基于Midas的V型墩連續剛構橋靜載試驗分析

田小文，喬　杰

(浙江有色地球物理技術應用研究院，浙江 紹興 312000)

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基于Midas的V型墩連續剛構橋靜載試驗分析

田小文，喬杰

(浙江有色地球物理技術應用研究院，浙江 紹興 312000)

摘要：靜梁荷載試驗是保證橋梁安全運營的重要手段。在所有橋梁檢測項目中，靜載試驗能夠了解橋梁實際工作狀態和承載能力，提供直接可靠的撓度、應力應變數據。在此，結合某橋靜載試驗的實際案例，著重分析靜載試驗的工況設置以及數據處理，為以后V型墩連續剛構橋靜載試驗提供一些參考。

關鍵詞：靜載試驗；V型墩連續剛構；Midas；工況設置

隨著橋梁的發展，剛架橋、拱橋、系桿拱橋、簡支梁橋、連續梁橋、T構橋、斜拉橋、懸索橋等橋型建設的重復，各種新橋型陸續出現，V型墩連續剛構橋形式活潑、造型美觀，讓人耳目一新，因此也讓其成為一種近年來比較常見的橋梁形式[1]。

本文以某橋主橋靜載試驗為例，分析V型墩連續剛構橋這類橋梁在做靜載試驗時的工況設置以及數據處理。

該橋橋寬30 m，跨徑組合為：3×25+(40+70+40)+3×25，主橋采用V型墩連續剛構，引橋為25 m先簡支后連續預應力混凝土小箱梁[2]。設計標準：汽車荷載，城A級；人群荷載，人行道板(局部構件)的人群荷載按5 kPa；橋梁寬度30 m；設計基準期100年；設計使用年限100年；橋梁設計安全等級一級。

1靜載方案

檢測方案主要包括檢測孔選擇、工況設置、靜載布置方案以及測點布置。檢測孔的選擇主要綜合考慮以況設置以及測點布置。本橋選取該橋主橋部分中跨和一個邊跨為試驗跨。

1.1模型建立及加載工況確定

利用MidasCivil2012建立有限元模型(圖1)進行內力分析計算，得到橋跨結構在汽車荷載作用下的彎矩包絡和豎向撓度包絡，見圖2、圖3。

圖1　主橋Midas有限元模型

圖2　主橋在移動荷載作用下的彎矩包絡圖

圖3　主橋在移動荷載作用下的豎向撓度包絡圖

根據移動荷載作用下的內力和撓度包絡圖，確定主橋本次試驗的控制截面，位置描述及測試內容見表1。

表1　主橋控制截面及描述

主橋試驗加載工況如下：

工況一縱橋向按1.1截面最大正彎矩布載，橫橋向偏載；工況二縱橋向按2.2截面最大正彎矩布載，橫橋向偏載；工況三縱橋向按3.3截面最大負彎矩布載，橫橋向偏載；工況四縱橋向按4.4截面最大正彎矩布載，橫橋向偏載。

試驗驗車輛擬選用總重為400 kN的試驗車輛6輛進行加載。

1.2加載位置及加載試驗荷載效率

根據規范要求，各工況均分三級進行加載示意圖見圖4～7，加載效率見表2。

圖4　工況一加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

圖5　工況二加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

圖6　工況三加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

圖7　工況四加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

工況加載方式計算彎矩/kN·m試驗彎矩/kN·m荷載效率工況一工況二工況三工況四右側偏載12572.312494.70.9948786.48721.10.993-17897.1-18060.31.00910822.510901.21.007

1.3測點布置

高速公路軟土路基的抗剪強度比較低，我國軟土的結構若是并未對其轉開排水處理，就會導致軟土的抗剪強度＜20MPa，軟土內部的摩擦角度一般都是20～35°，這樣就會使軟土的抗剪強度一定程度地下降。不過，我國軟土路基通過排水固結可以大大地提升其抗剪強度，若軟土的排水固結速度可以保持比較快的速度，那么軟土的抗剪強度就會得到大幅度的提升。

1.3.1撓度測點布置

橫橋向各試驗梁撓度測量采用橋下測試截面處搭設腳手架，在每塊試驗梁下安裝位移傳感器，采用十六點位移測試儀JYC-203進行測讀，這樣可以在試驗荷載作用下獲得撓度在橫橋向分布變化，測點分別布設在試驗截面處；縱橋向橋面布載水準測點，通過測點相對高程的方法得到橋梁撓度，位移采用高精度全站儀進行測量，測點位于各試驗跨墩頂、1/4L、1/2L、3/4L、墩頂處，在橋梁上靠人行道邊緣0.2 m處布設1條測線。

1.3.2應變測點布置

各控制截面應力采用表面式應變計進行測試，應力測點布置見圖8，主要測試各控制截面的應力分布規律和受力性能。

圖8　工況一至工況四控制截面應變計布置圖

1.3.3裂縫觀測

試驗前，對全橋進行外觀調查，特別是對橋梁各控制斷面處進行外觀檢查，主要檢查是否存在裂縫。試驗中，觀察橋梁在試驗荷載作用下是否有裂縫產生。若有，則記錄裂縫產生部位、長度、寬度、間距、方向和性狀，以及卸載后的閉合情況[3]。

2靜載試驗成果

通過試驗加載得到撓度和應變、應力數據，下面以工況一數據為例，見圖9～14，表3、表4。

圖9　工況一主要測點撓度增長曲線

圖10　工況一1-1截面測點撓度橫向分布曲線

圖11　工況一順橋向撓曲線圖

圖12　工況一主要測點應力增長曲線

圖13　工況一1-1截面應力隨梁高分布圖

圖14　工況一1-1截面測點應力橫向分布曲線

測點第一級實測值/mm第二級實測值/mm第三級實測值/mm殘余撓度/mm理論計算值/mm校驗系數η相對殘余/%1-1截面(右)4.868.1010.120.1513.780.731.481-1截面(中)4.947.8410.450.5913.780.765.651-1截面(左)5.418.3210.270.2213.780.752.14

注：1.梁底撓度豎直向下為“+”；2.跨中撓度數據已進行支點沉降影響的修正。

表4　工況一主要測點應力測試結果

注：應力受拉為正“+”，受壓為負“-”。

3靜載試驗成果分析

3.1強度、剛度分析

校驗系數η是評定結構工作狀況，確定橋梁承載能力的一個重要指標。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程(JTG/TJ21—2011)》的相關規定，一般要求校驗系數不大于1.0。

本次試驗控制截面的撓度、應變校驗系數從表3中可以看到，主要控制截面的撓度校驗系數和應變校驗系數均小于1.0，表明橋梁控制截面的剛度、強度較好，橋梁剛度和強度均能滿足試驗規范的要求。

3.2彈性性能分析

由測試結果可知，各控制截面在相應控制荷載工況作用下的相對殘余應變、撓度的最大值均小于規范要求的20%；該橋梁體的實測應變(或撓度)值均小于理論應變(或撓度)值，且在各級靜載試驗作用下，橋體測點對應的理論應變(或撓度)與實測應變(或撓度)關系曲線基本呈現為線性，說明在橋梁結構在此次靜載試驗中，處于良好彈性工作狀態。

3.3控制截面應力沿梁高度分布圖

控制截面應力沿梁高度分布圖表明，應力沿截面高度的分布方式和理論計算結果基本一致，控制截面基本符合平截面假定。

3.4加載過程中撓度(應力)增長及撓曲線

加載過程中“各測點撓度(應力)增長曲線圖”表明，控制點撓度(應力)在荷載作用下基本呈現出線性增長的特征，曲線斜率沒有明顯增大的趨勢，表明隨著荷載增長梁體受力基本處于線彈性范圍內。

各級荷載下試驗跨及相鄰跨的實測撓曲線形態和理論計算值基本一致，即試驗加載跨跨中下撓、相鄰跨跨中上撓。

4結語

橋梁靜載試驗是一項復雜而細致的工作，要求加載方案要盡量模擬真實荷載情況，測試人員具有豐富的檢測技術和經驗。近年來我國在橋梁靜載試驗逐漸積累豐富資料和經驗，靜載試驗的重要性也日漸突出[4]。

本文結合工程實際，討論了橋梁檢測靜載試驗中的荷載布置原則和工況設計，并且給出了一些有意義的靜載準則和參數，希望能夠為以后的類似橋梁靜載試驗提供參考借鑒。

參 考 文 獻

[1]李曉克,劉世明.V型墩連續剛構橋[M].北京：中國水利水電出版社,2014.

[2]王萍.V形墩連續剛構橋設計[J].公路,1997(6):12-13.

[3]申明文，周海俊.橋梁靜動載試驗檢測方法[J].城市道橋與防洪，2007(7):158-160.

[4]邵旭東.混凝土橋梁承載力評定的理論與應用[D].長沙:湖南大學，1991.

收稿日期：2016-01-11

作者簡介：田小文(1988—)，男，浙江紹興人，助理工程師，從事橋梁檢測工作。

中圖分類號：U446

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)05-0019-04

Analysis of Static Test for the V-Type ContinuousRigid Frame Bridge Based on Midas

TIAN Xiaowen, QIAO Jie