基于靜載試驗(yàn)的某市政橋梁受力特性研究

楊炎炎

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 渭南 714000）

在橋梁工程竣工后需對(duì)其承載能力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載作用下的受力性能，掌握橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，判斷結(jié)構(gòu)受力是否正常及是否滿足設(shè)計(jì)要求[1]。通過(guò)試驗(yàn)分析能夠了解橋梁在靜載試驗(yàn)荷載下的實(shí)際工作狀態(tài)，判定其承載能力和使用條件[2]。

1 工程概況

定西市交通路一期K0+411橋位于定西市安定區(qū)北十里鋪，跨越東西流向的小洪溝，橋梁南通定西市市區(qū)，北接十里鋪，橋梁全長(zhǎng)19.04m。該橋上、下行兩幅上部結(jié)構(gòu)均采用1-16m后張預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，梁高0.8m，梁長(zhǎng)15.96m，中板寬1.24m，邊板寬1.865m，邊板所對(duì)應(yīng)的懸臂長(zhǎng)0.625m。該橋橋面總寬為40m（3.25m人行道+3m綠化帶+27.5車(chē)行道+3m綠化帶+3.25m人行道），橋面鋪裝為10cm厚C50混凝土現(xiàn)澆層，10cm瀝青混凝土鋪裝。橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)，基礎(chǔ)為1.2m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)23m。該橋上、下行橋幅為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，本文基于該橋上行橋幅的靜載試驗(yàn)進(jìn)行分析研究。

2 建立有限元模型

理論計(jì)算分析的目的是計(jì)算出該橋的主要力學(xué)指標(biāo)，通過(guò)理論分析的結(jié)果對(duì)該橋的狀況進(jìn)行客觀、真實(shí)的評(píng)定。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求以及大橋的實(shí)際情況，采用空間有限元法對(duì)該橋進(jìn)行了理論計(jì)算分析，建立空間有限元計(jì)算模型，分別計(jì)算各種工況下測(cè)點(diǎn)位置的撓度，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)該橋的承載能力進(jìn)行評(píng)估和判定。

通過(guò)Midas Civil軟件建立有限元模型：交通路一期K0+411上行橋幅上部結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型如圖1所示，其中節(jié)點(diǎn)260個(gè)，單元482個(gè)。

圖1 有限元計(jì)算模型

對(duì)交通路一期K0+411上行橋幅控制截面根據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行最不利加載，利用Midas Civil計(jì)算各種工況下測(cè)點(diǎn)撓度理論值，在加載過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)位移測(cè)點(diǎn)變位，一旦出現(xiàn)異常及時(shí)停止試驗(yàn)進(jìn)行卸載。

3 靜載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)荷載的確定

根據(jù)該橋的實(shí)際情況并依據(jù)《公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程》的要求，荷載效應(yīng)系數(shù)取：=0.95～1.05。設(shè)計(jì)荷載按城-A級(jí)計(jì)算，試驗(yàn)荷載為2輛重量約450kN的載重汽車(chē)。試驗(yàn)載重汽車(chē)實(shí)際重量及軸距如表1所示。

表1 加載汽車(chē)重量及軸距

3.2 測(cè)試截面與測(cè)點(diǎn)布置

3.2.1 測(cè)試截面確定

采用Midas Civil對(duì)交通路一期K0+411上行橋幅進(jìn)行數(shù)值分析，根據(jù)內(nèi)力（撓度）影響線和設(shè)計(jì)荷載情況確定不同布載方式下的控制截面，然后根據(jù)控制截面確定測(cè)試截面。

交通路一期K0+411上行橋幅橋跨結(jié)構(gòu)為： 16m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，結(jié)構(gòu)體系為簡(jiǎn)支梁。本次試驗(yàn)選取的橋跨為定西側(cè)0號(hào)臺(tái)～1號(hào)臺(tái)，選取L/2、L/4截面作為控制截面進(jìn)行加載和測(cè)試。

3.2.2 位移測(cè)點(diǎn)布置

在L/2斷面布置變形測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 交通路一期K0+411橋上行橋幅變形測(cè)點(diǎn)布置示意圖（▲：位移測(cè)點(diǎn)）

3.3 靜載試驗(yàn)工況

根據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ/T 233 -2015），靜載試驗(yàn)工況按照跨線橋的內(nèi)力影響線和位移影響線確定?，F(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)按照控制截面設(shè)計(jì)荷載的內(nèi)力（位移）等效加載，采用2輛45噸的試驗(yàn)車(chē)輛。

根據(jù)測(cè)試內(nèi)容，該橋幅靜載試驗(yàn)共分為6個(gè)靜力荷載工況。工況1：未加載狀態(tài)；工況2：L/4截面彎矩影響線橫向?qū)ΨQ布載；工況3：L/2面彎矩影響線橫向?qū)ΨQ布載；工況4：L/4截面彎矩影響線橫向偏心布載；工況5：L/2截面彎矩影響線橫向偏心布載；工況6：卸載。

4 靜載試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)規(guī)范對(duì)交通路一期K0+411橋上行橋幅各控制截面進(jìn)行最不利加載，共設(shè)置6個(gè)靜力加載工況。本次試驗(yàn)完成了該橋在各種工況作用下各控制截面位移的測(cè)試，再結(jié)合理論計(jì)算結(jié)果，通過(guò)對(duì)比計(jì)算得到各控制截面的位移校驗(yàn)系數(shù)。最后根據(jù)規(guī)范要求，綜合評(píng)定該橋幅的實(shí)際承載能力和使用能力。

4.1 變形測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)規(guī)范要求，通過(guò)試驗(yàn)得到交通路一期K0+411橋上行橋幅在各種工況作用下所有測(cè)試截面的變形值（有限元計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3-圖6）。再結(jié)合理論計(jì)算結(jié)果得到各荷載工況下控制截面的位移校驗(yàn)系數(shù)（如表2-表5所示，表中“+”表示變形向上，“-”表示變形向下）。

表2 工況2制截面各參數(shù)值

表3 工況3制截面各參數(shù)值

表4 工況4制截面各參數(shù)值

表5 工況5制截面各參數(shù)值

圖3 數(shù)值模擬結(jié)果（工況2）

圖4 數(shù)值模擬結(jié)果（工況3）

圖5 數(shù)值模擬結(jié)果（工況4）

圖6 數(shù)值模擬結(jié)果（工況5）

卸載后的殘余應(yīng)變及相對(duì)殘余應(yīng)變?nèi)绫?所示。

表6 卸載后的殘余應(yīng)變及相對(duì)殘余應(yīng)變表

4.2 位移測(cè)試結(jié)論

通過(guò)對(duì)交通路一期K0+411 16m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支空心板梁橋上部結(jié)構(gòu)各控制截面在各工況作用下的位移實(shí)測(cè)結(jié)果與相應(yīng)的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后可以得到以下結(jié)論：

在各種工況作用下，該橋各測(cè)試截面實(shí)測(cè)變形值均小于計(jì)算跨徑的L/600，橋梁處于小變形狀態(tài)。滿足《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ/T 233 -2015）相關(guān)規(guī)定。

在試驗(yàn)荷載作用下，該橋各控制截面的實(shí)測(cè)位移值小于理論計(jì)算值，即位移校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，說(shuō)明該橋的靜力剛度良好。

結(jié)構(gòu)最大相對(duì)殘余變位值（2%）＜20%，根據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ/T 233 -2015）的相關(guān)規(guī)定，判定荷載試驗(yàn)過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段。

整個(gè)靜載試驗(yàn)過(guò)程中，各測(cè)點(diǎn)的豎向位移均未發(fā)生較大異常變化；由以上分析結(jié)果可以得出，該橋主梁結(jié)構(gòu)靜力剛度良好。

5 結(jié)語(yǔ)

以定西市交通路一期K0+411上行橋幅為研究對(duì)象，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)了靜載試驗(yàn)工況。在試驗(yàn)荷載作用下，該橋16m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、相對(duì)殘余變位等均滿足規(guī)范要求，承載能力滿足要求。本文所采用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析方法可供其他類(lèi)似工程分析參考。