小箱梁橋荷載試驗校驗系數影響因素研究

馬占凱

(中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原　030024)

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小箱梁橋荷載試驗校驗系數影響因素研究

馬占凱

(中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原030024)

摘要：校驗系數是橋梁荷載試驗評價橋梁結構狀態的重要指標，對影響小箱梁橋荷載試驗校驗系數的因素進行了分析和歸類，并以一座單跨30 m的小箱梁橋作為算例，定量分析了計算模式及計算參數對最終校驗系數的影響。根據分析結果，計算模式對于小箱梁橋校驗系數有顯著影響，建議在給出荷載試驗校驗系數常值時，對計算校驗系數中的理論效應的計算模式進行規定。

關鍵詞：小箱梁；荷載試驗；校驗系數

1校驗系數概述

1.1校驗系數定義

橋梁校驗系數是某一控制截面在試驗荷載作用下的實測響應(變位或應變)與相應理論計算值的比值，一般認為，當橋梁校驗系數小于1時，代表橋梁的實際工作狀況處于良好狀態。

為了評定橋梁結構的實際承載力，根據試驗測得的變位(或應變)與理論計算結果相比較，得到結構的校驗系數 ，以檢驗橋梁結構是否達到設計荷載標準

式中：Se為試驗荷載下結構的實測變位(或應變)值；Ss為試驗荷載下結構的理論變位(或應變)值。

1.2影響因素分類

依據校驗系數的定義可以將影響校驗系數的因素分為兩類，一類是影響實測值Se的因素，主要包括實驗儀器的精度，加載重量的誤差以及操作人員的觀測誤差等。這部分影響只能依靠試驗技術進步以及現場加強管理改進，不研究此類因素對校驗系數的影響。另一類是影響理論值Ss的因素，主要包含計算模式和計算參數的影響。小箱梁橋可以采用的計算模式包括單梁模型、梁格模型、板殼模型和實體模型等，不同模型得出的計算結果會有所差別，從而計算出的校驗系數也將有所不同。此外在各種計算模型中是否考慮二期鋪裝及護欄等對橋梁剛度的影響也是影響校驗系數大小的一個重要因素。計算模式確定后，計算模型中具體參數的誤差，例如混凝土彈性模量取值不準和梁格模型中橫向連接剛度不同等，會引起理論值的變化，從而產生對校驗系數的影響。

2影響因素分析

2.1計算模式影響

小箱梁橋在設計時，一般不建立整體模型，而通過計算橫向分布系數，然后建立單梁模型進行設計分析。用于設計的橫向分布系數計算一般都只是近似值，設計分析時，可以取上限值進行設計，偏于安全是合理的，但是荷載試驗理論值計算時，采用這種模型計算的理論值則會偏大，最后導致校驗系數偏小，這種模型得出的校驗系數判斷的橋梁狀態偏于不安全。所以，荷載試驗的理論值計算模式應該采用全橋整體模型進行計算。整體計算模型中，實體模型計算結果最為準確，但是建模復雜，數據量大，工程實踐中應用較少，板單元模型次之，梁格模型是工程實踐中最常使用的整體計算模型。根據文獻，當按照合適的方法建立梁格模型時，其計算結果與實體和板單元計算結果能夠很好的吻合。所以，建議按照梁格模型分析小箱梁橋校驗系數計算時的理論值。

2.2計算參數影響

虛擬橫梁剛度是小箱梁梁格模型準確性的關鍵不同的虛擬橫梁剛度和分布將會導致不同的計算結果。以一跨30m的簡支小箱梁橋作為算例(橫斷面布置見圖1)，縱梁每1m劃分一個單元，在兩道縱梁之間箱梁翼緣與腹板交界處再增加一排節點將虛擬橫梁分成兩部分，分別賦予表1所示的截面的截面特性。為了分析虛擬橫梁剛度不同對于校驗系數的影響，以表1中所示截面的虛擬橫梁剛度為基準(以后簡稱為基準模型)，分別計算剛度1/10、1/2、1、2、10倍時在中梁跨中作用單位集中力時，中梁跨中截面的校驗系數，為了比較方便，將基準剛度下的校驗系數設為1，其他情況時的校驗系數均為相對值，計算結果見表2。從表2可知，虛擬橫梁剛度不同顯著影響校驗系數計算結果，采用梁格法作為荷載試驗的理論計算模型時，需要準確模擬虛擬橫梁的剛度，否則得出的最終校驗系數將會嚴重失真。

圖1　跨中斷面 (單位：cm)

部位區域I區域II截面形式

注：表中d為虛擬橫梁間距，h1-h3分別為箱梁頂板厚度、底板厚度、和濕接縫厚度。

表2　虛擬橫梁剛度影響分析結果

模型在計算時，結構計算參數的選擇誤差，例如混凝土彈性模型的不同，能夠影響結構的剛度，從而影響計算結果。為了考慮混凝土彈性模量不同對校驗系數的影響，以混凝土強度標號C50作為基準，分別向上和向下一個標號進行計算，分析彈性模量不同對校驗系數的影響，計算結果見表3。從表3可知，混凝土彈性模量或者標號誤差對最終結構的校驗系數影響很小，一個標號的誤差帶來的校驗系數誤差均在5%以內，所以彈性模量對小箱梁橋校驗系數的計算影響較小。

表3　混凝土彈性模量影響分析結果

2.3橋面鋪裝及護欄的影響

修正前述基準模型，通過在梁格表面添加一層10 cm厚板單元，同時在兩側邊梁上建立模擬護欄(截面近似取30 cm×100 cm)的梁單元考慮橋面鋪裝及護欄的影響。以中梁跨中作用集中力為例，分別計算兩種模型下中梁和邊梁的效應理論值，并以基準模型計算的校驗系數為1，計算校驗系數的相對值，計算結果見表4。從表中結果可知，橋面鋪裝及護欄對校驗系數有著比較明顯的影響，對撓度校驗系數的影響大于應變校驗系數的影響，對邊梁的影響比中梁更加顯著，影響最大的邊梁撓度校驗系數，考慮或不考慮橋面鋪裝及護欄的影響的校驗系數計算值最大差值達到56.6%。

表4　橋面鋪裝及護欄影響分析結果

以上結果表明，荷載試驗時，預制箱梁與現澆層和橋面鋪裝已經形成組合作用，尤其對于采用混凝土橋面鋪裝的橋梁這種組合作用更加明顯。混凝土防撞護欄具有較大的抗彎剛度，對于小箱梁橋尤其是邊梁的剛度影響顯著。校驗系數計算時，是否考慮橋面鋪裝以及護欄的作用，直接導致最后計算出的校驗系數有著顯著的差別。

3結語

《公路橋梁荷載試驗規程》(征求意見稿)對每類橋梁給出了荷載試驗校驗系數的常值，規程中詳細規定了測試方法、測試精度等要求，即文中校驗系數的第一類影響因素，但是并未對計算模式等第二類影響因素進行規定。通過探討可以看出，計算模式及虛擬橫梁剛度和是否考慮鋪裝層以及護欄剛度對于小箱梁橋校驗系數有比較顯著的影響，建議在規程中對校驗系數常值表對應的理論計算值的計算模式及相關參數明確規定。

參考文獻：

[1]周海俊，吳永昌，譚也平，等．橋梁荷載試驗研究綜述[J]．中外公路，2008，(4)：164-166．

[2]石雄偉，雷丹，袁卓亞，等．橋面鋪裝對中小跨徑PC梁橋校驗系數影響分析[J]．應用基礎與工程科學學報，2015，(4)：792-804．

[3]馮文煥，蘇巨峰．梁格法分析小箱梁橋虛擬橫梁剛度模擬[J]．山西建筑，2013，(10)：148-149．

An insight to influencing factors of verification coefficient in load test of small box girder bridge

MA Zhan-kai

(The 3th Engineering Co., Ltd.，of China Railway 12th Bureau Group, Taiyuan,Shanxi 030024, China)

Abstract:The verification coefficient is an important indicator in bridge load test. Influence factors of verification coefficient in small box girder bridge load test were discussed and classified, take a 30m single span small box girder bridge as an example, influences of calculation model and parameters were analyzed quantitatively. According to results, the calculation model had a remarkable influence on verification coefficient, therefore, it was suggested that the calculation model should be regulated corresponding to the common value of verification coefficient.

Keywords:small box girder bridge;load test;verification coefficient

收稿日期：2015-07-14

作者簡介：馬占凱(1979-)，男，內蒙古鄂爾多斯準格爾旗人，工程師，研究方向：橋梁施工技術。

中圖分類號：U44

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)04-0067-02