預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)寬箱梁荷載試驗分析方法

黃衛(wèi)民 丁艷超

(1.重慶建工集團(tuán)四川遂資高速公路有限公司，四川遂寧 629000;2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

1 橋梁概況

本文以4×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁為背景，本橋橋面寬度為15.5 m，橫向布置為0.57 m(防撞護(hù)欄)+14.36 m(機(jī)動車道)+0.57 m(防撞護(hù)欄)。設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn):公路—Ⅰ級。橋梁結(jié)構(gòu)斷面圖、平面布置圖以及立面布置圖分別如圖1～圖3所示。

2 寬箱梁荷載試驗分析方法

目前針對寬箱梁靜載試驗的計算方法大多采用單梁建模的分析方法，這種方法的弊端在于其很大程度上未能反映橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況。眾所周知，寬箱梁結(jié)構(gòu)由于剪力滯效應(yīng)的存在使得其縱向應(yīng)變沿橋梁橫橋向是不均勻變化的，而單梁的計算結(jié)果沿橫橋向是相同的。因此，為了更好的了解橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀況，需要對寬箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體單元分析。

2.1 桿系單元模型與實(shí)體單元模型在荷載試驗中分別發(fā)揮的作用

1)Midas/Civil桿系單元模型的作用。

橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗可行性的一個重要指標(biāo)為“荷載試驗效率”，該項指標(biāo)可按控制內(nèi)力、應(yīng)變或變位等效原則確定。Midas/Civil桿系單元模型采用“移動荷載分析與移動荷載追蹤”的兩大分析模塊，按照“荷載試驗效率”的等效原則確定實(shí)際荷載試驗用車的相關(guān)參數(shù)及試驗用車沿橋梁結(jié)構(gòu)縱向的布載位置。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)斷面圖（單位：cm）

圖2 橋梁結(jié)構(gòu)平面圖（單位：cm）

圖3 橋梁結(jié)構(gòu)立面圖（單位：cm）

2)Midas/FEA實(shí)體單元模型的作用。

將桿系單元模型計算出的與設(shè)計荷載按照內(nèi)力或變位等效原則確定的荷載試驗用車以荷載的形式模擬到實(shí)體單元模型中，確定其試驗截面各測點(diǎn)的理論計算值(應(yīng)變與撓度計算值)，并繪制應(yīng)變與撓度的橫橋向的變化曲線。

2.2 寬箱梁荷載試驗分析步驟

1)汽車沖擊系數(shù)。

本橋在計算沖擊系數(shù)時，考慮水泥混凝土鋪裝層對結(jié)構(gòu)剛度的拱箱，將瀝青混凝土鋪裝層作為每延米質(zhì)量計入，具體沖擊系數(shù)計算結(jié)果見表1。

表1 汽車沖擊系數(shù)計算結(jié)果

2)建立本橋Midas/Civil桿系單元模型及Midas/FEA實(shí)體單元模型(見圖4，圖5)。

本橋共建立桿系單元132個單元，實(shí)體單元131 203個單元。在計算設(shè)計荷載控制效應(yīng)時綜合考慮沖擊系數(shù)與多車道折減，通過桿系單元分析模型確定汽車荷載的縱向布置后將其模擬如實(shí)體單元模型，從而得出相應(yīng)工況下各個結(jié)構(gòu)應(yīng)變與撓度曲線。橋梁結(jié)構(gòu)各控制截面內(nèi)力計算結(jié)果見表2。

3)測試斷面與加載試驗項目。

利用Midas/Civil分析模型，以邊跨與次邊跨最大正彎矩及最大負(fù)彎矩為原則確定測試斷面位置，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、受力特點(diǎn)選取如圖6所示測試斷面。

圖4 Midas/Civil計算模型

圖5 Midas/FEA計算模型

表2 橋梁結(jié)構(gòu)各控制截面內(nèi)力計算結(jié)果

圖6 橋梁結(jié)構(gòu)測試斷面布置圖（單位：cm）

4)荷載試驗效率及車輛荷載布置。

a.荷載效率。

本橋加載工況、理論計算值、試驗計算值及荷載效率如表3所示。

表3 本橋靜力加載試驗計算值及荷載效率表 kN·m

b.各工況試驗荷載立面布置圖見圖7～圖9。

圖7 工況1/工況2加載車縱向布置圖（單位：m）

5)各工況理論計算值。

圖8 工況3/工況4加載車縱向布置圖（單位：m）

圖9 工況5/工況6加載車縱向布置圖（單位：m）

J1～J3截面應(yīng)變與撓度測點(diǎn)布置圖見圖10，圖11。

圖10 J1/J3截面應(yīng)變與撓度測點(diǎn)

圖11 J2截面應(yīng)變測點(diǎn)

試驗荷載下控制截面部分工況下的應(yīng)變與撓度計算結(jié)果見表 4，表 5。

表4 各工況控制截面測點(diǎn)應(yīng)變驗計算值 με

表5 各工況控制截面測點(diǎn)撓度驗計算值 mm

3 結(jié)語

通過以上各工況桿系單元與實(shí)體單元分析模型的對比可知，本文采用的寬箱梁荷載試驗方法在實(shí)際工程中具有一定的優(yōu)越性，得到了橋梁結(jié)構(gòu)測試斷面的應(yīng)變與撓度沿橫橋向精確的變化曲線，從而可以更準(zhǔn)確的對橋梁的承載能力以及技術(shù)狀況進(jìn)行分析與評價。

［1］ JTG D60-2004，公路橋梁設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［2］ JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ 姚玲森.橋梁工程［M］.第2版.北京:人民交通出版社，2008.

［4］ 李 喬.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］.北京:中國鐵道部出版社，2001.