預應力混凝土連續寬箱梁荷載試驗分析方法

黃衛民 丁艷超

(1.重慶建工集團四川遂資高速公路有限公司，四川遂寧 629000;2.重慶交通大學，重慶 400074)

1 橋梁概況

本文以4×32 m預應力混凝土連續現澆箱梁為背景，本橋橋面寬度為15.5 m，橫向布置為0.57 m(防撞護欄)+14.36 m(機動車道)+0.57 m(防撞護欄)。設計荷載標準:公路—Ⅰ級。橋梁結構斷面圖、平面布置圖以及立面布置圖分別如圖1～圖3所示。

2 寬箱梁荷載試驗分析方法

目前針對寬箱梁靜載試驗的計算方法大多采用單梁建模的分析方法，這種方法的弊端在于其很大程度上未能反映橋梁結構的實際受力狀況。眾所周知，寬箱梁結構由于剪力滯效應的存在使得其縱向應變沿橋梁橫橋向是不均勻變化的，而單梁的計算結果沿橫橋向是相同的。因此，為了更好的了解橋梁結構的受力狀況，需要對寬箱梁結構進行實體單元分析。

2.1 桿系單元模型與實體單元模型在荷載試驗中分別發揮的作用

1)Midas/Civil桿系單元模型的作用。

橋梁結構的荷載試驗可行性的一個重要指標為“荷載試驗效率”，該項指標可按控制內力、應變或變位等效原則確定。Midas/Civil桿系單元模型采用“移動荷載分析與移動荷載追蹤”的兩大分析模塊，按照“荷載試驗效率”的等效原則確定實際荷載試驗用車的相關參數及試驗用車沿橋梁結構縱向的布載位置。

圖1 橋梁結構斷面圖（單位：cm）

圖2 橋梁結構平面圖（單位：cm）

圖3 橋梁結構立面圖（單位：cm）

2)Midas/FEA實體單元模型的作用。

將桿系單元模型計算出的與設計荷載按照內力或變位等效原則確定的荷載試驗用車以荷載的形式模擬到實體單元模型中，確定其試驗截面各測點的理論計算值(應變與撓度計算值)，并繪制應變與撓度的橫橋向的變化曲線。

2.2 寬箱梁荷載試驗分析步驟

1)汽車沖擊系數。

本橋在計算沖擊系數時，考慮水泥混凝土鋪裝層對結構剛度的拱箱，將瀝青混凝土鋪裝層作為每延米質量計入，具體沖擊系數計算結果見表1。

表1 汽車沖擊系數計算結果

2)建立本橋Midas/Civil桿系單元模型及Midas/FEA實體單元模型(見圖4，圖5)。

本橋共建立桿系單元132個單元，實體單元131 203個單元。在計算設計荷載控制效應時綜合考慮沖擊系數與多車道折減，通過桿系單元分析模型確定汽車荷載的縱向布置后將其模擬如實體單元模型，從而得出相應工況下各個結構應變與撓度曲線。橋梁結構各控制截面內力計算結果見表2。

3)測試斷面與加載試驗項目。

利用Midas/Civil分析模型，以邊跨與次邊跨最大正彎矩及最大負彎矩為原則確定測試斷面位置，根據橋梁結構形式、受力特點選取如圖6所示測試斷面。

圖4 Midas/Civil計算模型

圖5 Midas/FEA計算模型

表2 橋梁結構各控制截面內力計算結果

圖6 橋梁結構測試斷面布置圖（單位：cm）

4)荷載試驗效率及車輛荷載布置。

a.荷載效率。

本橋加載工況、理論計算值、試驗計算值及荷載效率如表3所示。

表3 本橋靜力加載試驗計算值及荷載效率表 kN·m

b.各工況試驗荷載立面布置圖見圖7～圖9。

圖7 工況1/工況2加載車縱向布置圖（單位：m）

5)各工況理論計算值。

圖8 工況3/工況4加載車縱向布置圖（單位：m）

圖9 工況5/工況6加載車縱向布置圖（單位：m）

J1～J3截面應變與撓度測點布置圖見圖10，圖11。

圖10 J1/J3截面應變與撓度測點

圖11 J2截面應變測點

試驗荷載下控制截面部分工況下的應變與撓度計算結果見表 4，表 5。

表4 各工況控制截面測點應變驗計算值 με

表5 各工況控制截面測點撓度驗計算值 mm

3 結語

通過以上各工況桿系單元與實體單元分析模型的對比可知，本文采用的寬箱梁荷載試驗方法在實際工程中具有一定的優越性，得到了橋梁結構測試斷面的應變與撓度沿橫橋向精確的變化曲線，從而可以更準確的對橋梁的承載能力以及技術狀況進行分析與評價。

［1］ JTG D60-2004，公路橋梁設計通用規范［S］.

［2］ JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［3］ 姚玲森.橋梁工程［M］.第2版.北京:人民交通出版社，2008.

［4］ 李 喬.混凝土結構設計原理［M］.北京:中國鐵道部出版社，2001.