蘆州大橋結構安全設計的判定分析

呂少勇，劉永勝，吳秋蘭

（華東交通大學土木建筑學院，江西南昌330013）

蘆州大橋結構安全設計的判定分析

呂少勇，劉永勝，吳秋蘭

（華東交通大學土木建筑學院，江西南昌330013）

結合靜載試驗和有限元仿真檢驗了宜春市蘆州大橋工程的施工建設規范問題.首先對大橋的問題進行了描述并建立了有限元模型，其次描述了對靜載試驗的方案設計并進行試驗，得到了各控制點的應力應變.通過試驗值與理論值的比較并進行校驗系數評定，結果表明大橋處于良好的彈性工作狀況，橋梁受力正常，整體剛度滿足設計要求.

鐵路橋梁；靜載試驗；承載力；評定

隨著交通的迅速發展，橋梁的承載能力要求也隨之越來越高，國家對鐵路橋的基礎設施不斷投入，鐵路橋的發展也越來越快［1］.利用靜載試驗可以通過評定承載力后采取有必要的加固措施，能對橋梁結構的安全性設計進行評估以及能對橋梁結構的安全防護提供幫助［2］.蘆洲大橋是位于宜春市內的一座鐵路橋梁.橋梁中心里程K0+137.0處，該橋為預應力混凝土先簡支后結構連續小箱梁橋.主梁橫斷面為小箱梁，橋跨布置為6×25 m，全橋為一聯（6×25 m一聯），全橋長157 m，橋面寬29.5，其中機動車道寬23 m，人行道寬3.25 m，雙向共6車道，設計荷載為公路－I級，人群－3.5 kN/m2.利用靜載試驗對蘆州大橋進行了承載力以及應變、應力等彈性狀態的檢驗.首先通過ANSYS有限元軟件對橋梁的受力情況進行了模擬得出了有限元解，其次根據技術資料的準備進行加載方案的設計以用來測點位置與測試，最后對試驗結果分析與承載力評定.依據相關的規程，可知蘆州大橋處于良好的彈性工作狀況，橋梁受力正常，整體剛度滿足設計要求［3-4］.

1 問題的描述及模型建立

橋梁中心里程K0+137.0處，該橋為預應力混凝土先簡支后結構連續小箱梁橋.主梁橫斷面為小箱梁，橋跨布置為6×25 m，全橋為一聯（6×25 m一聯），全橋長157 m，橋面寬29.5 m，其中機動車道寬23 m，人行道寬3.25 m，雙向共6車道，設計荷載為公路－I級，人群－3.5 kN/m2.全橋設有2道80型伸縮縫，全橋布置及主梁跨中截面見圖1.

圖1 蘆洲大橋布置與橫斷面圖

結合蘆洲大橋的設計特點以及現場橋跨情況，擬選取靠袁山東路方向的第5和6跨作為靜載試驗的觀測對象（見圖1）.將應變計粘貼在主梁的梁底，撓度通過在橋面布置測點，用精密水準儀測量，具體布置詳見圖2.

圖2 控制截面應變、撓度測點布置示意圖（單位：m）

蘆洲大橋為剛接小箱梁，不能簡單地采用平面的計算模型來模擬其實際受力情況，本次橋梁試驗結構理論分析采用空間實體單元進行模擬分析，有限元計算模型見圖3.根據設計荷載，全橋使用階段的內力分析計算采用北京邁達斯技術有限公司開發的“Midas Civil7.4.1”和同濟大學開發的“橋梁博士3.0”互為計算分析和校核，主要是計算主梁在使用荷載、試驗荷載作用下的最不利內力以及試驗荷載效率系數.

圖3 剛接板有限元模型

2 靜載試驗方案

2.1 加載方案

試驗是按試驗荷載效應與設計荷載效應等效的原則，并考慮到車輛來源、組織和調配的實際情況來確定試驗荷載（采用移動加載）.最后確定試驗荷載采用6輛約350 kN標準車，總噸位約為2 100 kN，靜載效率系數保持在0.8～1.00之間.加載車車輛基本情況見圖4.加載車輛相關技術參數為：L1=1.4 m，L2=3.8 m，輪距1.9 m，中后軸重為280 kN，前軸重70 kN，車輛總重350 kN.

根據《公路舊橋承載能力鑒定方法》中的規定，靜載試驗荷載一方面應保證結構的安全性，另一方面又應能充分暴露結構承載能力，一般：

圖4 加載車示意圖

式中：ηq——靜試驗荷載效率系數；

Sstat——試驗荷作用下，檢測部位最大變位或最不利內力的計算值；

S——設計標準荷載作用下，檢測部位最大變位或最不利內力的計算值；

δ——設計取用的動力系數，經過計算為1.236.

根據分析計算，利用荷載等效使主梁達到規定的荷載效率系數，加載工況車輛布置根據詳細計算確定，并在試驗前進行一次預載.所有工況均按兩次分級加載、一次卸載.加載過程中密切注意結構各控制點的應變和位移，如遇異常情況應立即終止加載.

2.2 測試方案

測試主要針對于3個方面內容進行：（1）應變測試：梁底跨中縱向應力采用電測法測試，在每片梁底粘貼1個電阻應變片，采用電阻應變采集儀測定砼結構的靜應變（應力）值.（2）撓度測試：主梁跨中撓度和梁端支座沉降利用百分表測量位移，測試精度為0.01 mm.（3）裂縫監測：加載時，梁底派專人觀測裂縫開展情況，如有裂縫開展，用裂縫放大鏡量測裂縫寬度.

3 試驗結果及分析討論

3.1 試驗結果

試驗采用6臺約350 kN的標準車對橋梁進行加載，共6種工況，每種工況分3級加載，部分加載工況見圖5.由靜載試驗和有限元的理論解進行了對比可以得出結果.限于篇幅，本文只列出A-A跨最大正彎矩偏載加載工況的實測應變、撓度與理論計算值對比的條形統計圖見圖6和表2.B-B跨以及C-C跨還有支點C-C的數據記錄都與A-A跨記錄方法及內容相似.

圖5 工況荷載布置圖

表2 邊跨跨內A-A截面最大正彎矩偏載加載工況作用下應變(με)

圖6 邊跨跨內A-A截面最大正彎矩偏載加載工況下的應力和撓度

3.2 安全性評定

實驗測得各跨各截面實測最大撓度、應變值與相應理論值的比值（校驗系數）、實測殘余撓度、殘余校驗系數評定見表3和表4.

根據橋梁測試規范，校驗系數小于1.05屬于安全范圍［5-6］.由表3和表4可知，在最大試驗荷載作用下，試驗橋跨主梁控制截面最大撓度和最大應力的校驗系數均小于1.05，說明在試驗荷載作用下橋梁處于彈性工作狀態，實測撓度值、應變值與理論值相關性較好.

表3 試驗橋跨在試驗荷載作用下梁底最大應變值評定

表4 試驗橋跨在試驗荷載作用下梁底最大撓度值評定

4 結論

（1）本橋所有試驗控制截面最大撓度和最大應力的校驗系數均小于1.05，橋梁處于彈性工作狀態，并且實測撓度值、應力值與理論值相關性較好.

（2）各控制荷載卸載后的結構相對殘余應變均不大，同時控制截面變位隨著荷載的增加基本上按比例增加，結構處于良好的彈性工作狀態.

綜上所述，測試數據表明大橋在設計靜荷載作用下，結構處于安全工作狀態，承載能力達到設計的要求.參考文獻：

［1］李琳.2016年中國鐵路計劃投資8千億元積極推動鐵路“走出去”[J].城市軌道交通研究，2016（2）：64.

［2］曾彥.基于靜載試驗的橋梁結構性能評價[J].華北水利水電大學學報（自然科學學報），2013，34（4）：65-68.

［3］史艾嘉，許燕，孫明杰.橋梁靜載試驗分析[J].建筑技術開發，2014，41（2）：15-16.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.3-2005.鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB/T2898-1998.鐵路橋梁豎向撓度的評定與測量方法[S].北京：中國鐵道出版社，1998.

［6］中華人民共和國鐵道部.TB10415-1998.鐵路橋涵工程質量檢驗評定標準[S].北京：中國鐵道出版社，1998.

Research on the Judgment of Structural Safety Design of Luzhou Bridge

LV Shao-yong,LIU Yong-sheng,WU Qiu-lan
（School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,Jiangxi,China）

The static load test and finite element simulation are used to test the construction of the Yichun River Bridge project in this paper.First of all,the problem of the bridge is described and the finite element model is established.Secondly,the design and test of the static load test are described.By the comparison of the experimental value with the theoretical value,and the calibration coefficient evaluation,the results show that the bridge is in good working status,and the stress of the bridge is normal.

railway bridge；static load test；bearing capacity；evaluation

U24

A

1007-5348（2017）06-0049-05

（責任編輯：歐愷）

2017-03-11

江西省教育廳科技項目（GJJ160474）.

呂少勇（1990-），男，江西九江人，華東交通大學土木建筑學院碩士研究生；研究方向：建筑與土木工程.