涪陵江南片區荔枝園立交荷載試驗分析

郭延飛 李鑫 朱光情

【摘要】涪陵江南片區荔枝園立交橋為一座7跨預應力混凝土連續箱梁橋的荷載試驗。利用三維有限元分析軟件對荔枝園立交橋進行仿真分析并實施于橋梁荷載試驗中。試驗與理論計算結果表明：橋梁在靜載作用下控制截面應力和變形滿足設計要求。橋梁結構安全可靠。

【關鍵詞】彎橋；仿真分析；荷載試驗；承載能力

1.工程概況

涪陵江南片區荔枝園立交橋為預應力混凝土連續梁橋，全橋按一聯布置，橋跨布置為2×30+27.5+36.5+27.5+2×30=211.5m。主梁采用斜腹式單箱單室等截面箱梁，梁高2.2m，主梁頂板寬為9.4m，底板寬為4.4m，兩側翼緣各外挑2.0m。端橫梁和中橫梁兩側各5.0m范圍內，頂底板、腹板須加厚，其值為：頂板由25cm漸變為45cm，底板由22cm漸變為42cm，腹板由50cm漸變為90cm。施工縫處腹板厚度為90cm，漸變段長度為5.0m。

橋梁設計標準為：設計行車速度40Km/h；汽車荷載，城-A級；抗震等級6度。

荔枝園B匝道橋型布置平面圖如圖1-1所示，主梁截面尺寸及橫向布置如圖1-2所示。

2.實驗的目的及依據

按橋梁荷載試驗方法，通過對橋梁加載試驗，檢測控制截面應力、撓度、抗裂性能等指標以達到以下目的：

⑴檢驗橋梁結構的承載能力、結構變形及正常使用狀態是否滿足設計要求；

⑵為橋梁的鑒定和竣工驗收提供科學依據；

⑶通過荷載試驗，考察橋梁結構的整體變形規律，評價結構的實際受力狀態和工作狀況，為橋梁的設計施工以及日后運營、養護和管理提供科學依據。

荷載試驗的評定標準參照《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》和《公路橋梁承載能力檢測評定規程》JTG/T21-2011. 規定的評價指標和有關理論計算資料對試驗觀察結果進行分析評定。

3.有限元的仿真分析

依據施工圖，主橋采用有限元結構分析軟件進行分析計算，計算模型如圖3-1，內力包絡圖如圖3-2所示。

4.荷載試驗的方案

4.1測點的布置

該橋的計算結果選擇該橋的最不利受力截面作為荷載試驗對象，測試的主要內容包括控制截面應變及撓度，測試截面及具體位置如圖4.1-1所示。

圖4.1-1 控制截面橋跨位置示意圖（單位：cm）

結合本橋的結構特點，試驗應力和撓度控制截面均位于跨中，共計4個，分別為J1、J3、J4、J6截面，在1號、3號墩頂截面設置J2、J5控制截面。測試截面應變及撓度測點布置圖如圖4.1-2～4.1-3所示。

圖4.1-2 截面靜載試驗應變測點布置示意圖（單位：cm）

4.2加載方案

試驗荷載以控制截面內力或控制部位應力等效原則進行布載，并使控制截面試驗荷載效率達到檢測規程的規定值。在保證測試截面試驗荷載效率系數η達到0.85～1.05的條件下，經過計算確定，采用六輛34～37噸三軸重車作為試驗荷載。

⑴在試驗開始前，用雙車往返多次通過試驗橋梁，以消除部分殘余應力，起到使試驗數據穩定的效果。

⑵為保證試驗安全，避免過載引起橋梁損壞，試驗車輛采取多級加載。

⑶每級荷載就位后約15分鐘進行各項觀測，在該級荷載使橋梁的變形穩定后再進行下一級荷載的加載，卸載后約30分鐘進行殘余觀測和調零，再繼續下一工況。

⑷試驗結束后，拆除導線，檢查儀器設備是否處于正常狀態并記錄。

4.3測試結果

試驗荷載作用下，各試驗橋跨應力（應變）測試截面的主要檢測結果匯總于表4.3.1。

由上表可見，試驗荷載作用下，各試驗橋跨應力（跨中）測試截面的實測應力小于計算值，應力校驗系數處于正常范圍。應力校驗系數介于0.59～0.90，最大實測混凝土拉應力增量為1.91MPa，荷載卸除后，多數應力測點的實測殘余應變較小。結構處于正常的工作狀態。

（2）大橋撓度測試截面的最大實測撓度、校驗系數等匯總于表4.3.2。

由表上表可見，試驗荷載作用下，各控制截面的實測撓度小于計算值，撓度校驗系數介于0.56～0.88，實測最大正撓度增量分別為4.07mm，最大實測撓度與凈跨徑之比小于規范限值（L/600）。由上表所示的試驗荷載作用下主橋橋跨結構的縱向撓曲變形與計算值一致性較好，表明主橋結構變形規律和整體工作性能正常，結構剛度滿足設計要求。

（3）試驗前后對測試截面附近區域及關鍵受力部位進行了裂縫檢查，未見可見裂縫。

（4）試驗前后對各支座進行了檢查，支座各部分清潔完好，未見異常。

5結語

本次荷載試驗對涪陵荔枝園江南片區立交B匝道立交橋第一跨、第二跨、第三跨、第四跨進行了靜載試驗，靜力加載試驗的荷載效率0.895～0.996，滿足相關檢測規程的要求。

（1）試驗荷載作用下，各試驗橋跨應力（跨中）測試截面的應力校驗系數介于0.59～0.90，跨中截面最大實測混凝土拉應力增量為1.91MPa，荷載卸除后，大多數應變測點的實測殘余應變較小，結構處于正常工作狀態。

（2）在試驗荷載作用下，各測試截面的實測撓度值在正常范圍內，較規范允許的撓度值小，撓度校驗系數介于0.56～0.88之間，結構剛度部分滿足設計要求。

（3）加載前及試驗過程中，試驗橋梁測試截面及其附近區域均未發現可見受力裂縫。

綜上所述，靜荷載試驗結論：試驗橋跨結構剛度、強度、抗裂性滿足設計和規范要求，承載能力符合設計荷載等級的要求。

參考文獻

[1]華強，賀國京，鄒中全，大跨徑橋梁荷載試驗[J]山西建筑，2007（5）

[2]章日凱，王常青，橋梁荷載試驗[J]交通標準化，2005（12）

[3]鄧志恒，陸春陽，王良才，鋼筋混凝土連續疊合梁受力性能試驗研究[J]廣西土木建筑，1994（3）

[4]賀栓海，橋梁結構理論與計算方案[M]，北京；人民交通出版社，2003.

[5]周旭，淺談斜彎坡橋設計[J]，中南公路工程，2003（2）

[6]湛潤水，胡釗芳，公路橋梁荷載試驗[M]北京；人民交通出版社，2003.

[7]交通部公路科學研究所，大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[Z]，1982.10