箱型拱橋靜載試驗及有限元分析

江西正德工程檢測有限公司，江西 南昌 330200

1 工程概況

橋梁結構： 橋跨分布為10m（預制空心板）+80m（鋼筋混凝土箱型拱）+10m（預制空心板）。

箱型拱：凈矢跨比f=1/6；

預制拱圈高度：1.60m；

頂板、底板厚度：12cm；

主拱圈、空心板：C40 混凝土；

橋梁兩側搭板：C30 混凝土。

橋面鋪裝：橋面鋪裝混凝土采用C50 厚度為12cm 進行鋪裝。

荷載等級：公路二級

2 Midas Civil 基本模型計算方法

2.1 有限元基本模型結構

依照橋梁的結構方式，運用有限元基本法剖析對橋梁進行荷載分析，拱腳、四分之一長及跨中截面的受力狀況，根據上述依據確定試驗的截面對象，橋梁Midas Civil 模型圖下圖所示：

圖1 橋梁Midas Civil 模型（單位：cm）

2.2 計算結果及分析

試驗控制截面依據橋梁承載能力評定規程的規定，選取本橋結構受力最不利位置處的截面。使用Midas Civil 軟件對本橋進行建模［1］，計算分析時采用公路二級荷載等效荷載并選擇加載車輛［2］。

測試斷面：J1 斷面 最大正彎矩、負彎矩

拱頂J2、L2 斷面 最大正彎矩

拱腳J3 斷面 最大負彎矩

拱腳L3 斷面 最大水平推力

引橋J4 和L4 斷面 第三跨跨中

測試斷面位置示意圖所示。

圖2 測試截面（單位：cm）

3 檢測目的

根據勘測橋梁結構在本次試驗荷載下的應變和撓度，然后根據理論比較試驗數值，評析是否滿足橋梁設計荷載的基本要求，對實際現場結構的使用和狀態進行評測［3］。

3.1 檢測依據的技術規范

4 靜載試驗

4.1 加載方案設計

4.1.1 試驗荷載確定

根據橋梁荷載試驗規程規定，設計控制效應指的是控制截面的最不利內力受力情況（公路二級荷載（含汽車沖擊力）作用下）。為達到試驗效果，以汽車荷載產生效應與設計控制值作比較，且采用靜載試驗效率進行控制。

5 確保試驗效果，靜載試驗效率

靜力試驗荷載可按控制效應包括內力、應力或變形等效原則確定。的控制效果靜載試驗可以包括確定等同原則的內力，應力或變形。靜載荷試驗設計效率的控制效果計算對應于橫截面在一定測試負載控制橫截面的效果的比例。對于服務橋，從而充分反映負載測試力特征結構，它使用一個復雜的和長期變化的負荷是不同的載荷下，通常需要使用高效率負荷試驗。

靜載試驗效率ηq為：η=Ss/（S×δ）（0.8≤η≤1.05）

式中：

Ss為荷載試驗作用下測試點位的應變或應力的計算值；

S 為設計荷載產生的同一加載控制截面內力等計算值；

δ 為設計荷載計算沖擊系數為1+μ。

表1 現場試驗加載效率匯總表

5.1 靜載試驗數據分析

5.1.1 結構校驗系數

為了檢驗與正常使用荷載等效的試驗荷載作用下主要測點的效應實測值與相應的計算值的差異，主要采用測點效應校驗系數ξ 進行檢驗：

式中：

Se表示試驗荷載作用下實測彈性變形或應變值；

Ss表示試驗荷載作用下理論變形或應變值；

ξ 是評定橋梁的工作特性，確定橋梁承載能力的重要標準，要求ξ≤1.0。

依據本次試驗測試結果，分析J1～J5 控制斷面的主要應變和撓度測點在各自最不利加載工況下的應變和撓度校驗系數結果見表2、表3 所示。

表2 應變校驗系數結果匯總表

表3 撓度校驗系數結果匯總表

由表2 及表3 得出，J1～J4 控制截面主梁：

應變校驗系數ξ 在0.08～0.68 之間，ξ≤1.0，上部結構強度滿足基本使用要求；

撓度校驗系數ξ 在0.51～0.85 之間，ξ≤1.0，上部結構剛度滿足基本使用要求。

5.1.2 殘余變形（應變）分析

結合本次試驗測試結果，分析J1～J3 控制斷面的主要應變測點在各自最不利加載工況下的相對殘余應變及位移測點在各自最不利加載工況下的相對殘余變位，結果匯總見表4、表5。

表4 相對殘余變位結果匯總表

表5 相對殘余應變結果匯總表

由表4、表5 可知，J1～J4 控制截面主梁：

相對殘余應變在0%～16.7%之間，≤20%，上部結構擁有良好的彈性復原能力。

相對殘余變位在0%～5.6%之間，≤20%，上部結構擁有良好的彈性復原能力。

6 結論

（1）對本座橋開展了靜載試驗，在等效汽車荷載作用下，各截面的應力及撓度符合規范要求，表明該橋處于良好的彈性狀態。

（2）通過Midas Civil 的建模計算，比較清楚反映了荷載試驗過程中的結構受力狀況，科學指導試驗方案的確定及實施過程，對以后的工程試驗及研究具有指導意義。