空心板橋荷載試驗研究

金騰飛 彭文明 陳華岳

（1 廣州市市政工程維修處；2 韶關(guān)學院）

荷載試驗是對橋梁結(jié)構(gòu)直接加載的試驗工作，不僅能直接了解結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，也有助于發(fā)現(xiàn)橋梁存在的隱蔽病害[1-2]。本文以某簡支空心板橋為背景，基于梁格有限元模型，對靜力荷載試驗進行模擬，制定荷載試驗方案，通過分析現(xiàn)場實測結(jié)果與理論計算值相對比，評定該橋工作性能。

1 工程概況

該橋上部結(jié)構(gòu)為18m 跨徑的后張預應力鋼筋混凝土簡支空心板橋，計算跨徑為17.2m，橋面橫向布置為：0.5m（防撞欄）+21m（車行道）+0.5m（防撞欄），設計荷載為汽-超20 級、驗算荷載為掛-120。鑒于該橋底板出現(xiàn)多處貫通橫裂，通過在底板張拉碳纖維板，增加預應力儲備，不僅封閉既有裂縫，而且防止裂縫進一步發(fā)展。為判斷經(jīng)加固后該橋能否滿足原設計要求，進行本次靜載試驗。

2 梁格有限元模型

梁格法是采用等效梁格代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，縱向剛度集中與縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)[3-5]。基于上述原則，采用梁單位模擬縱向主梁，采用不計重量的虛擬橫梁將縱梁連接為整體，并將相鄰橫梁在同一鉸縫處釋放彎矩，利用Midas/Civil 軟件建立空心板的梁格有限元模型，如圖1 示。

3 靜力荷載試驗

3.1 試驗內(nèi)容及測點布置

圖1 空心板梁格有限元模型圖

測試的主要內(nèi)容為在試驗荷載作用下跨中截面的最大正彎矩、撓度及應變。在跨中截面主梁底設置14 個撓度測點和14 個應變測點，間距1.5m；跨中斷面撓度值采用百分表進行測量，應變值采用振弦式應變計測量，測點布置如圖2、圖3 所示。

圖2 跨中撓度測點布置圖/cm

圖3 跨中應變測點布置圖/cm

3.2 試驗加載布置及效率

基于梁格有限元模型，考慮車輛荷載橫向最不利布置，計算“汽-超20 級、掛-120”荷載作用下邊梁（1#空心板）跨中最大正彎矩值。考慮內(nèi)力等效原則確定試驗荷載，使靜力試驗荷載加載效率ηs介于0.95～1.05 之間[6]。工況1 采用1 列加載車，計2 輛重車；工況2 采用2 列加載車，計4 輛重車，如圖4 所示，加載布置如圖5所示。1#空心板跨中斷面的設計內(nèi)力值、靜力荷載試驗內(nèi)力值及加載效率見表1 所示，由表1 可知，加載效率滿足要求。

圖4 試驗加載車軸位圖/cm

圖5 試驗加載布置圖/cm

表1 試驗內(nèi)力及加載效率

3.3 試驗結(jié)果分析

3.3.1 結(jié)構(gòu)變位及應變校驗系數(shù)

校驗系數(shù)ζ 是試驗荷載作用下控制測點的實測彈性變位或應變值與理論計算值的比值。考慮空心板梁端處支座沉降值，對該板跨中斷面的實測撓度值進行修正，可得到實測彈性變位，各測點的撓度及控制測點的撓度校驗系數(shù)見表2、圖6 所示，各測點的應變及控制測點的應變校驗系數(shù)見表3、圖7 所示。

由表2、表3 可知，校驗系數(shù)ζ 均小于1 時，說明橋梁上部結(jié)構(gòu)實際狀況好于理論值，具有一定的安全儲備；由圖6、圖7 可知，實測彈性撓度及應變曲線整體趨勢與理論計算曲線較為相近，說明梁格有限元模型能夠

表2 測點撓度值及校驗系數(shù)

圖6 工況2 作用下橫向?qū)崪y彈性撓度與計算值對比曲線

反應橋梁空間受力情況，具有較高精度。

3.3.2 相對殘余變位及應變

3.3.3 跨中斷面荷載橫向分布系數(shù)

根據(jù)跨中橫向?qū)崪y彈性撓度，計算空心板橋的荷載橫向分布系數(shù)，不僅能有效評價上部結(jié)構(gòu)橫向傳力性能，也助于確定橫向聯(lián)系的損傷狀況。

表3 測點應變值及校驗系數(shù)

圖7 工況2 作用下橫向?qū)崪y彈性應變與計算值對比曲線

表4 主要測點相對殘余變形

式中，

wi——第i 片空心板梁跨中撓度值；

EiIi——第i 片空心板梁彈性模量及抗彎剛度；

N——縱向加載車的列數(shù)，其中

工況1、2 作用下各空心板荷載橫向分布系數(shù)實測

值與理論計算值見表5、圖8、圖9 所示。

由表5 可知，工況1、2 試驗荷載作用下，各主梁荷載橫向分布系數(shù)實測值與理論計算值偏差較小，說明主梁間連接狀態(tài)良好。由圖8、圖9 可知，各主梁荷載橫向分布系數(shù)實測值與理論計算值的變化曲線趨勢基本一致，峰值偏差較小，說明該橋?qū)嶋H橫向剛度達到設計預期，也進一步說明梁格有限元模型的建模合理性。

表5 空心板橋荷載橫向分布系數(shù)匯總

圖8 工況1 作用下主梁荷載橫向分布系數(shù)實測值與計算值對比曲線

圖9 工況2 作用下主梁荷載橫向分布系數(shù)實測值與計算值對比曲線

4 結(jié)論

⑴試驗荷載作用下，空心板橋跨中斷面控制測點的變位及應變校驗系數(shù)ζ 均小于1，說明橋梁橋梁上部結(jié)構(gòu)實際狀況好于理論值；主要測點相對殘余變位及應變fffffd均小于20%，說明結(jié)構(gòu)接近彈性工作狀況；可知該橋的承載能力能夠滿足設計荷載的要求。

⑵工況1、2 試驗荷載作用下，主梁跨中荷載橫向分布系數(shù)實測值與理論計算值變化趨勢基本一致，說明板間橫向連接狀態(tài)良好，梁格有限元模型可用于該類橋受力分析。