簡支鋼混箱梁荷載試驗分析與研究

付泉辰

(山西路橋第六工程有限公司,山西 太原 030000)

1 工程概況

某大橋采用50+4×52.5+50 m簡支鋼混組合箱梁,河中部分橋墩斜交102°,兩端接小箱梁跨,小箱梁橋墩均按正交布置。50 m及2.5 m鋼混組合箱梁橋梁高均為250 cm,鋼混組合箱梁橋橫斷面由3片主箱梁構成,每片鋼箱梁中心間距642.5 cm,凈距442.5 cm,箱梁懸臂長度100 m。52.5 m鋼混組合箱梁按照斜交102°斜交布置,跨越防洪堤的50 m跨鋼混組合箱梁按T型塊布置,鋼混組合箱梁橋的橫聯(橫梁)均按垂直方向布置,以利用橫向傳力。

下部橋墩主要采用ф160～180 cm的雙柱式鋼筋橋墩,雙柱式預應力蓋梁,對于連續箱梁采用無蓋梁鋼筋混凝土多柱式橋墩,墩頂設置頂系梁。雙柱式預應力混凝土蓋梁柱間距910 cm,蓋梁高度180 cm,寬度220 cm,按照部分預應力A類構件進行設計。

采用六車道高速公路技術標準,設計速度120 km/h,整體式路基寬度34.5 m,瀝青砼路面,橋涵設計汽車荷載采用公路-Ⅰ級,特大橋設計洪水

頻率1/300,大、中、小橋、涵洞及路基設計洪水頻率為1/100,隧道建筑限界17.75×5 m,地震基本烈度為VI度。

2 計算分析模型

根據設計圖紙和現場檢查結果,借助有限元結構分析軟件midas Civil進行空間建模,全橋采用梁單元進行模擬,截面采用截面特征值導入,計算模型如圖1所示。

圖1 50 m跨鋼箱梁有限元模型

3 靜力荷載試驗

3.1 試驗工況

結合試驗橋跨的結構特點,根據《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01—2015)的相關要求,鋼箱梁靜載試驗工況設置見表1[1-4]。

表1 鋼箱梁靜載試驗工況設置及控制截面

3.2 應變(應力)測點布置

靜態應變(應力)測點布置應遵循以下原則:(1)測點布置能全面反映試驗工況的最大內力;(2)布設一定的校核測點,以保證測試數據的可靠。

選擇各工況內力控制截面(J1～J4/J1～J3)為靜態應變測試截面。

3.3 靜態撓度和支點沉降測點布置

選擇的撓度測試截面及測點布置,橫向布置在每片梁板的底面或頂面,在測試橋跨的兩端布置支點沉降測點,分別布置在兩側支座中心線上方。

3.4 靜載試驗車輛布置及荷載效率系數計算置

工況I:鋼箱梁跨中截面主梁最大正彎矩工況(中載)

J1截面影響線,工況I車輛縱橫向布置及分級加載示意,加載的荷載試驗效率系數見表2。

表2 荷載試驗效率系數

4 靜載試驗結果

4.1 羊安高架特大橋(Ⅰ段)-50 m跨簡支鋼混組合箱梁

(1)應變理論結果

各工況的試驗荷載作用下,梁體測試截面的理論應變值見表3。

表3 鋼箱梁測試截面控制測點應變理論結果 單位:με

(2)撓度結果

相應控制工況荷載作用下各測點撓度值見表4。

表4 鋼箱梁試驗荷載作用下橋面撓度結果 單位:mm

圖2 鋼箱梁試驗荷載作用下橋面撓度結果圖(單位:cm)

5 結 論

(1)該橋各控制截面的實際撓度均比理論計算值小,正載和偏載兩種工況卸載后,相對殘余變形均小于規范值。橋跨結構翹曲線走勢光滑連續,與基于有限元法的理論計算曲線具有較好的一致性,表明該橋橋跨結構實際運營狀況良好,結構剛度滿足設計要求[5,6]。

(2)該橋各控制截面的實際應力與基于有限元的理論計算值相比,在正常范圍內。各工況實測值均位于理論值范圍內,且變化趨勢基本一致,表明橋跨結構強度與理論計算一致性較好,結構強度滿足設計要求[7,8]。

(3)該橋在98%荷載效率的靜力加載試驗過程中,未出現任何異常,表明在整個靜力荷載試驗過程中該橋一直處于彈性工作狀態。

(4)加載前后,箱梁測試截面附近區域內,主梁及鋪裝層未發現新增的可見橫向裂縫。