試驗荷載作用下現澆寬箱梁橫向效應分析

程宇鵬

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著我國社會的發展，城市規模不斷擴大，機動車保有量的持續增長，現有城市道路已遠遠不能滿足交通量的需求，交通擁堵成為大家極為關注的問題。為了緩解城市交通壓力，許多城市開始做出緩解交通壓力的對策，比如通過擴大主干道網絡，建設高架橋、地鐵等，以及優化城市交通管理的方式來提高交通效率[1-2]。本文針對某城市修建的現澆寬箱梁高架橋，通過試驗對其受到荷載作用時，對該橋結構橫向受力及變形狀況進行分析，從而得到實際的寬箱梁橫向受力及變形特性。

1 工程概況

本項目高架橋梁為某市城區修建的雙向六車道的加強型主干路。本文選取主線橋第六聯為試驗聯，對其受到偏心作用時的橫向受力進行分析。該聯橋跨布置為3×31 m，橋面寬度為23.5 m，橋面布置為：0.5 m（防撞護欄）+11 m（機動車道）+0.5 m（防撞護欄）+11 m（機動車道）+0.5 m（防撞護欄）；主梁為預應力混凝土整體現澆箱梁；下部結構為雙柱花瓶型橋墩，鉆孔灌注樁基礎。橋梁荷載標準：城-A級，抗震設防類別：乙類。

2 有限元模型的建立

靜載試驗計算采用有限元分析軟件Midas Civil進行空間分析計算，根據橋梁的結構型式，對橋梁進行結構分析及加載計算。結構設計計算所得的主橋活載彎矩包絡圖[3-4]（含汽車沖擊效應）見圖1。

圖1 活載作用下主梁彎矩包絡圖

依據《城市橋梁檢測與評定技術規范》（CJJ/T 233—2015）的控制截面選取原則，確定了兩個正應變和兩個撓度試驗控制斷面，具體的試驗斷面布置見圖2。橋梁計算采用的材料參數均根據公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范確定[5-6]。

圖2 試驗主要控制斷面測點布置圖（單位：cm）

3 計算分析

本試驗采用等效荷載加載方式，在結構設計的影響線最不利處布載，計算出橋梁結構控制截面（正彎矩最大截面）在試驗荷載下的最大內力值，與設計荷載作用下的該控制截面的理論內力值進行比較。本次荷載試驗選用8輛車重為39 t的三軸自卸車，加載程序分3級進行加載，確保靜力試驗荷載效率系數在0.95～1.05范圍內，試驗車荷載效率計算結果見表1。

表1 荷載試驗荷載效率及相應測試項目表

圖3 第十五跨0.4L正彎矩加載圖（單位：cm）

圖4 第十六跨L/2正彎矩加載圖（單位：cm）

圖3、圖4中①～⑧表示加載車輛編號。Ⅰ表示第一級加載，Ⅱ表示第二級加載，Ⅲ表示第三級加載。

4 數據分析

4.1 試驗荷載作用對主梁橫斷面應變影響分析

橋梁在試驗荷載作用下，主梁各控制斷面測點的實際應變值比較見表2、表3。

表2 第十五跨0.4L斷面混凝土正應變校驗系數表

圖5 第十五跨0.4L斷面應變對比圖

表3 第十六跨L/2斷面混凝土正應變校驗系數表

圖6 第十六跨L/2斷面應變對比圖

由表2、表3和圖5、圖6可以看出，采用試驗中的加載方法時，各測試斷面的混凝土正應變在正載時，橫向受力基本均勻，橫向增大效應在1.08～1.10范圍內；在偏載時，橫向受力偏差較大，橫向增大效應在1.85～1.88范圍內。

4.2 試驗荷載作用對主梁橫斷面撓度影響分析

橋梁在試驗荷載作用下，主梁各控制斷面撓度的實際變化值比較見表4、表5。

表4 第十五跨0.4L斷面撓度校驗系數表

圖7 第十五跨0.4L斷面撓度對比圖

表5 第十六跨L/2斷面撓度校驗系數表

圖8 第十六跨L/2斷面撓度對比圖

由表4、表5和圖7、圖8可以看出，采用試驗中的加載方法時，各測試斷面的撓度在正載時，橫向變形基本均勻，橫向增大效應在1.08～1.10范圍內；在偏載時，橫向變形偏差較大，橫向增大效應在1.84～1.87范圍內。

5 分析與結論

當采用試驗荷載對現澆寬箱梁橋按照試驗中所用方法加載時，通過對控制斷面實測數據進行對比分析得出如下結論：

a）正載作用時，主梁底板的混凝土正應變實測的橫向增大效應在1.08～1.10范圍內，撓度的橫向增大效應在1.06～1.10范圍內。

b）偏載作用時，主梁底板的混凝土正應變實測的橫向增大效應在1.85～1.88范圍內，撓度的橫向增大效應在1.84～1.87范圍內。

綜上，由于現澆寬箱梁橫跨比較大，存在箱梁扭轉、剪力滯等綜合作用效應，對其橫向受力的影響較大，由此在設計時，要充分考慮對該類型橋梁橫向受力特性，確保橋梁的設計安全。