圓弧形人行天橋荷載試驗研究

(重慶交通大學 重慶 400060)

橋梁靜力荷載試驗，主要是通過測量橋梁結構在靜力試驗荷載作用下的變形和內力，用以確定橋梁結構的實際工作狀態與設計期望值是否相符。它是檢驗橋梁結構實際工作性能，如結構的強度、剛度等的最直接和最有效的手段和方法。

一、工程概況

某人行天橋平面采用圓弧形結構跨越道路,跨徑布置為18+19+34.5+22.86m。結構為圓弧形鋼箱梁結構，其橋面凈寬3.5m，梯道凈寬2.0m，凈高≥5.0m。設置0.5%的縱坡和雙向1.0%的橫坡。設計荷載：人群荷載W=4.3kPa。

二、有限元模型

在計算參數確定的基礎上，采用有限元分析軟件Midas/Civi對某人行天橋進行計算分析。本次建模時主梁采用梁單元模擬，主梁采用單梁方式，計算正常運營工況時人群荷載對結構控制截面產生的最不利內力力，并按此內力值進行等效加載。主橋共建立110個節點，93個單元。模型建立過程中，其結構構件、荷載等計算參數與設計資料一致。考慮到橋梁結構復雜，在處理試驗結果數據時建立板單元模型得出理論計算值，與試驗實測值進行比較。

圖1 某人行天橋梁單元模型圖

三、橋梁靜力荷載試驗

(一)靜載試驗測點布置

共有A-C3個截面，布置如圖所示

圖2 主橋加載控制截面布置圖(單位：cm)

每個斷面布置腹板和底板處9個應變測點，采用表面粘貼應變電阻應變片。每個斷面布置3個撓度觀測點，采用電子水準儀觀測。

圖3 A～C截面應變測點布置

(二)加載荷載工況及荷載試驗效率

就某一加載試驗項目而言，其所需加載水袋的數量及裝水高度，將根據設計標準活荷載產生的該加載試驗項目對應的控制截面內力或變位等的最不利效應值，宜按下式所確定的原則等效換算。

試驗荷載由4個100*300*500cm的水袋組成，荷載試驗前對水袋進行編號，在加載過程中準確測量加載水量的高度。

工況T1:控制荷載為A截面最大正彎矩中載，理論計算值1260，試驗計算值1217.6，荷載效率為0.97.工況T2:控制荷載為B截面最大正彎矩中載，理論計算值769.7，試驗計算值757.1，荷載效率為0.98.工況T3:控制荷載為C截面最大負彎矩中載，理論計算值-1412.3，試驗計算值-1423.7，荷載效率為1.00。

(三)工況試驗水袋布置

1.工況1在第三跨布置水袋，沿A截面對稱布載。工況2在第四跨布置水袋，沿B截面對稱布載。工況3在第三跨，第四跨同時布置水袋。

圖4 工況1A截面最大正彎矩中載加載水袋布置圖

(四)試驗結果及分析

表分別為控制截面A-A、B-B撓度測點在試驗工況Ⅰ～Ⅱ作用下的測試結果與理論計算結果的比較。表中“+”表示撓度方向豎直向下，“-”表示撓度方向豎直向上。

表1 控制截面A-A在試驗工況Ⅰ撓度測點實測值與理論值比較(單位：mm)

試驗工況Ⅰ的結果表明，控制截面A-A測點的撓度校驗系數小于1.0，即實測值小于理論值，主要測點的校驗系數在0.57～0.63之間；試驗工況Ⅱ的結果表明，測試截面B-B測點的撓度校驗系數小于1.0，即實測值小于理論值，主要測點的校驗系數在0.47～0.61之間。

下表為控制截面A-A、B-B、C-C處應變測點在試驗工況Ⅰ～Ⅲ作用下的應變測試結果與理論計算結果的比較。

表2 控制截面A-A在試驗工況Ⅰ下應變測點實測值與理論值比較(單位：με)

表3 控制截面B-B在試驗工況Ⅱ下應變測點實測值與理論值比較(單位：με)

試驗工況Ⅰ的結果表明，控制截面A-A測點的混凝土應變校驗系數小于1.0，即實測值小于理論值，測點的校驗系數在0.62～0.96之間；試驗工況Ⅱ的結果表明，控制截面B-B測點的混凝土應變校驗系數小于1.0，即實測值小于理論值，測點的校驗系數在0.62～0.92之間；試驗工況Ⅲ的結果表明，控制截面C-C測點的混凝土應變校驗系數小于1.0，即實測值小于理論值，測點的校驗系數在0.38～0.89之間。

四、結論

由試驗工況的結果表明，橋跨主梁的最大實測撓度小于規范規定的控制值L/600(57.5mm)，說明橋梁主梁剛度滿足規范對結構設計撓度限值的要求。另外還可以看出，試驗荷載卸載后的箱梁撓度控制測點的相對殘余變形均小于規范規定的20%，說明橋跨箱梁的彈性恢復能力較好。應變結果表明主梁的強度具有一定的富余。此外，試驗荷載卸載后的主梁應變測點的相對殘余應變均小于規范規定的20%，說明主梁的彈性恢復力滿足要求。且加載前后，均未出現裂縫，可得出該人行天橋承載能力滿足設計要求。