五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋靜力性能試驗(yàn)研究

葛 德 宏

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230022)

五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋靜力性能試驗(yàn)研究

葛 德 宏

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230022)

對五跨連續(xù)箱梁橋進(jìn)行了荷載試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，運(yùn)用大型有限元程序Midas建立空間梁單元模型，對連續(xù)箱梁橋進(jìn)行仿真分析，并對6種試驗(yàn)工況下橋梁變形和斷面應(yīng)力的實(shí)測值與理論值進(jìn)行了比較，研究結(jié)果表明：橋梁變形和斷面應(yīng)力的實(shí)測值與理論值吻合較好，橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

橋梁工程，連續(xù)箱梁，有限元，仿真分析，靜力性能

靜載試驗(yàn)的主要工作是測試橋梁結(jié)構(gòu)在車輛荷載作用下的應(yīng)變和豎向位移的變化情況，并以此為依據(jù)推斷橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)。橋梁荷載試驗(yàn)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括2個(gè)：1)根據(jù)測點(diǎn)的測試值與理論分析值的比較來說明橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)性能與安全儲備情況；2)將測點(diǎn)的測試值與規(guī)范允許值進(jìn)行對比分析以說明結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)[1-4]。本文以一座新建成的五跨連續(xù)等截面箱梁橋?yàn)閷ο螅⒖臻g梁單元數(shù)值模型，通過分析得到移動荷載作用時(shí)的主梁斷面的應(yīng)力和位移數(shù)值解，并與試驗(yàn)測試數(shù)值進(jìn)行對比分析，進(jìn)而評定橋梁的真實(shí)受力情況，確定橋梁的承載能力以及使用性能。

1 工程概況

某新建橋上部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)等截面箱梁，跨徑組合5×30 m。截面為單箱單室箱形斷面，梁的高度為1.8 m，頂板的寬度為13.25 m，底板厚度為0.25 m；底板寬度為6.25 m，厚度為0.25 m；腹板厚度為0.5 m，在支點(diǎn)附近，腹板厚度增至0.7 m。兩側(cè)翼板懸臂長度為3.5 m，懸臂端厚度為0.18 m，根部厚度為0.50 m。僅在支點(diǎn)位置設(shè)置橫隔梁。采用縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力體系，均按A類構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋梁結(jié)構(gòu)總體布置見圖1。

2 仿真分析

1)有限元模型的建立。采用大型有限元軟件Midas 2010建立有限元模型。全橋共分為191個(gè)單元，281個(gè)節(jié)點(diǎn)。有限元模型如圖2所示。2)荷載效率系數(shù)計(jì)算。靜載試驗(yàn)荷載采用實(shí)際加載車輛等效加載。對各試驗(yàn)工況，要求荷載效率達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的0.8～1.05，同時(shí)保證其他斷面的應(yīng)變、變形安全，特別需要局部受力集中問題，試驗(yàn)過程中應(yīng)監(jiān)測測試數(shù)據(jù)的動態(tài)變化。效率

系數(shù)詳見表1。由表1內(nèi)數(shù)據(jù)可知，橋梁各部位的荷載效率系數(shù)都處于0.80～1.05范圍內(nèi)，符合JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程要求。

表1 靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)

試驗(yàn)工況項(xiàng)目試驗(yàn)荷載下的計(jì)算值①標(biāo)準(zhǔn)荷載下的計(jì)算值②試驗(yàn)荷載效率系數(shù)①/②Ⅰ中跨跨中最大正彎矩/kN·m4684．615678．360．82Ⅱ中跨跨中位移/mm-4．25-4．7770．89Ⅲ次邊跨跨中正彎矩/kN·m4379．835303．030．83Ⅳ次邊跨跨中位移/mm-4．11-3．9201．05Ⅴ邊跨跨中正彎矩/kN·m5156．736285．660．82Ⅵ邊跨跨中位移/mm-4．86-4．840．99Ⅶ中間支座最大負(fù)彎矩/kN·m-4835．27-4714．631．03Ⅷ次邊支座最大負(fù)彎矩/kN·m-4821．84-4971．470．97

3 荷載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)測點(diǎn)布置

應(yīng)變測點(diǎn)：全橋共設(shè)置5個(gè)測試斷面，在各個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)處粘貼與箱梁底板軸線一致的單向電阻應(yīng)變片，采用TDS-530靜態(tài)應(yīng)變儀采集數(shù)據(jù)，測點(diǎn)位置如圖3，圖4所示。

豎向位移測點(diǎn)：試驗(yàn)荷載作用下，主梁豎向位移均屬于毫米級，故采用高精度千分表測量主梁位移，測點(diǎn)布置見圖3，圖4。

3.2 靜載試驗(yàn)工況

根據(jù)能最大限度反映橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的原則確定加載工況(見表2)，同樣出于安全性與經(jīng)濟(jì)性的考慮，應(yīng)力求以最少的加載車數(shù)量達(dá)到試驗(yàn)要求的最大荷載效率。試驗(yàn)過程中采用雙后軸標(biāo)準(zhǔn)加載車，車輛總重為6.6+13.2+13.2=33 t，前、后軸距分別為4.0 m與1.4 m。

表2 靜載試驗(yàn)工況

4 試驗(yàn)測試結(jié)果與分析

4.1 豎向位移測試結(jié)果分析

限于篇幅，文中僅給出中跨跨中最大彎矩(豎向位移)中載工況各測試斷面的豎向位移實(shí)測值、理論值、校驗(yàn)系數(shù)及豎向位移殘余值，具體數(shù)值見表3。

表3 中跨跨中最大彎矩(豎向位移)中載工況豎向位移試驗(yàn)結(jié)果

由表3的數(shù)據(jù)可知，中跨跨中斷面最大位移、正彎矩中載工況測試斷面豎向位移結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)介于0.81～0.86之間，豎向位移實(shí)測殘余值不足0.1 mm，橋梁結(jié)構(gòu)的受力處于彈性階段；加載車作用下主梁最大豎向位移為-3.975 mm(向下)，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的l/600=50 mm，橋梁結(jié)構(gòu)剛度儲備足夠；且由對比結(jié)果可知結(jié)構(gòu)真實(shí)剛度優(yōu)于設(shè)計(jì)剛度，具有足夠的承載能力儲備。

4.2 應(yīng)力結(jié)果分析

中跨跨中最大彎矩(豎向位移)中載工況應(yīng)力實(shí)測值、理論值、校驗(yàn)系數(shù)及豎向位移殘余值見表4。由表4可知，各工況加載車荷載作用下，主梁應(yīng)力測試值與理論計(jì)算值吻合良好，主梁應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)處于0.70～1.05范圍內(nèi)，絕大部分測試值較理論值小，可知結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求并有承載儲備。

表4 中跨跨中最大彎矩(豎向位移)中載工況應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語

1)各試驗(yàn)工況下的測試值與理論計(jì)算值吻合良好，表明文中所用的有限元建模方法能夠精確的描述橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力情況。2)加載車作用下，主梁最大豎向位移為-3.975 mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的l/600=50 mm，橋梁結(jié)構(gòu)剛度儲備足夠；且由對比結(jié)果可知結(jié)構(gòu)真實(shí)剛度優(yōu)于設(shè)計(jì)剛度，具有足夠的承載能力儲備。3)加載車荷載作用下，主梁應(yīng)力測試值與理論計(jì)算值吻合良好，主梁應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)處于0.70～1.05范圍內(nèi)，絕大部分測試值較理論值小，可知結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求并有承載儲備。4)主梁卸載后的豎向位移殘余變形與該點(diǎn)實(shí)測值比值最大為γ=0.068/0.333=0.2，發(fā)生在中跨跨中最大彎矩(豎向位移)中載工況1-1斷面，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定。

[1] 諶潤水,胡釗芳.公路橋梁荷載試驗(yàn)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[3] 譚冬蓮,寧 立,游金蘭.預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁施工現(xiàn)場的靜載試驗(yàn)研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2007,24(4):51-53.

[4] 張秋陵,肖光宏.奉節(jié)長江大橋成橋荷載試驗(yàn)研究[J].世界橋梁,2009(1):46-48.

[5] E.C.漢勃利.橋梁上部結(jié)構(gòu)性能[M].郭文輝，譯.北京:人民交通出版社,1982.

Experimental study on static behaviors of five-span PC continuous box girder beam bridge

Ge Dehong

(AnhuiTransportationHoldingGroupCo.,Ltd,Hefei230022，China)

The paper carries out load test and data analysis of five-span PC continuous box girder bridge, establishes spatial beam model by applying large-scale finite element program Midas, carries out simulation analysis for continuous box girder bridge, and compares actual measurement value to theoretical value of bridge deformation and section stress under 6 kinds of experimental working conditions. Results show that: actual measurement value of bridge deformation and section stress is in accordance with its theoretical value, furthermore, both the bridge structure strength and rigidity meet design demands.

bridge engineering, continuous box girder, finite element, simulation analysis, static property

1009-6825(2015)30-0169-02

2015-08-12

葛德宏(1981- )，男，助理工程師

U441.5

A