HD-200型上承式貝雷梁橋承載能力評定及仿真分析

中圖分類號：U446;TQ013.2 文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2025）10-0195-04

Evaluation and simulation analysis of bearing capacity of HD-2oo type top-bearing bailey beam bridge

GENG Guofeng，PAN Tao，YUAN Shengtao，NIE Liangpeng，YOU Pengsheng （Yunnan Tongqu engineering testing Co.，Ltd.，Kunming 65oo41，China）

Abstract：Inorder to study the bearing capacity and structural safety of anew HD-2OO deck bailey bridge under normaloperating conditions，theload testand finite elementanalysis werecariedout.Thethre-dimensional space grillage modelof Baileybeam bridgeis establishedbyusing thebridge software Midas civil.Basedontheprinciple of the most unfavorable force，the test section and test conditions are determined.By determining the test loading scheme and thearrangementofon-site measuring points，thestatic load testis to test the stressanddisplacementof each section measuring point，and thedynamic load test is to test the frequency，vibration mode and impactcoefficient of Bailey bridge.The measured values and theoretical values are compared and analyzed.The test results show that the Bailey beam bridge is inan elasticdeformationstate asa whole;undertheactionofdynamic load，the natural vibration frequency and impact coeficient of Bailey beam structure are within the allowable range of the code.

Key Words： HD-2OO model;top-supported bailey beam;carying capacity;vibration characteristics;structural verification

目前，越來越多的學者對貝雷橋進行研究并取得顯著性的成果[1-5]。許貴滿等對跨徑 24m 的下承式貝雷梁鋼便橋運用瞬態動力響應分析方法研究動力因素分析；陳魯等提出新型下承式的公路便橋靜載試驗研究；Domenic等8利用荷載試驗測試結果與材料特性值來優化橋梁的有限元模型，從而評估橋梁在極限狀態下的受力性能；Bacinskas通過建立有限元模型對鋼桁架進行靜載和動載測試來研究鉚接鋼架橋的承載能力狀況；劉亞運[通過對\"321”型連續貝雷梁橋進行靜載試驗判定其結構的承載能力；王文靜通過對某搶修工程貝雷橋進行荷載試驗及抗彎和抗剪驗算。因此，開展貝雷橋承載力評定及有限元分析具有一定的工程價值和意義[12-18]

本文以某跨河大跨徑貝雷梁鋼便橋為工程背景，對其進行結構驗算及荷載試驗研究，根據相關規范和技術指標要求，采用橋梁軟件MidasCivil建立有限元模型，對貝雷梁橋進行靜動載試驗及結構驗算，評定其承載力并驗算結構安全穩定性。

1工程概況

上承式貝雷梁便橋橋面凈寬為 6m ，最大跨度為42.2m ，設計荷載為掛車120t，道路等級為四級公路，貝雷梁采用HD200型貝雷梁結構，橋梁全長為62.992m ，橋跨組成為 10.668m+42.196m+10.128m 最大跨徑采用4組3排單層加強編組，兩端跨徑采用4組雙排單層上加強編組，兩端及墩頂附近設置為高抗剪貝雷片。貝雷梁頂橫梁采用工25A型鋼制作，材Q235B，每節3根，橫梁間距為 101.6cm ；縱肋采用工12型鋼制作，材質Q235B，間距 24.3cm ；橋面采用標準2 m×6.096m 橋面鋼板。橋面布置：單車道，凈寬 6m 設計荷載：120t汽車荷載；最大跨度為 42.2m ;橋上縱坡： 1.5% 。

2荷載試驗方案

2.1 有限元模型建立

為了科學準確的對該貝雷橋進行荷載試驗，運用橋梁專用軟件建立該貝雷橋的三維空間梁格模型，模型總計9663個節點，14058個梁單元，1488個板單元，根據最不利荷載確定試驗荷載和測試截面，有限元模型中采用梁單元模擬貝雷梁，橋面板為 8mm 厚花紋鋼板采用板單元進行模擬。荷載效應計算和相應的加載效率的計算，活載效應計算考慮車道荷載：掛車-120。

結構邊界條件： 8mm 橋面鋼板與12B工字鋼縱梁之間采用彈性連接，以確保分配梁、貝雷片和橫梁的位移與鋼便橋的實際工作狀態一致，12B工字鋼縱梁與橫向分配梁之間采用節點彈性支承中剛性連接；兩片貝雷梁之間的聯系釋放梁端約束；下部結構橋臺、橋墩與上部結構之間連接采用支承條件中7自由度局部方向進行模擬。設計荷載（掛車-120）作用下軸力包絡圖如圖1所示。

圖1設計荷載作用下軸力包絡圖Fig.1Axial force envelope diagramunder designload

2.2 靜載試驗效率

根據JTG/TJ21—01-2015《公路橋梁荷載試驗規程》，JTG/TJ21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》，其中靜載效率 ?η_q 介于0.95～1.05。按式（1）計算：

以設計荷載（掛車-120）作為控制荷載，按控制截面內力等效原則，通過加載試算確定采用總重 440kN 的四軸加載試驗車4輛，車輛主要技術指標及其軸距和軸重如圖2所示。

圖2加載試驗車示意圖Fig.2Schematicdiagramof the loading testvehiclecm

通過對貝雷橋進行有限元仿真分析計算出來荷載效率如表1所示。

表1上部結構靜載試驗效率系數

Tab.1 Efficiencycoefficient of staticload test ofsuperstructure

2.3 測試截面與測試工況

通過對橋跨結構的內力包絡圖和位移包絡圖的分析，以及從中提取的橋梁影響線，可以得出該橋梁結構的最大軸力截面。根據JTG/TJ21-01—2015[1]中的要求，按最不利受力原則選取橋梁邊跨和中跨作為試驗橋跨，截面A-A及截面B-B共2個測試截面，如圖3所示。

圖3貝雷橋測試截面布置示意圖

Fig.3Schematicdiagramof the test sectionlayout of thebaileyBridgecm

橋梁的測試截面取控制截面A-A和B-B，縱橋向按最不利位置布載，橫橋向為中載加載，測試內容在試驗荷載作用下控制截面的位移和應變。靜載試驗分別包括以下2個試驗工況，如表2所示：

表2荷載試驗工況

Tab.2 Load test conditions

2.4測點布置與測試方法

應力測點布置：應力測試截面應用數碼應變計進行試驗數據的采集。應力測點縱向布置于A-A截面和B-B截面，A-A截面共布設6片梁18個應力測點，B-B截面共布設8片梁24個應力測點，應力橫向測試截面的測點布置如圖4所示。

位移測試邊跨采用數碼位移傳感器進行試驗數據的收集，中跨采用TrimbleDiNi03水準儀測試位移。位移縱向布置于A-A、B-B截面處，其中A-A截面位移測點共布設6片梁6個測點，B-B截面位移測點共布設8片梁8個測點。

根據貝雷梁的結構和受力特性，并考慮到荷載試驗對現場條件的要求，將其荷載流程中加載分為4級加載，卸載分為二級。

2.5 試驗加載流程

為了確保荷載數據的準確性及試驗過程中結構穩定性，試驗前進行測試截面的選擇，應變和位移測點、儀器設備的布置，其加載流程如下所示：

（1）預加載：空載 750% 荷載值→卸載；

（2）正式加載：空載 0% ）→工況I-1（ 25% 0 $$ 工況I-2（ 50% ） $$ 工況1-3（ 75% ） $$ 工況I-4滿載（ 100% ）→工況I-5（ 50% ）） $$ 空載。

3 結果與分析

3.1 位移測試結果

將該貝雷橋支座兩端的沉降扣除后處理得到的數據，在各靜載試驗工況下，實測位移值與理論位移值對比如圖5、圖6所示。

在各靜載試驗工況下，第2跨實測彈性位移值最大為 -32.55mm ，小于理論計算值-32.82mm（對應校驗系數為0.99），表明橋梁實際剛度滿足規范要求；各靜載試驗工況下，位移校驗系數在0.88～0.99之間，試驗段貝雷梁在卸載后最大相對殘余變形為 4.63% ，小于 20% ，表明貝雷梁可恢復變形較好。

3.2 應力測試結果

根據不同的荷載工況，A-A和B-B測試截面的實測應變值與理論應變值進行對比分析，其結果如圖7～圖10所示，規定受拉為正，受壓為負。

圖4B-B截面應變測點布置圖Fig.4B-B section strain measurement point layoutdiagram mm

在各荷載工況下，A-A截面上弦桿實測最大拉應變為 -124με ，理論計算應變為 -130με ，下弦桿實測最大壓應變為 145με ，理論計算應變為 152με ，校驗系數介于0.77～0.96之間；B-B截面上弦桿實測最大壓應變為 -81με ，理論計算應變為 -90με ，下弦桿實測最大拉應變為 305με ，理論計算應變為 321με ，校驗系數介于0.87～0.96之間；由此可得出實測應變值小于理論應變值，表明貝雷橋抗彎強度滿足設計要求，卸載后最大相對殘余應變值僅為 8.15% ，遠低于規范要求 20% ，表明貝雷橋整體結構具有良好的彈性，能夠確保橋梁正常運行。

3.3 動力試驗

3.3.1 自振頻率

通過運用環境激振方法測試橋梁振動，利用高靈敏度加速度傳感器拾取貝雷橋的自振時域信號，通過傅里葉級數變換得到結構的自振頻率。

經過測試可得該貝雷橋實測豎向一階基頻為2.74Hz ，與理論自振頻率的比值為1.00，實測基頻大于相應的理論計算豎向一階基頻 2.73Hz ，表明實測剛度略大于理論剛度。

3.3.2 阻尼比

橋梁結構的阻尼特性是采用對數衰減率 δ 和阻尼比 D 來表征。通過自由振動信號分析可以得出指數規律衰減的周期振動，阻尼特性反映橋梁結構自振信號的衰減快慢程度。

結構阻尼比 D 采用自由振動衰減法進行測試，并按照式（2）[15][6]進行計算。

式中： n 為波的個數； A_i 為首波波峰; A^′_i 為首波波谷， A_i+n 為尾波波峰; A^′_i+n 為尾波波谷。

通過對現場實測的橋梁結構振動衰減時域曲線進行濾波處理，然后按照上式進行多個周期的線性回歸分析。測試橋跨振動響應較好地服從指數衰減。阻尼特性可以用阻尼比較好地描述，通過線性回歸得到該橋的阻尼比為 0.20% 。該橋實測阻尼比較小。

3.3.3 動力響應

在貝雷橋面上用一輛 440kN 的載重汽車，以10、20.30km/h 的速度來回往返勻速行駛過測試該橋的動力響應。通過應變時程曲線進行分析，該橋沖擊系數介于 0.07～0.13 之間，小于理論計算沖擊系數 0.16

4結語

（1）在掛車-120荷載作用下貝雷橋靜載效率介于0.96～0.97之間，滿足承載力評定要求，說明靜載試驗有效；

（2）在各荷載工況下，位移校驗系數為 0.88～ 0.99，應變校驗系數為0.87～0.96，表明貝雷橋的剛度較高，而且具有一定富余量；各工況卸載后應變相對殘余最大值為 8.15% ，位移相對殘余最大值為4.63% ，均小于 20% 的規范極限值，表明該貝雷橋整體處在彈性狀況，承載能力滿足要求；

（3）在動荷載作用下，沖擊系數介于 0.07～0.13 之間，小于理論計算沖擊系數 μ=0.16 ，橋面平順性較好；一階豎彎固有頻率理論值為 2.73Hz ，實測值為2.74Hz ，實測值略大于理論值，表明貝雷橋具有良好的動力特性且剛度滿足要求。

【參考文獻】

[1]郭延飛，陳佳佳，王國煒，等.ZB-200型簡支貝雷梁鋼便橋靜力荷載試驗研究[J].城市道橋與防洪，2022（8）：75-78.

[2]熊濤，羅朝貴，李佳賓.峽谷地區大跨度貝雷橋施工技術研究[J].城市道橋與防洪，2023，8（292）：196-201.

[3]元興軍，孫緒法，周廣利，等.基于模態測試的裝配式簡支梁橋等效荷載試驗方法研究[J].地震工程與工程振動，2022，42（4）：61-69.

[4]張強，高俊啟，劉鵬.鋼桁架橋鋼節點有限元分析[J].公路，2020，7（7）：135-139.

[5]李坤，張宇鑫.基于靈敏度矩陣分析的鋼桁架橋模型修正[J].公路，2020，22（6）：94-100.

[6]許貴滿，韓海婭.貝雷梁鋼便橋動力響應影響因素分析[J].石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2020，33（1）：20-24.

[7]陳魯，柳民，李燕，等.新型超寬下承式施工鋼便橋靜載試驗研究[J].施工技術，2018，47（4）：81-84.

[8]DE DOMENICO D，MESSINA D，RECUPERO A. Qualitycontaol and safety assessment of prestressed contretebridge decks through combined field tests and numericalsimulation[J]. Structures，2022，39：1135-1157.

[9]BACINSKAS D， KAMAITIS Z，JATULIS D. Field Testingof old narrow-gauge railway steel truss bridge [J]. ProcediaEngineering，2013，57：136-143.

[10]劉亞運，王永紅，仇天天.“321\"型連續貝雷梁檢測與承載能力評估[J].低溫建筑技術，2017，39（12）：77-80.

[11]王文靜.某搶修工程中貝雷橋的應用[J].水利水電技術（中英文），2021，52（S2）：205-210.

[12]謝曉鵬，楊露，竇國濤，等.節點剛度對貝雷梁強度和剛度性能影響分析[J].水利水電技術（中英文），2020，51（4）：10-19.

[13]方柯，劉愛林，王令俠，等.蕪湖長江公鐵大橋南引鐵路梁斜腿支架現澆施工技術[J].橋梁建設，2020，50（6）：116-121.

[14]岳旭光.新型組合桁架梁與貝雷梁施工方案比選[J].鐵道建筑，2018，58（5）：34-38.

[15]徐關堯，李丹，盧紀崗，等.貝雷橋的技術發展與應用[J].鋼結構（中英文），2025，40（4）：1-7.

[16]范鵬，蔡灝，伍紹一.碳纖維復合材料在加固混凝土橋梁中的應用研究[J].粘接，2025，52（6）：112-115.

[17]王小愛，王利莉，鄭君，等.加勁薄壁T形鋼管混凝土受壓性能[J].粘接，2025，52（2）：60-63.

[18]盧亞榮.沖擊荷載下的混凝土斷裂構件粘接材料與粘接效果研究[J].粘接，2025，52（1）：32-34.