靜載試驗下貝雷橋性能分析研究

王瑞金

(南京南大工程檢測有限公司，江蘇 南京 210008)

1 橋梁概況

某河鋼便棧橋設計全長72 m，標準跨徑4×15 m，調節跨徑1×12 m，設計全寬20.5 m，分左右兩幅，單幅寬10 m，兩幅凈間距0.5 m，左右兩幅結構相同。棧橋橋面分人行道和行車道兩區域，兩側人行道各寬2 m，行車道各寬8 m，雙向四車道，設計荷載公路—Ⅰ級。鋼棧橋橫斷面布置14排貝雷片，基礎采用鋼管樁基礎。

2 貝雷橋靜載試驗

2.1 靜載試驗檢測內容

靜載試驗檢測項目為關鍵截面的應力和豎向位移。選擇左幅邊跨跨中截面1—1,2—2(見圖1)，右幅中跨跨中截面3—3(見圖2)，為本橋受力控制截面，在各控制截面貝雷梁下加強弦桿底部，采用粘貼應變計的方法觀測弦桿的應變，通過車輛加載觀測應變計的變化，從而找出應力應變關系。

2.2 試驗荷載及加載試驗效率

本橋結構理論計算采用MIDAS/Civil 2017，下弦桿、分配梁采用梁單元進行模擬，腹桿采用桁架單元進行模擬，計算圖式如圖3所示。

橋梁設計荷載為公路—Ⅰ級，荷載試驗中采用等效荷載進行加載，試驗中加載車輛選用40 t大型載重汽車，其中單輛車總重400 kN(前軸重80 kN，中后軸重320 kN，前中軸距350 cm，中后軸距135 cm)。加載車輛示意圖如圖4所示。

加載試驗效率按規范要求驗收控制在0.85～1.05。本試驗選擇4臺車輛，并選出對該橋內力影響較大的3個控制截面(1—1,2—2,3—3)位置進行加載，各加載截面的加載控制值及試驗效率見表1。

表1 加載截面的加載控制值及試驗效率表

2.3 內力影響線及加載位置

根據MIDAS/Civil 2017計算軟件得到的結構相應截面的內力影響線進行加載，影響線表示結構中由沿結構跨度移動的單位載荷引起的內力、位移或反力等的數值(稱影響值)隨單位載荷作用位置變化的曲線，可用于確定結構上移動載荷的最不利位置。模擬車輛組合荷載作用于影響線上最不利位置或附近，并進行內力試算，找到橋梁所產生的內力與設計荷載相匹配時車輛的位置。本次試驗采用4臺總重400 kN車輛進行加載，共選擇三個工況。

1)工況一：左幅第4跨跨中最大內力工況(1—1截面)。

圖5所示為左幅第4跨跨中最大內力工況的影響線。相應車輛的加載位置為：2臺車并排，車頭均位于3號橋墩處；另2臺車并排，車頭均朝向4號橋臺，并與前2臺車尾部相靠，2排車輛后軸最近距離為3 500 mm(加載位置如圖6所示)。

2)工況二：左幅第3跨跨中最大內力工況(2—2截面)。

圖7所示為左幅第3跨跨中最大內力工況的影響線。相應車輛的加載位置為：2臺車并排，車頭均位于2號橋墩處；另2臺車并排，車頭均朝向3號橋墩，并與前2臺車尾部相靠，2排車輛后軸最近距離為3 500 mm(加載位置如圖8所示)。

3)工況三：右幅第2跨跨中最大內力工況(3—3截面)。

圖9所示為右幅第2跨跨中最大內力工況的影響線。相應車輛的加載位置為：2臺車并排，車頭均位于2號橋墩處，另2臺車并排，車頭均朝向1號橋墩，并與前2臺車尾部相靠，2排車輛后軸最近距離為3 500 mm(加載位置如圖10所示)。

3 荷載試驗結果

通過對各荷載工況作用下相應截面的實驗荷載應變、位移實測值與理論荷載應變、位移值進行整理比較，可以看出：應變校驗系數最大值1.00，最小值0.14，均不大于1.0，相對殘余應變小于20%，豎向位移校驗系數最大值1.18，最小值0.72，部分構件撓度校驗系數大于1.0。

根據實測應變與理論計算應變比較的校驗系數值，可以看出結構抗力安全儲備較大，橋梁處于彈性工作狀態；通過豎向位移與理論計算比較的校驗系數值，可以看出貝雷梁與加強弦桿間協同受力性能不夠。

4 試驗結論

貝雷橋是由一片片貝雷梁通過橫向支撐及橋面加強弦桿連為一個整體，桿件之間為銷接，理論計算按鉸接構造，傳力過程清晰，實際工程中由于加強弦桿剛度不足造成結構整體性差，會使力的擴散出現延遲，主受力點處先變形后力向遠處傳遞，造成該類橋實際受力與計算受力之間存在偏差，出現校驗系數大于1的情況。僅按理論判斷有時會造成實際中的不安全，因此對該類橋，須加強對貝雷梁間連接構件的剛度，同時加強弦桿間協同受力性能，在設計和使用中也要留用安全儲備。通過試驗研究提醒使用者重視在運營過程中的養護，對于連接松弛等情況及時進行糾正，也為橋梁設計及維護提供一定的借鑒。