单线预应力混凝土T型截面简支梁在我国既有铁路桥梁上应用很广。这些简支T梁大都设计于20世纪60～70年代，两片T梁沿纵向分开，通过横隔板连接，且数量较少，不能完全起到保证2片T梁相互连成整体的作用，不能很好地共同抵抗横向弯曲。经过长期运营，尤其是近年来在铁路提速过程中，一些梁的横隔板断裂、混凝土剥落，在列车通过时跨中横向振幅过大，已不能满足我国现行铁路桥梁检定规范的要求。
为了提高铁路运输质量和在运输市场的竞争力，我国铁路干线实施全面提速。铁道部在充分吸收前面五次大面积提速的经验的基础上，于2005年提出了第六次铁路大提速，部分提速干线列车时速将达到200km/h。提速必须以保证安全为前提，既然已有一些桥梁的结构构造不能满足提速列车的运行条件，就有必要对这些铁路桥梁进行加固改造以满足安全运营的要求[1-3]。常用的增强横向刚度的方法有加强横隔板、增设水平板、加宽桥面板、施加体外预应力等。
本文以40m铁路预应力混凝土简支T梁为研究对象，较为系统地分析了横隔板参数对梁体动力特性的影响规律，这对提高铁路桥梁设计质量和对现有桥梁进行正确的状态评估和选择合理的加固方案都具有非常重要的意义。
1桥梁概况
该双片式简支T梁全长40.6m，两片T梁在纵向分开，只在横隔板处相连。两片T梁中心距为2m，梁高3m。全桥共设置11道横隔板，横隔板间距为4m，中部横隔板端部厚0.14m，端横隔板厚0.33m。腹板在梁端局部部腹板厚0.6m，在梁端第一节间厚0.2m，其余均为0.15m。
2计算模型及加固方案理论分析
2.1计算模型
以上述双片式简支T梁为研究对象，采用大型有限元软件ANSYS按实际尺寸建立有限元模型，采用实体八节点六面体solid45单元，按实际支座模拟边界条件。由于实桥横隔板为非预应力结构，其强度与梁体相比要有所降低，因此在模型中对其弹性模量进行折减。二期恒载作用等效为均布荷载分布于桥面板上。
桥梁的振动是由桥上运行列车引起的外激振动，其振动相应的大小与外界激励的大小和桥梁本身抵抗变形的能力即桥梁的刚度有关。车桥系统横向振动在桥梁上的直接反映为梁的横向振幅和振动频率。引起桥梁横向振动的机理有以下几种原因：
(1)转向架的蛇行运动和横向摆振。转向架的蛇行运动是导致桥梁横向振动的主要原因之一。
(2)线路轨道不平顺，促使列车在桥上运行出现侧滚和不均匀摇摆，对桥梁横向造成更大冲击。
(3)货物列车的编组影响。
(4)风的作用。
(5)桥梁本身的刚度不足和一般病害。
根据车桥系统振动理论，列车、桥梁和墩台是相互作用和相互制约的关系。实测数据和理论分析又表明：普通桥墩(非严重病害墩或非横向大柔性墩)的振动对桥梁的振动影响较小。因此可以认为，在某种特定列车作用下，车桥振动响应主要取决于桥梁状态[4]。当桥梁横向振动加剧时，桥上机车车辆的响应，如横向加速度、脱轨系数、摇摆力、轮压减载率等将随之增大，而且旅客乘坐舒适度、列车运行平稳度亦随之下降，尽管机车、车辆的竖向振动加速度、竖向舒适度、平稳度等可能都在允许范围内。故桥梁在提速与重载状态下的主要问题是车、桥横向振动问题，对桥梁来说就是要提高横向刚度问题，具体来说，必须提高桥梁横向振动的自振频率，并降低横向振动的振幅，即降低横向挠跨比。
由简支梁自振频率计算公式可知，提高梁体横向自振频率可以采用：（1）加大桥梁横向抗弯刚度；（2）减小桥梁自重。影响双片式T梁的横向刚度的主要因素是两片T梁之间的横向联结作用。图2给出了两片T梁之间的横向联结作用的强弱变化（通过改变混凝土弹性模量）对竖向、横向自振基频的影响。
通过对图2的分析可以发现，当横向联结很弱时，两片梁基本相当于是在独立工作，梁体整体横向一阶自振频率偏低；当横向联结得到加强之后梁体横向一阶自振频率迅速提高。
既有线路T梁横向刚度偏小，振幅偏大的一个重要原因就是两片梁之间的横向联结作用偏于弱。因此，要提高双片式T梁的横向刚度的关键就是要保证两片梁体之间的联结、保证两片梁体在荷载作用下的共同受力。
3横隔板对梁体自振特性的影响
通过改变横隔板的数量及分布、横隔板厚度等参数来研究对梁体自振特性的影响，找出其影响规律，得出最优的加固方案。为了便于表述，将横隔板按图3所示进行编号。跨中的横隔板编号为1号隔板，从跨中到两侧两端均依次为1~6号隔板。
3.1有无横隔板对梁体自振特性的影响
隔板厚度保持不变，依次去掉一定数量的横隔板，分析了两片T梁梁体自振基频与横隔板位置的影响规律。图4为从跨中往梁端依次去掉横隔板时计算工况a（1）~工况a（7）的变化情况，图5为从梁端往跨中依次去掉横隔板时计算工况b（1）~工况b（7）的变化情况。
通过对图4、图5的分析，可以得出以下结论：
(1)横隔板数量的多少和位置对梁的竖向基频基本上没有影响。
(2)当去掉中部所有的横隔板，仅保留6#端横隔板时(工况a-7)，横向基频仅下降4.6%，比单片T梁横向基频高20%。
(3)当仅去掉6#端横隔板时(工况b-1)，横向基频下降了11.2%，而当仅保留跨中1#隔板时(工况b-7)，横向基频与单片T梁相当。
(4)靠近梁端的横隔板的联结刚度对梁体横向自振频率的影响较大。
3.2横隔板加固方案的优化
根据前述对横隔板位置、数量、分布及厚度等参数的分析和比较，其横隔板厚度不宜超过1m，靠近梁端的隔板对其横向基频贡献很大。根据上述原则，选定横隔板加厚至0.7m，对不同的横隔板进行加厚，分析其对梁体自振特性的影响。其计算结果如图9、图10所示。
通过对图9、图10的分析，可以得出以下结论：4＃、5＃和6＃横隔板均加厚至0.7m时，梁体的横向基频最高，达到2.819Hz，比原梁提高了27%；一阶扭转和二阶横向自振频率分别提高了34％和26％；一阶竖向自振频率仅下降了0.9％。说明同时加厚两侧梁端各3块横隔板厚度至0.6～0.8m，是横隔板加固的最优方法。
4结论
通过改变横隔板的位置、数量和厚度，水平板的位置及长度等参数，计算分析了其对梁体自振特性的影响规律，确定了合理的加固方案，得到了如下的结论。
(1)在厚度保持不变时，横隔板位置及数量对梁体的竖向基频影响很小。靠近梁端的横隔板比跨中横隔板对梁体的横向基频贡献大。
(2)随着横隔板的厚度的增加，梁体横向基频随之增加，但竖向基频有所减小。靠近梁端的隔板对其横向基频贡献较大。同时加厚两侧梁端各3块横隔板厚度至0.6m～0.8m时，是横隔板加固的最优方案。
(6)增强横隔板，是解决即有线大跨度分片式预应力混凝土T梁横向刚度不足的有效方法。