有無橫隔板橋梁結構性能對比分析

姜增國，王 敏，魯 沖

(武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢430070)

0 引 言

靜動荷載試驗作為橋梁結構中的整體檢測手段，各種橋梁參數對橋梁的受力情況都起到一定的作用，本文借助某實際工程進行檢測，對其參數進行分析，所選橋梁結構一種為上部結構為三跨I型梁橋，跨徑13 m，梁與梁之間無橫隔板，另一種為同類型橋梁，但梁與梁之間聯接設有橫隔板，兩種類型橋梁均為簡支體系.通過對橋梁靜動載試驗，分析橋梁結構在試驗荷載主要控制截面上的應力應變、變形撓度等情況，獲取橋梁結構的動力反應(如沖擊系數等)并與設計計算值進行比較，對橋梁的設計、施工質量、承載力作出明確的評估，為橋梁竣工驗收提供技術依據，并對比了在受力存在有明顯區別的地方，從而進行評價.

靜動荷載試驗主要檢測內容[1]：①橋梁結構截面跨中最大撓度；②橋梁結構截面跨中最大應力變化；③橋梁結構在動荷載下的最大動力響應分析.針對不同的橋型，根據要求以確定橋梁結構狀態.

1 相關計算原理

1.1 橫向分布系數計算方法

針對橋梁結構的特性，本文采用偏心壓力法[2]，偏心壓力法也稱為“剛性橫梁法”，適用于橋上具有可靠的橫向聯結，且橋的寬跨比小于或者接近0.5的情況，假定在荷載作用下，中間橫隔梁為一根剛度無窮大的剛性梁，僅發生剛體位移，不考慮主梁的抗扭剛度.

當荷載P=1作用在第k片梁軸上時，對i號梁的總作用為：

(1)

式(1)中，ηik為i號主梁的荷載橫向影響線在k號主梁處的豎標值；ai為第i號主梁梁軸到截面形心的距離；ak為第k號主梁梁軸到截面形心的距離；n為主梁片數.

1.2 沖擊系數計算方法

在振動荷載作用下測試不同工況下在跨中截面所產生的最大動撓度，利用動撓度峰值與同量級靜載撓度峰值之比確定沖擊系數大小[3-4]，計算原理如圖1所示.

圖1 動撓度法計算沖擊系數示意圖Fig.1 Schemes for calculation of impact coefficient by dynamic deflection method

(2)

式(2)中：yd為動撓度峰值；ys為靜撓度峰值；1+μ為沖擊系數.

2 工程實例及試驗分析

2.1 工程實例

在工程檢測當中對上述兩種橋梁結構在相同的靜力和動力工況下進行試驗對比，在試驗過程當中對應變與位移的數據測試點分布如圖2所示.

圖2 應變與位移測點布置圖Fig.2 Figure of strain and displacement point arrangement

為達到兩種橋梁結構對比性的目的，每個工況采用相同的分級加載、卸載測試，所選取的對比工況具體如下.a.靜載工況：①跨中最不利截面產生的最大位移，中載；②支座最不利截面產生的最大位移，中載;③最不利截面產生的最大位移，偏載.b.動載工況劃分：動載試驗分勻速5、10、20、30 km/h的無障礙跑車試驗、有障礙的跨中跳車試驗，分別記錄兩種工況下對橋梁結構所產生的動力響應值.

2.2 試驗數據分析

2.2.1 橋梁靜力荷載試驗a.主梁撓度值對比.在靜力荷載作用下，通過對中載和偏載的試驗結果，選用在有無橫隔梁結構跨中截面具有針對性的三種不同的工況所產生的撓度測試數據，并結合運用有限元軟件建模計算的結果，其對比如表1、表2所示.

表1 有橫隔梁跨中截面撓度值表Table 1 Deflection of midspan cross-section with diaphragm mm

注：撓度以向下為正,以向上為負.

表2 無橫隔梁跨中截面撓度值表Table 2 Deflection of midspan cross-section without diaphragm mm

注：撓度以向下為正,以向上為負.

分別將在不同工況下各主梁之間產生的最大位移沉降值曲線對比繪制如圖3.

圖3 有無橫隔梁主梁撓度對比圖Fig.3 Contrast of girder deflection with/without diaphragm

b.橫向分布系數的對比分析[5-7].采用前面介紹的橋梁橫向分布系數計算方法，對有無橫隔梁橋梁這兩種的橋梁結構在中載作用下所產生的橫向分布系數進行解析法計算，其計算結果如表3所示.

表3 有無橫隔梁橫向分布系數對比Table 3 Contrast table of distribution coefficient with/without diaphragm

由撓度和橫向分布系數表可以看出：①有橫隔梁的橋梁結構所產生的最大位移沉降要比無橫隔梁的要小；②有橫隔梁的橋梁橫向分布比較均勻，橫向聯系相對無橫隔梁要穩定，所產生的數值較好.

2.2.2 動力試驗分析 利用試驗車通過橋梁結構產生的振動和沖擊的作用，使橋梁在作用下產生一定的位移變化值，通過有效計算分析得到的汽車相關沖擊系數分析μ值，如表4所示.

表4 汽車沖擊系數(1+μ)

從檢測結果可以看出，運行車輛對有橫隔梁橋梁結構的沖擊數值比無橫隔梁橋梁結構數值明顯小，整體沉降均勻性較好.這從一個方面說明橋梁橫隔梁對振動起到一定的受力傳遞作用，對橋梁整體性起到一定的作用，圖4圖5為動撓度對比圖.

圖4 跑車20 km/h跨中截面動撓度對比圖Fig.4 Dynamic deflection contrast figure of midspan cross-section under sports car with 20 km/h

圖5 跳車試驗跨中截面動撓度對比圖Fig.5 Dynamic deflection contrast figure of midspan cross-section under jumping test

3 結論與建議

本文結合具體的工程實例，通過對有無橫隔梁的兩種橋梁結構的檢測數據對比以及理論計算分析驗證，發現有橫隔梁的橋梁結構無論在動力分析還是靜力荷載分析過程當中都比無橫隔梁數據穩定，所產生的應力應變與位移數撓度值都相對較小，現場試驗數據推導計算出的橫向分析系數，有橫隔梁要比無橫隔梁的橋梁結構要均勻，能夠較好地傳遞荷載數值，這與理論計算分析是一致的，進一步驗證了橫隔梁在橋梁結構當中的有效性.

此次試驗對比分析了橋梁結構在靜動載試驗中，在不同工況下有無橫隔梁受力時提供的現場數據，不過對荷載在橋梁結構當中如何傳遞還得進一步研究分析.但此次試驗所得到的數據對以后相關橋梁結構的檢測工作以及橋梁設計起到一定的指導和借鑒的作用.

參考文獻：

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