为了验证矮肋T梁截面尺寸是否合理，采用截面效率指标核查。截面效率指标ρ在预应力混凝土桥梁设计中具有重要意义，它是z c C 4校核梁的{ $ + U d横截面设计是否合理的一个控制指标，有关截面效率指标的定义，可参考相关文献[3,4]。

在预加8 7 ^ 4 ^ h n C力阶段和运营阶段，预应力混凝土梁截面承受双向弯矩。如图6所示，在预加力阶段，施加了偏心预加力Ny，在预加力Ny和梁自重弯矩Mg1的共同作用下，合力Ny相` N @ 6当作~ r F $ W # * ( C用于截面的下核心点，此时，截面上缘应力为零。在运营阶段，若计K N k及预应力. z D (损失△Ny，截面内合力为Ny’=Ny-△Ny，则在结构二期恒载弯矩弯矩Mg2和汽车Z P n G E K ] x n与人群荷载弯矩Mp^ A & } a #作用下，合力Ny’将从下核心点移至上核心点，此时，截面下缘应力为零，即移动了k=ks+kx的距离。则有：

图6 &nbs0 8 6 qp;截面计算图示

以20m跨径矮T梁为例，经计算，跨中截面效率指标矮T梁设1 n G f计标准尺寸是多少？_10。

截面效率指标ρ在很大程度上表证了截面承受活载的能力，但ρ值并不是越大越好，因为ρ值过大意味e # / k X V着截面过于单薄，存在失稳的可能性。文献[3]提出了ρ的合理范围为0.45～0.5。据此判断，本项目所` 7 - ? j @ t }拟定矮T梁截面尺寸合理。

2.2.2矮T梁横向分[ ~ ] b 2 8 d 6布系数研究

荷载横向分布是指公路车辆荷载在桥梁横向各主梁间的分布，它是一个复杂的空间结构问题。本项目从平面、空间分析角度，用传统解析算法和有限元数值计算方法分析矮T梁的结构特性，对不同跨径矮T梁桥的横向分布按简支、连C _ [ E _ ` a续和n t = * |正交、斜交进行了深入的分析和研究，并探寻了矮T梁桥横向分布系数的纵向分布特征，测算了主梁间距对于横向分布的影响。

基于12.5m、16.25m宽路幅桥梁，主h b } u u q g ~ =要研究结论如下：

①采用数值计算方法得到的矮T梁横向分布影响线总体位于刚性横梁法和刚接板梁法之间，影响线线形与刚接板梁法较接近。随着跨径的增加，矮T梁宽跨比逐渐接近, . W . c O于0.5，三种方法得到的边梁横向分布影响线趋m P v o向一致。

②对于简支矮T梁,采用刚接板梁法得到的横分系数，略大于数值计算方法，最大比值约为103%以内。对于连续& 7 d 1结构，数值计算方法略大，最大比值约为105%。因此，可以采用刚接板梁法作为矮T梁横向分布计算方法。

③对于连续结构，可以采用等效简支梁法计算横向u 6 Z分布。跨径、桥宽相同，连续结构的横向分布略大于简支结构，同时随着跨径的增加，差异变大。但由于矮T梁跨径相对较小，最大( e a a R比值仅约为102%。

④随着斜交角度r g J从0&deZ - H a _ xg;增加到30°，矮T! $ ; d梁边梁、次边梁的横分系数[ 6 w 5呈下降趋势，最大下降幅度约3.6%，但仍为相对大值，中梁呈增加趋势，最大增加幅度约6.2%。因此可认为在0～30°范围，斜交角度对跨中横! r k ) q g : c /向分布的影响较小，可按正交桥梁计算。

⑤对于剪力横分系数的纵向分. { t H Y 7布，数值结果与传统简x $ % = m l化方法的转折点位置总体相符，跨中q m [ [ V A $ j一般为数值方法为大，支点一般为简化方法为大，结合单梁有限元和空间梁格有限元的活载内力对比，为方便计算，可采用传统简化方法，即支点采用杠杆法，跨中段采^ - S J用刚接板梁法，在支点到第一道中横梁或1/4L位置按直线渐变。

⑥随着梁间距的增加，横向分布系数主要呈现线形增加规律。10m跨径矮T梁增速相对较快，其梁间距每增加10cm，跨中横向分布系数平均增幅约为5%。

2.2.3 单梁与空间梁格的对比分析

矮k ~ o zT梁为预制拼装结构，横向湿接缝与预制主梁为组合式受弯构件，需要考虑作用效应的分阶段累积。单梁分析时采用主梁l W ! | c $ , C H多单元模型，即在桥梁横向分别建立预制梁、湿接缝的单元。梁格模型则建立由预制矮T梁、湿接缝、横隔梁、虚拟横梁和虚拟纵梁等组成的空间梁格有限元模型。见图7。

图7 单梁、空间梁格计算模型示意

图8 边梁活载最大缘应力（3-20m，H U n ( k P F12.5m桥宽，单位MPa）

对比单梁模型和空间梁格模型的成桥状态，及梯度温度、不均匀沉降和汽车荷载等不同作用效应各自影响。经分析可知，两种模型在成桥状态、梯度温度、不均匀沉降效应计算结果基本相同。汽车荷载应力对比，梁格边跨跨中下缘应力小2.21MPa，比值为0.77倍；支点上缘小0.69MPa,比值为0.80倍。其差异原因主要在于横分系数的取值，可以认为$ * X p # . { I E单梁简化计算方法基本合理。见图8。

2.2.4 横隔板设置分析

横隔板对于加强结构的横向联系、保证结构的整体性具有较大作用。分析采用梁格有限元对路基宽度26m(单幅桥梁宽度12.5m)的20m简支矮T梁进行比较分析，断面见图4。分析中主要考虑设置两道横隔板、一道横隔板和不设置横隔板三种情况。对中横隔梁设置必要性的分析主要从两个角度进行考察：一是某主梁上作用单位车道荷载（均布荷载qk=10.5kR 6 = 7 x t dN/m，集中荷载Pk=357.1kN）时，该主梁及相邻主梁内力的变化情况；二是横向分布的变化。见图9～图14。

图9 受荷主梁弯矩图

图10 受荷主梁剪t o ` 9 , u K o力图

图11 相邻主梁弯矩图

图12 相邻主梁剪力图

图13 边梁跨中弯矩影响线对比

图14 次边梁3.5m位置剪力影响线对比

从内力Z b ^ { s角度，设置横隔梁有助于改善主梁内力分布。一方面受荷主梁在横隔梁位置的峰值内力降低较为明显，跨中设置中横梁后，跨中弯矩降为79%，设置两道中横梁后，对应位置剪力降为66%，且峰值位置调整。另一方面相邻主梁可~ F ? = J x x /以分担更8 / r @ 3 n多荷载。不设横隔梁时，主梁间剪力仅靠翼缘板传递，设置后附近的O Z o 5 0 + ( !内力分布发生变化，设置一道中横隔梁后相邻梁跨中弯矩是不设中横梁的1.15倍，设置e ^ K M两道中横梁后，横隔梁位置分担剪力是不设横梁的2.44倍。

从横分角度，横隔梁对于平抑影响线竖标峰值具有显著意义。跨中设置横隔梁时，其边梁弯矩影响线竖标约为不设置横隔梁时0.79倍；设置两道横隔梁时，其3.5m处次边梁剪力影响线竖标约为0.40倍。设置横隔梁有助于减轻单= k H # Z列超重车辆的不利影响，如不设跨内横隔梁，经测算，若单列车超载30%，靠近支点剪力横分系数会达到设计控制临界。

2.2.5 桥面现浇层与结构共同作用影响分析

桥面d s k L现浇层参与共同作o S z用，主要体现在三个方面：加厚了桥面板厚度，提高了矮T梁的横向抗弯和抗剪刚度，有利于荷载的横向分布，促进各主梁共同受力；加大了结构梁高，有利于提高主梁、桥面板和横隔梁等的承载能力；? % z c ( C k增加了二次恒载的重量，需要合理设置现浇层厚度。板式桥梁桥面现浇层与结构的叠合面是整个结构的薄弱面，叠合面的抗剪强度是保证叠合前后浇筑的两部分混凝土形成整体截面而共同工作的关键。本项目在叠合面位置布置了抗剪钢筋。关于4 q ( # G桥面现浇层参与共同作用的影响分_ s = 3 \ ;析，设计假定参与共同作用的桥面现浇层厚度分X q v l别为0cm、4cm、6cm、8cm、10cm，计算结果如下：

对$ \ L *横向分布的影响：桥面现浇层参与共同作3 m f用对横向分布影响较小，10m跨最大降低仅约2%，20m跨最大降低仅约1.1%，可忽略w s B \ f H #该影o t = \ g H b K响因素。

对承载能力的影响：对主梁抗弯能力的提9 J I K Z 7 h高略大于梁高增大幅度，对主梁抗剪能力的# $ = t * ^ 9 P提高略小于梁高的增加幅度f 7 w R I C，对桥面板和横隔梁的抗弯能力的提高相对较大。