異形橋梁靜載試驗(yàn)研究

黃舜頤

【摘 要】 通過一座異形橋梁的靜載試驗(yàn)，測試了橋梁在試驗(yàn)荷載作用下的工作狀態(tài)，測定了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度，并將實(shí)際測試值與理論計(jì)算值進(jìn)行了比較，從而判斷了該橋整體結(jié)構(gòu)的安全承載力和使用條件。

【關(guān)鍵詞】 異形橋梁 靜載試驗(yàn) 撓度 應(yīng)變

中圖分類號：U441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

鹽靖河中心橋位于興化市戴南鎮(zhèn)鹽靖河上，連接寧鹽公路與集群加工園內(nèi)的園市路，建于2009年。為了確定該橋西引橋的技術(shù)狀況，相關(guān)研究單位按公路—Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn)對該橋西引橋整體式現(xiàn)澆連續(xù)板12m邊板（異形梁板）進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。

1鹽靖河中心橋設(shè)計(jì)

鹽靖河中心橋主橋跨徑：2×16m，橋面寬度：14+2×0.5m；引橋跨徑：2×12+6m，橋面寬度：7+2×0.5m。荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路—Ⅱ級。主橋上部承重結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土鉸接空心板，結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)；引橋上部承重結(jié)構(gòu)采用整體式現(xiàn)澆連續(xù)板，其12m整體式現(xiàn)澆連續(xù)板邊板系異形橋梁結(jié)構(gòu)。主橋橋墩采用單排樁柱式橋墩；橋臺采用單排樁式橋臺。引橋橋墩采用單排樁柱式橋墩；橋臺采用漿砌塊石重力式橋臺。橋面鋪裝采用12cm厚C40混凝土。

2靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)是測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜載試驗(yàn)荷載作用下的內(nèi)力和變形。它是了解結(jié)構(gòu)實(shí)際性能（剛度、強(qiáng)度等）最直接有效的辦法[2]。

2.1試驗(yàn)車輛

本次試驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)承載力是否符合設(shè)計(jì)要求，故采用基本荷載加載。試驗(yàn)荷載選用四輛載重汽車以使試驗(yàn)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)與設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)接近。荷載效率系數(shù)η=1.03。（試驗(yàn)車輛的軸距及其質(zhì)量表略。）

2.2加載位置

試驗(yàn)橋跨跨中截面系控制截面[3]。試驗(yàn)車輛在該截面內(nèi)力影響線的最不利位置上加載，即將試驗(yàn)車之重軸（中軸）布置于該截面處；橫向分別按一輛車、二輛車、三輛車和四輛車偏心布載。

2.3測點(diǎn)布置

在試驗(yàn)孔跨中截面橫向選取10個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行測試，對其截面下緣布置應(yīng)變測點(diǎn)和撓度測點(diǎn)。對兩橋墩布置沉降測點(diǎn)。應(yīng)變測量采用混凝土應(yīng)變片，撓度及橋墩沉降測量采用位移計(jì)。（應(yīng)變、撓度及橋墩位移測點(diǎn)布置圖略）。

2.4測試程序

控制截面分四級加載，試驗(yàn)橋跨1個(gè)控制截面共4個(gè)工況，試驗(yàn)加載工況見表1。

表1 試驗(yàn)載入工況表

工況 一 二 三 四

載入車號 ① ①② ①②③ ①②③④

測試內(nèi)容 跨中截面應(yīng)變、撓度及橋墩沉降

2.5測試結(jié)果與計(jì)算分析

2.5.1有限元分析

本文采用有限元軟件ANSYS10.0對異形梁板進(jìn)行理論計(jì)算分析[4]。根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的對稱性建立實(shí)際結(jié)構(gòu)的1/2模型進(jìn)行分析，并通過將模型分割成多個(gè)規(guī)則的區(qū)域來保證單元的形狀規(guī)則（本文分為54個(gè)單元），異形梁板的有限元模型見圖1。圖1中各測點(diǎn)d1～d10在試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變計(jì)算值和撓度計(jì)算值分別見表2和表3。

圖1 有限元模型圖（尺寸單位元：m）

2.5.2應(yīng)變

應(yīng)變實(shí)測值與計(jì)算值比較見表2，應(yīng)變平均校驗(yàn)系數(shù)η=0.51<1.0，平均相對殘余應(yīng)變S/p=10.9%<20.0%。結(jié)果表明混凝土連續(xù)板基本處于彈性工作狀況[5]。

表2 應(yīng)變實(shí)測值與計(jì)算值比較表

內(nèi)

容 工

況 測 點(diǎn)

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

實(shí) 測 值 一 0 0 2 1 1 6 13 18 9 25

二 1 0 5 2 5 17 30 53 20 52

三 32 25 33 29 13 21 28 52 18 53

四 45 30 55 46 25 26 29 54 18 49

計(jì)算值 一 1 1 3 2 4 10 22 71 17 48

二 2 2 8 5 18 28 47 158 37 74

三 50 29 65 39 27 32 46 155 38 74

四 79 41 161 53 38 36 43 150 39 74

校驗(yàn)系數(shù) 一 0.00 0.00 0.67 0.50 0.25 0.60 0.59 0.25 0.53 0.52

二 0.50 0.00 0.63 0.40 0.28 0.61 0.64 0.34 0.54 0.70

三 0.64 0.50 0.51 0.74 0.48 0.66 0.61 0.34 0.47 0.72

四 0.57 0.73 0.34 0.87 0.66 0.72 0.67 0.36 0.46 0.66

相對殘余平均撓度 一 11.1 8.2 5.9 6.9 11.6 9.2 15.1 8.4 12.5 9.1

二 5.3 13.3 10.3 12.6 18.2 6.8 12.6 13.2 9.4 12.6

三 7.9 6.2 16.7 8.1 12.1 15.3 13.2 14.3 11.1 13.5

四 18.1 13.0 8.6 9.7 7.3 12.1 8.9 17.5 15.2 7.7

注：表中實(shí)測值與計(jì)算值單位：με；相對殘余平均應(yīng)變單位：%。

2.5.3撓度

撓度實(shí)測值與計(jì)算值比較見表3，撓度平均校驗(yàn)系數(shù)η=0.71<1.0，平均相對殘余撓度S/p=12.2%<20.0%；測點(diǎn)d2的撓度實(shí)測值與計(jì)算值關(guān)系見圖2（其余略）。結(jié)果表明試驗(yàn)梁板基本處于彈性工作狀況[5] [6]。

圖2 撓度實(shí)測值與計(jì)算值關(guān)系圖

表3 撓度實(shí)測值與計(jì)算值比較表

內(nèi)

容 工

況 測 點(diǎn)

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

實(shí) 測 值 一 0.11 0.15 0.31 0.53 0.76 1.04 1.30 1.54 1.93 2.10

二 0.51 0.72 1.10 1.74 2.28 2.97 3.38 3.83 4.17 3.26

三 2.72 3.44 3.63 3.72 4.10 3.55 4.83 5.14 5.43 3.75

四 4.08 5.92 6.17 5.23 5.31 5.76 5.83 6.23 6.65 4.62

計(jì) 算 值 一 0.20 0.30 0.59 0.99 1.13 1.78 2.34 2.24 3.62 2.98

二 0.89 0.96 1.90 2.42 3.39 3.69 5.10 5.67 6.59 4.31

三 3.95 4.68 4.21 4.74 5.22 4.85 6.12 6.28 6.90 4.51

四 5.43 7.98 8.01 7.81 7.34 7.36 7.70 7.73 7.63 5.28

校 驗(yàn) 系 數(shù) 一 0.55 0.50 0.53 0.54 0.67 0.58 0.56 0.69 0.53 0.70

二 0.64 0.75 0.58 0.72 0.67 0.80 0.66 0.68 0.63 0.76

三 0.69 0.73 0.86 0.78 0.79 0.73 0.79 0.82 0.79 0.83

四 0.75 0.74 0.77 0.67 0.72 0.78 0.76 0.81 0.87 0.88

相對殘余平均撓度 一 12.3 9.8 16.5 15.3 10.1 9.3 16.2 11.1 7.8 10.0

二 17.2 15.3 10.2 18.4 7.6 8.7 14.1 10.2 15.1 11.4

三 10.9 12.4 8.8 11.7 12.4 12.4 7.9 13.5 12.3 16.3

四 9.7 11.7 10.8 11.8 15.3 11.3 13.1 8.9 11.0 18.8

注：表中實(shí)測值與計(jì)算值單位：mm；相對殘余平均撓度單位：%。

2.5.4荷載橫向分布

圖3為測點(diǎn)d2撓度實(shí)測值與計(jì)算值橫向分布圖（其余略），圖中兩條曲線形狀相似，表明有限元計(jì)算結(jié)果與本文試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

圖3 測點(diǎn)d2撓度橫向分布圖

3結(jié)論

（1）本次進(jìn)行靜載試驗(yàn)的戴南鎮(zhèn)鹽靖河中心橋西引橋整體式現(xiàn)澆連續(xù)板12m邊板經(jīng)受了公路—Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)力考驗(yàn)，靜載試驗(yàn)效率：η=1.03；控制截面的應(yīng)變平均校驗(yàn)系數(shù)和撓度平均校驗(yàn)系數(shù)η<1.0，平均相對殘余應(yīng)變和平均相對殘余撓度S/p<20.0%；試驗(yàn)過程中未見梁（板）底部出現(xiàn)裂縫。試驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)梁（板）基本處于彈性工作狀況。

（2）本文采用大型有限元軟件ANSYS10.0對異形梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果與本文試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，因此，有限元分析可作為異形梁板結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析方法。

（3）本橋試驗(yàn)梁（板）滿足公路—Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn)的承載力要求。

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4李國豪，石洞.公路橋梁荷載橫向分布計(jì)算. 北京：人民交通出版社，1987

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