梁格法在鋼箱梁橋型荷載試驗中的應用

趙 云

（楚雄公路局元謀分局，云南 楚雄675000）

0 引 言

荷載試驗可以評價橋梁在設計使用荷載下的工作性能，是一種直接的、有效的判斷橋梁結構承載力的方法。通過有限元軟件進行建模分析橋梁內力的方法包括梁單元法、板單元法、實體單元法和梁格法。梁格法經濟實用，但同時可以很好地模擬實體模型在空間狀態下的受力狀態，廣泛應用于橋梁荷載試驗建模的分析中。本文通過工程實例，分析梁格法的合理可行性。

1 工程概況

某高速公路匝道橋孔跨布置采用（3×25+3×25+45+3×25）m，全長282.0 m，橋寬18.0 m。本文主要分析的第七跨上部結構采用裝配式預應力混凝土鋼箱梁，單幅5 箱等截面簡支鋼箱梁，梁跨為45 m。設計荷載為公路-Ⅰ級。橋梁斷面圖如圖1所示。

圖1 鋼箱梁斷面布置圖（單位：cm）

2 靜載試驗

2.1 計算模型

根據其結構特點，此次荷載試驗選擇大型三維空間有限元計算分析軟件Midas Civil 進行計算分析，計算單元均為空間梁單元結構形式。該橋第七跨主梁空間模型如圖2 所示。

圖2 第七跨鋼箱梁計算模型

2.2 靜載加載工況

此次靜載試驗現場加載設備擬用載重汽車充當試驗荷載，加載采用6 輛總重約270 t 的重車，最大正彎矩偏載輪位示意如圖3 所示；荷載試驗斷面的應變、撓度測點布置如圖4、圖5 所示；加載工況為左偏載和右偏載。

圖3 斷面最大正彎偏載輪位布置圖（單位：cm）

圖4 斷面應變測點布置示意圖（從左至右應變測點編號依次為1～35）

圖5 斷面撓度測點布置示意圖（從左至右撓度測點編號依次為1～5）

2.3 靜載試驗結果

2.3.1 撓度測試

在左偏載和右偏載的工況下，撓度測試結果見表1、表2，理論值和實測撓度值對比如圖6 所示。

表1 左偏載工況下測試結果 單位：mm

表2 右偏載工況下測試結果 單位：mm

圖6 兩種工況下理論與實測撓度值對比圖

2.3.2 應變測試

在左、右偏載的工況下，通過采集35 個應變測試點數據，通過圖像把理論值與實測值進行對比，結果如圖7 所示。應變校檢系數在0.86～0.94。

圖7 兩種工況下理論與實測應力值對比圖

2.4 靜載試驗結果分析

試驗跨所測應力、撓度校驗系數η＜1，滿足規范要求。從圖6、圖7 可以看出，理論計算的撓度、應力曲線趨勢基本一致，說明梁格法具有清晰的反映出橋梁實際空間受力情況，與實體模型吻合度高。

3 動載試驗

3.1 梁格法計算模型

利用Midas Civil 建立橋梁結構有限元模型，計算得到橋梁結構的理論自振頻率。一階豎向自振頻率理論結果為2.55 Hz。其計算模型理論圖如圖8 所示。

圖8 鋼箱梁一階豎向振型理論圖

3.2 動荷載試驗結果與分析

動荷載試驗的加載工況分為脈動試驗和動力響應試驗。其中動力響應試驗包括無障礙行車試驗、剎車試驗和跳車試驗。根據橋梁的結構受力特點，在外部移動荷載作用下，最大拉應力點為最大正彎矩截面處梁底處。因此為獲得較好的測試效果，此次動力響應試驗分別選取試驗斷面下緣處的應變測點作為動力響應測點。自振特性測試結果見表3。實測梁段自陣頻譜圖如圖9 所示。

表3 實測自振頻率、理論頻率對比

圖9 實測梁段自振頻譜（f=3.42 Hz）

3.3 模態測試結果及分析

為保證結構模態結果分析的正確性，此次借助Midas Civil 2017，對第七跨鋼箱梁進行結構計算分析。結構模態理論計算結果見表4，實測結構振型如圖10 所示。

表4 結構模態理論計算結果

圖10 豎向一階振型模態測試圖

通過圖10 可知，第七跨鋼箱梁一階豎向模態測試結果與理論計算結果相對比，實測振型與理論振型基本一致。說明梁格法建模與實體吻合度高，精度較高，合理可行。

4 結 語

本文通過梁格模型和實測實體模型的對比，發現在靜載試驗中撓度變化曲線和應變變化曲線的趨勢基本相同，動載試驗中兩種振型基本相似。說明梁格法建模的合理性，且能夠很好地模擬鋼箱梁在荷載試驗中的空間受力狀態，滿足荷載試驗檢測要求。