波形鋼腹板組合箱梁荷載試驗(yàn)研究*

楊 芳 ，寇 剛 ，楊 玲 ，馬 奔 ，程 實(shí)

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橋梁荷載試驗(yàn)作為一種比較直觀的評(píng)定方法，在我國(guó)橋梁發(fā)展中起著重要作用。文章以一座典型山區(qū)高速公路橋梁為例，給出了波形鋼腹板組合箱梁荷載試驗(yàn)方法，為同類(lèi)橋型的試驗(yàn)檢測(cè)及推廣應(yīng)用提供了一定的借鑒。

1 工程概述

某天橋上跨省級(jí)高速公路，橋梁全長(zhǎng)66.16m，橋面寬度為5.5m，上部結(jié)構(gòu)尺寸為2m×30m波形鋼腹板PC組合現(xiàn)澆箱梁，橋墩采用柱式墩，樁基礎(chǔ)。橋梁橫斷面按0.5m（護(hù)欄）+4.5m（行車(chē)道）+0.5m（護(hù)欄）布置。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí)。

2 荷載試驗(yàn)方法

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

經(jīng)分析，在第1跨0.4L截面布置4個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)及5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，在1號(hào)墩支點(diǎn)截面混凝土板底內(nèi)部布置5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。應(yīng)變片和撓度觀測(cè)點(diǎn)的具體位置和編號(hào)如圖1、圖2所示。

圖1 混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

圖2 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

2.2 加載車(chē)輛參數(shù)

采用2輛重車(chē)加載，為保證加載的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)前對(duì)加載車(chē)輛（車(chē)重+載重）進(jìn)行過(guò)磅，并對(duì)每輛加載車(chē)的前軸與中軸間距及中軸與后軸間距進(jìn)行量測(cè)，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 加載車(chē)輛參數(shù) 單位：kN

2.3 加載效率

設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅱ級(jí)，試驗(yàn)荷載采用2輛重車(chē)加載，該試驗(yàn)各工況加載效率均為1.03，滿(mǎn)足規(guī)范要求，試驗(yàn)加載有效。

2.4 加載工況

在橋跨結(jié)構(gòu)處于最不利的荷載情況下加載，分為中載和偏載，橋梁的靜載試驗(yàn)按以下工況進(jìn)行：（1）工況1、2。第1跨跨中正彎矩最不利截面，加中、偏載。（2）工況3、4。1號(hào)墩墩頂處負(fù)彎矩最不利截面，加中、偏載。

2.5 理論計(jì)算

采用有限元分析方法對(duì)橋梁受力狀況進(jìn)行建模分析，共劃分為60293個(gè)節(jié)點(diǎn)，53419個(gè)單元，節(jié)點(diǎn)劃分及結(jié)構(gòu)離散圖如圖3所示。

圖3 局部有限元模型

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)各工況下車(chē)輛荷載在模型上的空間位置，解出試驗(yàn)荷載作用下各梁的撓度和應(yīng)力。

（1）撓度測(cè)試結(jié)果。該撓度測(cè)試共加載4次，每個(gè)工況2次，撓度實(shí)測(cè)值為2次加載所測(cè)的平均值。由撓度計(jì)算結(jié)果可知，在荷載作用下，工況1作用下第1跨0.4L截面的最大撓度為7.205mm，工況2作用下第1跨0.4L截面的最大撓度為7.7mm，符合中、偏載下?lián)隙纫?guī)律。主梁在荷載作用下，各點(diǎn)的撓度實(shí)測(cè)值均小于計(jì)算值，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，相對(duì)殘余變位在20%之內(nèi)，工況1、2作用下第1跨0.4L截面撓度的校驗(yàn)系數(shù)均值分別為0.47和0.47，表明橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度較大，受力狀況良好。

（2）應(yīng)變測(cè)試結(jié)果。應(yīng)變測(cè)試共加載8次，每個(gè)工況2次，應(yīng)變實(shí)測(cè)值為2次加載所測(cè)應(yīng)變的平均值。由ANSYS計(jì)算應(yīng)變結(jié)果可知，在荷載作用下，混凝土底板應(yīng)變最大，工況1作用下0.4L截面縱橋向應(yīng)變最大為82，工況2作用下0.4L截面縱橋向應(yīng)變最大為88，工況3墩頂截面附近縱橋向應(yīng)變最大為53，工況4墩頂截面附近縱橋向應(yīng)變最大為55，符合中、偏載下應(yīng)變計(jì)算值規(guī)律。應(yīng)變實(shí)測(cè)值與試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變計(jì)算值的比較結(jié)果如圖4～7所示。各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于計(jì)算值，相對(duì)殘余應(yīng)變?cè)?0%以下，工況1、2作用下第1跨0.4L截面應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)均值分別為0.48和0.45，工況3、4作用下1號(hào)墩頂截面應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)均值分別為0.43和0.45，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)滿(mǎn)足要求，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于彈性工作范圍，且有一定的安全儲(chǔ)備。

圖4 工況1應(yīng)變比較圖

圖5 工況2應(yīng)變比較圖

圖6 工況3應(yīng)變比較圖

圖7 工況4應(yīng)變比較圖

4 結(jié)論

（1）該試驗(yàn)各工況加載效率均介于0.95～1.05，滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定，加載合理有效。

（2）試驗(yàn)荷載作用下，測(cè)試截面實(shí)測(cè)撓度、應(yīng)力均小于理論值，波型鋼腹板橋梁受力性能良好，結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（3）試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求，在各工況試驗(yàn)荷載作用下測(cè)試斷面未發(fā)現(xiàn)裂縫及異常變形，表明該橋設(shè)計(jì)、施工安全可靠，承載能力滿(mǎn)足規(guī)范要求，能為后續(xù)同類(lèi)橋梁的建設(shè)提供參考。