橋面鋪裝對分幅裝配式T 梁橋荷載試驗的影響研究

施宏侶 嚴瓊建 方 振

（湖北交投智能檢測股份有限公司， 湖北 武漢 430108）

0 引言

近年來，我國高速公路建設事業發展迅猛，在主線路與進出口匝道處出現了大量分幅裝配式T 梁橋，這種結構通常一幅接主線橋，一幅接進出口匝道，且主線部分兩幅橋面連續，匝道部分兩幅“斷開”，為檢驗該種橋梁結構的承載能力，保證橋梁運營的可靠性，進行成橋荷載試驗是最直觀有效的方法。目前針對這種裝配式T 梁橋的結構計算通常采用單梁法按橫向分布系數理論[1]分配以及梁格法[2]。本文以一座3x40m 裝配式預應力混凝土T 梁橋荷載試驗為例，通過對兩種方法計算值與實測結果的比較分析，得到一種適合此類橋梁的計算方法。

1 工程概況

某橋為3×40m 裝配式預應力混凝土T 梁橋，橫向共計10 片T 梁，分為接匝道側T 梁和主線側T 梁，兩幅主梁之間留有2cm 縫隙。3#～4#墩之間橫向兩幅采用橋面連續，4#～6#墩之間設置防撞護墻分隔開。橋面鋪裝采用8cm 厚C50 混凝土+10cm 厚瀝青混凝土。

圖1 主梁斷面圖

2 計算方法理論

2.1 單梁法

裝配式T 梁橋是由多片T 梁組成的空間結構，單梁法建立單梁模型，再通過荷載橫向分布系數理論將內力分配到各片T 梁，完成理論計算。本橋橫向兩幅T 梁均斷開，預留2cm 縫隙，其中第一跨兩幅橋面鋪裝連續，第二、三跨兩幅橫向斷開，對于這種橋，通常不考慮第一跨橋面鋪裝的影響，把它當做兩座獨立橋梁進行計算，這種方法建模簡單、便捷。

2.2 梁格法

梁格法是將上部構件用一個等效的平面梁格來模擬，將主梁的抗彎剛度和抗扭剛度集中在鄰近的等效梁格內，實際結構的縱向剛度集中于縱向梁格構件內，橫向剛度集中在橫向梁格構件內。梁格等效原則理論上應滿足：當原型實際結構和對應的等效梁格承受相同荷載時，兩者的撓曲應恒等，任一梁格內的彎矩、剪力和扭曲應等于該梁格所代表的實際結構部分的內力[3]。

3 靜載試驗方案

3.1 有限元模型

本文對接匝道橋進行靜載試驗，采用midas Civil 2020 建立單梁模型，不考慮第一跨橋面鋪裝影響，將接匝道橋當做一個單獨的橋計算。

全橋包括128 個節點，127 個單元，計算模型如下圖2 所示。

圖2 單梁模型

同時考慮第一跨橋面鋪裝的影響，建立梁格模型，全橋共包括1414個節點，2349 個單元，采用一般支承模擬支座的實際位置，并用彈性連接里的剛性連接將支座與主梁連接起來。計算模型如下圖3 所示。

圖3 梁格模型

3.2 試驗方案

本次靜載試驗方案以三跨跨中正彎矩工況為例，采用35t 雙后軸加載車，軸距為3.8m+1.4m，軸重分配為7t+14t+14t。控制截面如下圖4 所示本次試驗共設置3 個工況，如圖5～8 所示。：

圖4 控制截面布置圖（單位：cm）

圖5 工況1:加載車縱向載位布置圖（單位：cm）

圖6 工況2:加載車縱向載位布置圖（單位：cm）

圖7 工況3:加載車縱向載位布置圖（單位：cm）

圖8 加載車橫向載位布置圖（單位：cm）

根據相關規范[4]規定，靜力荷載試驗效率宜取0.85～1.05 之間，本次單梁法及梁格法計算的荷載試驗加載效率如下表1 所示。

表1 靜載試驗加載效率表

由上表可知，第二跨、第三跨橫橋向斷開，單梁法和梁格法計算得到的理論彎矩值偏差較小，相對誤差在5%以內；而對于第一跨由于單梁法沒有考慮橫橋向橋面鋪裝的影響，單梁法計算結果較梁格法計算結果偏大，偏差在15%左右。兩種方法計算的加載效率系數均滿足規范要求。

4 試驗結果分析

4.1 撓度結果分析

在各控制截面T 梁梁底布置百分表作為撓度測點，撓度測試結果如表2 所示，各工況橫向分布系數圖如圖9～圖11 所示。

表2 撓度測試結果匯總表（單位：mm）

圖9 工況1:橫向分布系數對比圖

圖10 工況2:橫向分布系數對比圖

圖11 工況3:橫向分布系數對比圖

由以上圖表可知，對于工況1、3（橫橋向斷開），各控制測點實測撓度均小于理論計算值，表明該橋具備一定的安全儲備；實測橫向分布系數與理論計算值基本一致，且較理論值更均勻；單梁法計算值較梁格法計算值偏大，實測值與梁格法計算值更加吻合。對于工況2（橫橋向橋面連續），單梁法計算值與梁格法計算值偏差較大，最大偏差達到28.6%，單梁法不能真實反映各片梁撓度分布狀況，因此對于這種結構，采用考慮橋面鋪裝的梁格法計算更加準確。

表3 工況2 單梁法與梁格法撓度計算值比較

4.2 應變結果分析

在各控制截面T 梁梁底布置應變測點，應變測試結果如表4 所示。

表4 應變測試結果匯總表（單位：με）

由表4 可知，對于工況1、3（橫橋向斷開），單梁法與梁格法計算的控制梁應變值偏差在5%以內，表明單梁法與梁格法計算精度均滿足橫向斷開的雙幅橋梁；對于工況2（橫橋向橋面連續），單梁法計算值與梁格法計算值偏差較大，最大偏差達到22.9%，實測值與梁格法計算值更為接近，表明梁格法更能真實反映各片梁受力狀況。

表5 工況2 單梁法與梁格法應變計算值比較

5 結束語

（1）對于橫向完全斷開的分幅裝配式T 梁橋，采用單梁法與梁格法計算值差異不大，單梁法計算值比梁格法計算值稍偏大，均能滿足工程精度要求，單梁法建模相對簡單便捷，梁格法不用再單獨計算橫向分布系數。

（2）對于橫向通過橋面鋪裝連接的分幅裝配式T 梁橋，設計時通常忽略橋面鋪裝影響，采用單梁法當做兩座“獨立”橋梁進行設計，這對設計來說是偏保守、可行的，但進行荷載試驗時采用梁格法計算能更真實準確的反映橋梁結構受力狀況。

（3）考慮橋面鋪裝的梁格模型還可結合外觀、材質檢查情況修正橫向聯系剛度，更加準確模擬結構實際受力狀況，為橋梁承載能力檢測評定提供依據。