預(yù)制空心板橋梁格模型的荷載試驗驗證

李現(xiàn)科 于品德 張會禮

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州450006）

1 引言

目前，可以應(yīng)用多種方法來計算橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下，以及各種因素影響下的內(nèi)力和撓度分布狀態(tài)，較精確的空間結(jié)構(gòu)分析是采用有限元理論，將空間結(jié)構(gòu)分成板、殼或其他單元聯(lián)接成的整體結(jié)構(gòu)。梁格法的特點是用等效梁格來代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，通過計算梁格的受力狀態(tài)來得到實橋受力狀態(tài)，它易于理解和使用，本文將針對空心板橋梁，運用梁格法建立有限元模型，用荷載試驗實測數(shù)據(jù)對其撓度計算值及其撓度橫向分布進行對比驗證。

2 計算模型

某20m裝配式后張法部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，計算跨徑為19.96m，橫斷面由11塊空心板組成。空心板采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力筋為Φ15.24鋼絞線。橋板上現(xiàn)澆C50抗裂增強纖維混凝土10cm，上涂FYT-1改進型防水層，橋面為厚度為4cm的瀝青混凝土且設(shè)2%的橫坡，橋面橫坡由墊石高度及鋪裝層厚度共同調(diào)整。結(jié)構(gòu)尺寸見圖1。

圖1 空心板斷面尺寸

采用結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil建立有限元模型，研究跨中撓度值及其橫向分布規(guī)律，建立的梁格模型。根據(jù)個主梁間接縫的構(gòu)造特征，建立有限元模型時橫梁的剛度為空心板的橫向剛度，節(jié)縫處考慮鉸接和剛接兩種情況，這樣可建立圖2所示梁格模型。

圖2 梁格模型

3 荷載試驗概況

本次荷載試驗選取汽車作為試驗荷載。該橋加載的控制荷載等級依照公路-I級的效應(yīng)確定；同時為保證試驗的有效性，經(jīng)過計算確定，本次試驗共需要4輛30噸載重汽車；試驗前對每輛車都過了磅，記錄下各輛車的實際軸重、總重、輪間距和軸間距。

本次試驗采用等效荷載的原則布載，布載情況見圖3所示。

圖3 正載車位平面布置圖（圖中標注以cm計）

4 結(jié)果對比分析

4.1 撓度對比

為了解如何建立梁格模型才能更好的模擬橋梁實際受力情況，分別以橫向剛接、鉸接方式建立梁格模型，輔以單梁模型理論計算值，和荷載試驗的實測跨中撓度值進行對比分析。荷載試驗各梁跨中撓度實測值及各模型跨中撓度的理論計算值見表1。

表1 荷載試驗各梁跨中撓度實測值及各模型跨中撓度的理論計算值

圖4 正載工況作用下實測及計算值

由以上圖表可以看出，荷載試驗跨中撓度的實測值較各模型的理論計算值都要小，在數(shù)值和趨勢上都與單梁模型和梁格橫向剛接模型相接近。一方面驗證了空心板梁格建模計算的可行性，另一方面為建模精細化提供參考。

4.2 撓度橫向分布影響線對比

為了解各工況荷載左用下荷載橫向分布情況，求出各計算模型的撓度橫向分布影響線豎標值，與實測跨中撓度橫向分布影響線豎標值進行對比分析。實測跨中撓度橫向分布影響線豎標值與各模型的跨中撓度橫向分布影響線豎標值見表2。

表2 實測及各模型的跨中撓度橫向分布影響線豎標值

圖5 正載工況作用下跨中撓度橫向分布影響線

由以上圖表可以看出，實測跨中撓度橫向分布影響線與單梁模型和梁格橫向剛接模型的跨中撓度橫向分布影響線更為接近，目前空心板單梁模型理論計算已經(jīng)很成熟，這就驗證了梁格建模計算的可行性。

通過對荷載試驗實測撓度及其橫向分布與梁格模型及單梁模型的理論計算值進行對比可知，對空心板橋進行梁格建模計算是可行的。從圖4～圖5可以看出，實測結(jié)果在數(shù)值和趨勢上都與單梁模型和梁格橫向剛接模型相接近，這就要求在建模時橫梁連接方式及剛度取值要恰當。

5 結(jié)語

目前，空心板橋單梁模型理論計算已經(jīng)相當成熟，但建立梁格有限元模型更能清楚地了解橋梁的空間受力分布情況，為了解如何建立梁格模型才能更好的模擬橋梁實際受力情況，本文分別以橫向剛接、鉸接方式建立梁格模型，輔以單梁模型理論計算值，和荷載試驗的實測跨中撓度值進行對比分析。結(jié)果證明，實測結(jié)果在數(shù)值和趨勢上都與單梁模型和梁格橫向剛接模型相接近，這就要求在建模時橫梁連接方式及剛度取值要恰當才能得到較為精確的理論計算結(jié)果。本文一方面驗證了空心板梁格建模計算的可行性，另一方面可為空心板橋建模精細化提供參考。

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