復雜橋梁靜載試驗方案及結果分析

張軍飛 ZHANG Jun-fei

（安徽省公路橋梁工程有限公司，合肥 230031）

1 工程概況

本案例上部結構采用3×35m預應力混凝土連續梁，單箱四室，箱梁梁高2.1m，橫橋向橋總寬15.25m。底板和腹板厚度均按線性變化，主梁采用C50混凝土，汽車荷載等級為公路-I級，按雙向四車道設計，橫向雙支座。

2 檢測目的

通過對橋梁代表跨進行成橋荷載試驗，檢驗試驗橋跨結構的正常使用狀態是否符合設計要求；檢驗試驗橋跨結構的承載能力是否符合設計要求；結合理論計算分析結果，評定試驗橋跨結構目前的技術狀態是否滿足設計要求，為交工驗收、運營、養護管理提供科學的依據。

3 檢測方案的編制

3.1 桿系模型的建立

①用Midas Civil建立材料（C50混凝土）、截面（支點截面、寬中截面、變截面）、節點（全橋81個節點）、單元（全橋72個單元），全橋桿系模型如圖1所示。

圖1 全橋桿系模型

②建立邊界條件，主梁和支座用彈性連接，支座節點用一般支撐進行約束。

③施加荷載，自重（自重系數-1.04）、二期（梁單元荷載：-48kN/m）、移動荷載（雙向四車道，采用標準車輛）。

④特征值分析，得到基頻3.44Hz。

⑤移動荷載分析控制，采用公路一級，沖擊系數采用用戶輸入基頻的方式，輸入基頻3.44Hz，移動荷載作用下彎矩My包絡圖如圖2所示。

圖2 移動荷載作用下彎矩My包絡圖

3.2 加載方案的建立

①將civil桿系模型導入civil designer。

②布置加載方案，包括邊跨最大正彎矩正載加載工況（距橋頭15.41m截面），邊跨大正彎矩偏載載加載工況（距橋頭15.41m截面），中跨大正彎矩正載加載工況（中跨跨中截面）如圖3所示，中跨大正彎矩偏載加載工況（中跨跨中截面），墩頂負彎矩正載加載工況（距中跨跨中16.5m截面），墩頂負彎矩偏載加載工況（距中跨跨中16.5m截面）。

圖3 中跨大正彎矩正載加載工況

③將加載方案導入civil。

④將civil桿系模型轉實體模型。

3.3 實體模型的建立

①導入civil模型，印刻左位置，布載方案位置。

②劃分網格，生成實體模型，節點（全橋89080個節點），單元（全橋82511個單元），全橋實體模型如圖4所示。

圖4 全橋實體模型

③建立邊界條件。

④輸入布載靜力荷載。

⑤運行分析，提取撓度數據和應變應變。

4 靜載試驗

現場采用8輛標準三軸載重汽車加載，單輛載重汽車總重為35t，車輛信息及軸重見表1所示；測試截面應變測點布置示意圖如圖5所示，撓度測點布置示意圖如圖6所示。

圖5 測試截面應變測點布置示意圖

圖6 測試截面撓度測點布置示意圖

表1 加載車輛規格、數量要求（三軸車）

5 靜載試驗數據分析

5.1 試驗效率

計算在公路-Ⅰ級荷載作用下各控制截面的最大內力，并根據該位置的縱向影響線，通過試驗加載車進行等效加載，使加載效率滿足規范要求，測試截面在設計荷載作用下的內力計算值如表2所示。

表2 測試截面在設計荷載作用下的內力計算值

5.2 實測值和理論值的對比

主要撓度和應變測點實測值與計算值線性關系良好，且實測值小于計算值，表明結構接近彈性工作狀態，各個工況下撓度實測值和理論值對比如表3所示，各個工況下應變實測值和理論值對比如表4所示，各個工況下的實測值和理論值線性關系如圖7-圖10。

圖7 正載撓度實測值和計算值

圖10 偏載應變實測值和計算值

表3 撓度實測值和理論值對比（mm）

表4 應變實測值和理論值對比(με)

6 檢測結論

K65+552.701主線橋在工況1～工況6試驗荷載下，主要測點撓度和應變實測值均小于理論計算值，計算值和實測值相關性比較好，校驗系數小于1，卸載后相對殘余變形在20%范圍內，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的要求，說明橋跨結構豎向剛度滿足要求，橋跨結構處于彈性工作狀態。

圖8 偏載撓度實測值和計算值

圖9 正載應變實測值和計算值

7 結果分析

考慮到箱梁自身結構的空間效應，一般桿系模型無法全面考慮箱梁的空間效應，故采用實體有限元分析能得到更為真實的內力值，本文中用midas Civil建立桿系模型，Civil Designer確定合理的布載方案，通過midas FEA NX和midas Civil交互功能較輕松建立實體有限元模型，從而得當與荷載試驗現場實際測得的數據更具有準確性的模型理論數據。