拼寬橋支座布置型式對墩頂負彎矩的影響

程林峰 ，陳卓行 ，戴文遠，包鴻銓 （浙江省交通運輸科學(xué)研究院，浙江 杭州 310014）

0 前言

筆架山農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)中環(huán)道路建設(shè)工程起于鄉(xiāng)道，梅溪至垅壩與S201省道交叉處，測設(shè)樁號K0+000，沿老路向北展線，途徑吳家山、圣堂廟，受杭長高速安吉北互通影響，路線偏離老路向東展線，途徑垅壩村委后繼續(xù)沿老路展線，于K6+885處跨定勝河后，沿老路向東展線，途徑潘村、曹埠、韓家墩、平橋、楊家灣，終點與縣道梅小線順接，測設(shè)樁號K8+900。本項目在K6+325.684處，設(shè)置連接線，順接鄉(xiāng)道大樹蓬至前灣渡，全長1.762km。所經(jīng)主要城鎮(zhèn)為吳家山、垅壩村、潘村、曹埠、平橋，所經(jīng)過主要河流為定勝河，沿線主要交叉道路S201省道、縣道梅小線。路線主線全長10.662 km（含連接線約1.762km），按照雙向單車道三級公路設(shè)計標準，設(shè)計速度為40km/h，標準路基寬10.0m；連接線采用雙向單車道三級公路設(shè)計，設(shè)計速度40km/h，標準路基寬度10.0m。

梅溪馬村平橋位于平橋至高橋聯(lián)網(wǎng)公路上，原有老橋長為2跨7.1m，全長24.2m，原建于1980年，橋總寬6m，下部為重力式橋臺，擴大基礎(chǔ)，橋梁凈高6.3m，與河道正交。結(jié)合水利部門河道寬度要求，拆除老橋，在原有位置新建橋梁，上部結(jié)構(gòu)采用2跨16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用樁接蓋梁橋臺，橋墩采用樁式橋墩，墩臺基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)，新建橋?qū)?m。后又拼寬7m，拼寬后橋梁寬度為14m，墩臺右偏角度為90°，拼寬橋梁全長為38.04m，拼寬橋梁上部采用2m×16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋臺采用柱式臺，橋墩采用樁柱式墩，墩臺采用樁基礎(chǔ)。拼寬后的橋梁改名為定勝河橋。在拼寬部分施工時，由于工人失誤，將1#墩頂、2#梁下的支座安裝錯誤——本該是只允許縱向位移的支座，安裝成只允許橫向位移的支座。后恢復(fù)正確。

本文采用橋梁結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件MIDAS Civil結(jié)合工程實際建立了拼寬橋的全橋模型，分析支座安裝失誤對全橋墩頂負彎矩的影響，希望為今后的施工提供參考[1-5]。

1 模型分析

定勝河橋中心樁號K6+770。老橋橋?qū)?m，上部結(jié)構(gòu)為2m×16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，簡支結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)橋臺為柱式臺，橋墩為樁柱式墩，墩臺基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)。拼寬后橋梁寬度為14m，墩臺右偏角度為90°，拼寬橋梁全長為38.04m，拼寬橋梁上部采用2m×16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋臺采用柱式臺，橋墩采用樁柱式墩，墩臺采用樁基礎(chǔ)。老橋與拼寬部分荷載等級均為公路—Ⅱ級。主梁均為C50混凝土。

主要技術(shù)指標有路線等級：三級公路；設(shè)計車道：雙向兩車道；設(shè)計行車速度：40km/h；荷載等級：公路 - Ⅱ級[2]；設(shè)計洪水頻率：中橋1/50，小橋及涵洞1/25；地震設(shè)計烈度：Ⅵ度；環(huán)境類別：Ⅰ類；橋面凈寬：13m。

橋型布置圖如圖1、圖2所示。

1.1 結(jié)構(gòu)建模

①基本參數(shù)

主梁采用C50混凝土，彈性模量Ec=3.45×104MPa，容重 γ=26kN/m3。橋面鋪裝為10cm瀝青混凝土+10cm C50防水混凝土，瀝青混凝土容重γ=24kN/m3；汽車荷載：公路—Ⅱ級（JTG B01—2014）。不考慮護欄、瀝青混凝土面層及橋面鋪裝粘結(jié)層對剛度的貢獻，其質(zhì)量以荷載的形式作用在主梁上。

②分析模型

采用橋梁結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件MIDAS Civil進行計算分析，模型共包括425個節(jié)點，673個梁單元，340個板單元，模型如圖3、圖4所示。

圖1 定勝河橋立面圖（單位：cm）

圖2 定勝河橋橫截面圖（單位：cm）

圖3 定勝河橋支座安裝正確理論計算有限元模型

圖4 定勝河橋支座安裝失誤理論計算有限元模型

圖5 定勝河橋彎矩包絡(luò)圖

1.2 測試截面選取

利用橋梁結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件MIDAS Civil進行建模分析，依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)的活載內(nèi)力包絡(luò)圖，確定結(jié)構(gòu)的最不利受力截面。定勝河橋支座安裝正確與支座安裝失誤的彎矩包絡(luò)圖如圖5所示。

圖6 定勝河橋測試截面示意圖（單位cm）

根據(jù)彎矩包絡(luò)圖，選取1#墩附近負彎矩截面（A截面）進行測試，主要測試其應(yīng)變。測試截面示意如圖6所示。

1.3 測點布置

結(jié)構(gòu)應(yīng)變采用應(yīng)變傳感器進行測量，共布置10個應(yīng)變計。A截面應(yīng)變測點布置如圖7所示。

圖7 應(yīng)變測點布置示意圖（單位：cm）

1.4 加載車輛

按照橋梁設(shè)計荷載等效換算靜載試驗加載方式和加載數(shù)量。就某一加載試驗項目而言，其所需加載車輛數(shù)量，將根據(jù)設(shè)計標準荷載產(chǎn)生的該加載試驗項目對應(yīng)的測試截面內(nèi)力或變位等最不利效應(yīng)值，根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015），加載效率按下式所確定的原則等效換算而得：

加載車數(shù)據(jù)表 表1

加載效率表 表2

式中：Ss——靜力試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應(yīng)的加載測試截面內(nèi)力或最大計算效應(yīng)值；

S——控制荷載產(chǎn)生的同一加載測試截面內(nèi)力或變位的最不利效應(yīng)計算值；

μ——按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值；

ηq——靜力試驗荷載的效率，應(yīng)介于0.85～1.05之間。

為了保證試驗的有效性，根據(jù)各測試截面的內(nèi)力影響線，按最不利位置加載，在保證各主要測試截面試驗荷載效率系數(shù)η至少達到0.85～1.05的條件下，經(jīng)計算確定靜載試驗共需用400kN（車重+荷重）載重汽車4輛。前軸重80kN，雙后軸重320kN。試驗前對每輛車都嚴格過磅，記錄下各輛車的實際總重、軸重和軸間距。試驗加載重車車型如表1、表2所示。

1.5 試驗工況

本橋設(shè)置一個工況：1#墩附近負彎矩，橫橋向偏載。工況一下測試截面影響線及車輛加載布置見表3。

1.6 理論控制值比較分析

通過靜載試驗分級加載，計算得到測試截面測點的理論應(yīng)變?nèi)绫?所示，此處給出1#—6#測點的結(jié)果。

通過上表可以得到，安裝失誤的支座對其上部梁板（2#梁）影響最大，使其一級、二級、三級加載時的梁底應(yīng)變分別增大了14.7%、13.6%、12.5%，同時使相鄰中梁（3#梁）一級、二級、三級加載時的梁底應(yīng)變分別減小了9.8%、6.8%、5.5%；對其他梁板可以認為無影響。這個影響已經(jīng)超過了工程上常說的5%的容許范圍。

2 結(jié)論

本文采用橋梁結(jié)構(gòu)專用有限元軟件MIDAS CIVIL建立了拼寬橋的全橋模型，分析支座安裝失誤對全橋墩頂負彎矩的影響。計算結(jié)果表明，安裝失誤的支座對其上部梁板（2#梁）影響最大，使其一級、二級、三級加載時的梁底應(yīng)變分別增大了14.7%、13.6%、12.5%：同時使相鄰中梁（3#梁）一級、二級、三級加載時的梁底應(yīng)變分別減小了9.8%、6.8%、5.5%；對其他梁板可以認為無影響。這個影響已經(jīng)超過了工程上常說的5%的容許范圍。今后的橋梁施工必須嚴格依照設(shè)計文件來，杜絕此類事故的發(fā)生，以免造成經(jīng)濟浪費及工期延誤。