鋼桁架連續梁橋結構受力特性靜載試驗分析

王玨

[山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原030000]

1 工程概況

該橋為西藏加查水電站場內交通工程上游施工便橋，該橋跨越雅魯藏布江，上部結構為4×40m 的鋼桁架連續梁橋，全長170m。橋面橫向布置為9.0m（行車道）+2×0.75m（人行道）+2×0.075m（欄桿），下部結構為雙柱式橋墩，基礎為樁基礎。設計荷載為汽-60級，單跨最多允許兩輛60t 車通行，行車速度不超過20km/h。橋跨方向規定從左岸側到右岸側為正方向，分別為第一跨、第二跨、第三跨、第四跨。墩臺編號按正方向依次編號為0#橋臺、1#墩、2#墩、3#墩、4#橋臺。

2 鋼桁架連續梁橋靜載試方案

2.1 試驗工況及加載方法

選擇第一跨距0# 橋臺17m 處為J1 截面、距1#墩頂中心線1m 處為J2 截面、第二跨跨中為J3 截面，共3個測試截面。根據控制截面內力等效原則，確保控制截面的荷載效率滿足相關規范要求，總共采用6 臺車作為加載車輛。所有加載車輛均為前中軸距3.25m，中后軸距1.5m，輪距1.8m 的三軸貨車。靜載試驗開始前對所有加載車輛均進行過磅稱重，前軸重約8t，中后軸重約33t，總重約41t。

根據該橋結構特點及測試截面荷載試驗效率系數的要求，該橋加載車輛布置如下[1]。

其一，各工況車輛縱向布置如圖1～圖3 所示。

圖1 J1 截面第三級加載縱橋向荷載布置圖

圖2 J2 截面第三級加載縱橋向荷載布置圖

圖3 J3 截面第三級加載縱橋向荷載布置圖

其二，車輛偏載、正載橫向布置如圖4、圖5 所示。

圖4 偏載橫斷面布置圖（單位：cm）

圖5 正載橫斷面布置圖（單位：cm）

2.2 測點布置

根據該類橋型的受力特點，主要在鋼桁架弦桿部位布置應變測點，每一片鋼桁架的上、下弦桿分別在上、下兩側各布置一個應變測點。下弦桿測點編號為A1～A22，上弦桿測點編號為B1～B22。

J1、J3 控制截面最大正彎矩時測量L1、L2 斷面各測點撓度，L1、L2 斷面分別離0#橋臺20m 和58m 處，每個斷面布置11 個測點，反射棱鏡布置在每一片鋼桁架正上方橋面處。

2.3 理論模型計算

根據橋梁結構、設計荷載情況，通過計算確定偏心加載工況以兩車道控制加載計算控制內力，右偏（左岸側至右岸側方向）和對稱加載以J1、J2、J3 截面為控制截面[2]。

根據計算分析結果，得出橋跨各控制截面在設計活載作用下的控制內力、在擬定試驗車作用下的試驗加載內力和試驗效率見表1。

表1 擬定車重計算的靜載試驗效率

3 鋼桁架連續梁橋靜載試驗結果分析

3.1 應變結果分析

根據荷載試驗結果，在不同工況下各試驗截面測點應變的實測應變值與理論計算值繪制應變對比，如圖6～圖11 所示[3]。

圖6 （b）J1 截面上弦桿偏載實測應變值與理論計算值對比圖

圖6 （a）J1 截面下弦桿偏載應變實測應變值與理論計算值對比圖

圖7 （b）J1 截面上弦桿正載實測應變值與理論計算值對比圖

圖7 （a）J1 截面下弦桿正載實測應變值與理論計算值對比圖

圖8 （b）J2 截面上弦桿偏載實測應變值與理論計算值對比圖

圖8 （a）J2 截面下弦桿偏載實測應變值與理論計算值對比圖

圖9 （b）J2 截面上弦桿正載實測應變值與理論計算值對比圖

圖9 （a）J2 截面下弦桿正載實測應變值與理論計算值對比圖

圖10 （b）J3 截面上弦桿偏載實測應變值與理論計算值對比圖

圖10 （a）J3 截面下弦桿偏載實測應變值與理論計算值對比圖

圖11 （b）J3 截面上弦桿正載實測應變值與理論計算值對比圖

圖11 （a）J3 截面下弦桿正載實測應變值與理論計算值對比圖

由圖6～圖11 可以得出：在試驗荷載作用下，各控制截面主要測點應變校驗系數小于1，整體滿足規范要求。但所測數據波動較大，受力不均勻，橋梁整體工作性能一般，由于鋼桁架連續梁橋各部件為螺栓連接，在橋梁的正常使用過程中，為了防止橋梁局部應力偏大，建議使用時限制通行荷載并嚴格控制車速[4]。

鋼桁架每片梁之間均采用螺栓連接，致使結構整體工作性能一般，連接處的間隙、螺栓稍有松動，會導致該測點實測殘余應變數據偏大，受力不均等現象。根據統計現場實測殘余應變數據，應變各測點相對殘余應變數據一般在0～20%之間，整體彈性較好，滿足規范要求。少數因連接處螺栓引起的殘余應變數據過大的地方應引起重視，需重新緊固螺栓。連接處螺栓緊固不到位是導致殘余應變過大和應力分布不均勻的重要因素。

3.2 撓度結果分析

根據荷載試驗結果，在不同工況下各試驗截面測點撓度的實測應變值與理論計算值繪制撓度對比，如圖12～圖14 所示[5]。

圖12 L1 截面偏載橫向撓度實測值與理論值對比圖（單位：cm）

圖13 L1 截面正載橫向撓度實測值與理論值對比圖（單位：cm）

圖14 L2 截面偏載橫向撓度實測值與理論值對比圖（單位：cm）

撓度測試結果表明：在試驗荷載作用下，各控制截面撓度校驗系數小于1，撓度滿足規范要求。由于鋼桁架連續梁橋在重荷載作用下撓度較大，在橋梁的正常使用過程中，為了縮小橋梁的變形，建議使用時限制通行荷載并嚴格控制車速。

4 結論

第一，鋼桁架連續梁橋在靜載試驗中，無論應變還是撓度，理論計算結果與實測結果趨勢一致，現行計算方法比較可靠。

第二，鋼桁架連續梁橋在施工時應注重螺栓、鉚釘、焊縫等連接構造的質量。在該橋的靜載試驗中發現，螺栓的連接作用對橋梁的承載能力有決定性影響。

第三，目前國內外對于鋼桁架連續梁橋的相關試驗研究尚不充分，通過本文的相關研究為此類橋的力學行為提供了重要參考依據。