基于荷載試驗的簡支空心板梁橋影響因素敏感性研究

摘 要：隨著道路交通的不斷發展，利用荷載試驗結果分析是掌握橋梁實際狀況現有的慣用手段。但在荷載試驗過程中由于對橋梁模型進行了簡化，試驗結果通常與橋梁理論計算結果存在差異。本文以空心板梁橋為實際工程依據，采用正交法對空心板梁橋從橋面鋪裝厚度、護欄高度以及混凝土彈性模量三種因素進行水平組合分析，探索影響簡支空心板梁橋的荷載試驗結果因素。

關鍵詞：簡支空心板梁橋；荷載試驗；正交試驗；影響因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.084

1 引言

將簡支空心板梁橋的橋面鋪裝厚度、護欄高度以及混凝土彈性模量三個作為重點分析對象，采用正交法將三個因素進行水平組合，探索其對簡支空心板梁橋荷載試驗影響效果。本文先對簡支空心板梁橋三個因素進行不同水平組合進行理論計算；然后對簡支空心板梁橋進行荷載試驗，測出中載以及偏載情況下簡支空心板梁橋的荷載橫向分布、應變以及撓度；將理論計算值與實際測出的結果進行對比分析，得出橋面鋪裝厚度、護欄高度以及混凝土彈性模量對簡支空心板梁橋荷載試驗影響的敏感性。

2 工程概述

某高速公路為20米預應力空心板梁橋，其設計荷載是公路-Ⅱ級，全橋長146.4米，橋面寬10米（0.5m防護欄+9.0m行車道+0.5m防護欄）。主梁結構為7*20m預應力混凝土空心板，下部采用柱式墩以及基礎為鉆孔灌注樁，設計100毫米厚的橋面鋪裝，采用1.1米高的鋼筋混凝土護欄，采用設計強度為C40的混凝土，其彈性模量為3.25*104Mpa。該橋橫斷面圖如圖1所示。

3 荷載試驗計算工況

將橋面鋪裝厚度、防護欄高度以及混凝土彈性模量三個因素進行三水平正交，得到如表1所示的9個荷載試驗計算工況。

4 荷載試驗結果影響因素分析

4.1 荷載橫向分布系數影響因素分析

本文為了使荷載橫向分布系數能更準確地反映出橋梁結構的實際受力情況，根據空心板梁橋的橫向聯系構造特點，采用鉸接法進行分析。空心板梁橋在偏載和中載情況下荷載橫向分布系數實測值與理論計算值對比如表2所示。

由表2數據可以看出，在偏載和中載工況下，橋面鋪裝厚度對橋梁橫向分布系數影響最大，其次是防護欄高度，混凝土彈性模量的變化對橋梁橫向分布系數的影響不大。當鋪裝厚度為100毫米，防護欄高度為0毫米，混凝土彈性模量上升5%時，橋梁橫向分布系數的實測值與理論計算值最為接近。橋梁荷載橫向分布系數與橋面鋪裝厚度和防護欄高度成反比，鋪裝厚度越厚以及防護欄高度越高，則荷載橫向分布系數減小。當鋪裝厚度一定時，防護欄高度與荷載橫向分布系數成正比，防護欄越高荷載橫向分布系數越大。當防護欄高度一定時，橋面鋪裝厚度與荷載橫向分布系數成反比，橋面鋪裝厚度越厚則荷載橫向分布系數變小。在相同的組合因素影響下，中載的荷載橫向分布系數大于偏載的荷載橫向分布系數。

4.2 應變影響因素分析

空心板梁橋在偏載和中載情況下應變實測值與理論計算值對比如表3所示。

分析表3數據可以看出，在偏載和中載工況下，防護欄高度對應變的影響最大，橋面鋪裝厚度對應變的影響混凝土彈性模量變化對應變的影響要大。在中載以及偏載的情況下，應變實測值與理論計算值最為接近的情況是橋面鋪裝厚度為100毫米、防護欄高度為1100毫米以及混凝土彈性模量不變。

4.3 撓度影響因素分析

空心板梁橋在偏載和中載情況下撓度實測值與理論計算值對比如表4所示。

從以上數據顯示，在偏載和中載工況下，橋面鋪裝厚度以及防護欄高度對撓度影響均較大，混凝土彈性模量的變化對撓度的影響不大。在中載以及偏載的情況下，對橋梁撓度最不利的情況是：橋面鋪裝厚度為100毫米、防護欄高度1100毫米同時混凝土彈性模量不變。

5 結論

通過本文分析的結果可以看出，橋面鋪裝厚度對橋梁橫向分布系數影響最大，其次是防護欄高度，混凝土彈性模量的變化對橋梁橫向分布系數的影響不大。

應變研究分析結果表明在偏載和中載工況下，防護欄高度對應變的影響最大，橋面鋪裝厚度對應變的影響混凝土彈性模量變化對應變的影響要大。

撓度研究分析結果表明：橋面鋪裝厚度以及防護欄高度對撓度影響均較大，混凝土彈性模量的變化對撓度的影響不大。

參考文獻：

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作者介紹：勾風山（1981-），工程師，研究方向：橋梁健康監控與檢測。