梁格法在鋼箱梁橋型荷載試驗(yàn)中的應(yīng)用

趙 云

（楚雄公路局元謀分局，云南 楚雄675000）

0 引 言

荷載試驗(yàn)可以評價(jià)橋梁在設(shè)計(jì)使用荷載下的工作性能，是一種直接的、有效的判斷橋梁結(jié)構(gòu)承載力的方法。通過有限元軟件進(jìn)行建模分析橋梁內(nèi)力的方法包括梁單元法、板單元法、實(shí)體單元法和梁格法。梁格法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但同時(shí)可以很好地模擬實(shí)體模型在空間狀態(tài)下的受力狀態(tài)，廣泛應(yīng)用于橋梁荷載試驗(yàn)建模的分析中。本文通過工程實(shí)例，分析梁格法的合理可行性。

1 工程概況

某高速公路匝道橋孔跨布置采用（3×25+3×25+45+3×25）m，全長282.0 m，橋?qū)?8.0 m。本文主要分析的第七跨上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土鋼箱梁，單幅5 箱等截面簡支鋼箱梁，梁跨為45 m。設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級。橋梁斷面圖如圖1所示。

圖1 鋼箱梁斷面布置圖（單位：cm）

2 靜載試驗(yàn)

2.1 計(jì)算模型

根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此次荷載試驗(yàn)選擇大型三維空間有限元計(jì)算分析軟件Midas Civil 進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算單元均為空間梁單元結(jié)構(gòu)形式。該橋第七跨主梁空間模型如圖2 所示。

圖2 第七跨鋼箱梁計(jì)算模型

2.2 靜載加載工況

此次靜載試驗(yàn)現(xiàn)場加載設(shè)備擬用載重汽車充當(dāng)試驗(yàn)荷載，加載采用6 輛總重約270 t 的重車，最大正彎矩偏載輪位示意如圖3 所示；荷載試驗(yàn)斷面的應(yīng)變、撓度測點(diǎn)布置如圖4、圖5 所示；加載工況為左偏載和右偏載。

圖3 斷面最大正彎偏載輪位布置圖（單位：cm）

圖4 斷面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖（從左至右應(yīng)變測點(diǎn)編號依次為1～35）

圖5 斷面撓度測點(diǎn)布置示意圖（從左至右撓度測點(diǎn)編號依次為1～5）

2.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 撓度測試

在左偏載和右偏載的工況下，撓度測試結(jié)果見表1、表2，理論值和實(shí)測撓度值對比如圖6 所示。

表1 左偏載工況下測試結(jié)果 單位：mm

表2 右偏載工況下測試結(jié)果 單位：mm

圖6 兩種工況下理論與實(shí)測撓度值對比圖

2.3.2 應(yīng)變測試

在左、右偏載的工況下，通過采集35 個(gè)應(yīng)變測試點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圖像把理論值與實(shí)測值進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7 所示。應(yīng)變校檢系數(shù)在0.86～0.94。

圖7 兩種工況下理論與實(shí)測應(yīng)力值對比圖

2.4 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)跨所測應(yīng)力、撓度校驗(yàn)系數(shù)η＜1，滿足規(guī)范要求。從圖6、圖7 可以看出，理論計(jì)算的撓度、應(yīng)力曲線趨勢基本一致，說明梁格法具有清晰的反映出橋梁實(shí)際空間受力情況，與實(shí)體模型吻合度高。

3 動(dòng)載試驗(yàn)

3.1 梁格法計(jì)算模型

利用Midas Civil 建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型，計(jì)算得到橋梁結(jié)構(gòu)的理論自振頻率。一階豎向自振頻率理論結(jié)果為2.55 Hz。其計(jì)算模型理論圖如圖8 所示。

圖8 鋼箱梁一階豎向振型理論圖

3.2 動(dòng)荷載試驗(yàn)結(jié)果與分析

動(dòng)荷載試驗(yàn)的加載工況分為脈動(dòng)試驗(yàn)和動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)。其中動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)包括無障礙行車試驗(yàn)、剎車試驗(yàn)和跳車試驗(yàn)。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，在外部移動(dòng)荷載作用下，最大拉應(yīng)力點(diǎn)為最大正彎矩截面處梁底處。因此為獲得較好的測試效果，此次動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)分別選取試驗(yàn)斷面下緣處的應(yīng)變測點(diǎn)作為動(dòng)力響應(yīng)測點(diǎn)。自振特性測試結(jié)果見表3。實(shí)測梁段自陣頻譜圖如圖9 所示。

表3 實(shí)測自振頻率、理論頻率對比

圖9 實(shí)測梁段自振頻譜（f=3.42 Hz）

3.3 模態(tài)測試結(jié)果及分析

為保證結(jié)構(gòu)模態(tài)結(jié)果分析的正確性，此次借助Midas Civil 2017，對第七跨鋼箱梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。結(jié)構(gòu)模態(tài)理論計(jì)算結(jié)果見表4，實(shí)測結(jié)構(gòu)振型如圖10 所示。

表4 結(jié)構(gòu)模態(tài)理論計(jì)算結(jié)果

圖10 豎向一階振型模態(tài)測試圖

通過圖10 可知，第七跨鋼箱梁一階豎向模態(tài)測試結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相對比，實(shí)測振型與理論振型基本一致。說明梁格法建模與實(shí)體吻合度高，精度較高，合理可行。

4 結(jié) 語

本文通過梁格模型和實(shí)測實(shí)體模型的對比，發(fā)現(xiàn)在靜載試驗(yàn)中撓度變化曲線和應(yīng)變變化曲線的趨勢基本相同，動(dòng)載試驗(yàn)中兩種振型基本相似。說明梁格法建模的合理性，且能夠很好地模擬鋼箱梁在荷載試驗(yàn)中的空間受力狀態(tài)，滿足荷載試驗(yàn)檢測要求。