橋梁靜力荷載試驗(yàn)理論計(jì)算的探討

張 顯 昆

(貴州省交通建設(shè)工程檢測(cè)中心有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550008)

橋梁靜力荷載試驗(yàn)理論計(jì)算的探討

張 顯 昆

(貴州省交通建設(shè)工程檢測(cè)中心有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550008)

對(duì)橋梁靜力荷載試驗(yàn)理論計(jì)算階段不同計(jì)算方法進(jìn)行了探討，結(jié)合具體的工程實(shí)例，對(duì)測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法進(jìn)行了介紹，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，指出橋梁的理論計(jì)算對(duì)橋梁靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)具有決定性的作用。

靜力荷載試驗(yàn)，計(jì)算方法，試驗(yàn)結(jié)果

高速公路飛速發(fā)展的今天，地形的限制，橋梁成為高速公路不可缺少的一部分。由于裝配式T梁、小箱梁具有結(jié)構(gòu)形式可以成批的生產(chǎn)，施工效率高，施工質(zhì)量好控制等優(yōu)點(diǎn)，此結(jié)構(gòu)形式大量應(yīng)用于高速公路的建設(shè)中。根據(jù)相關(guān)文件及規(guī)范的要求，對(duì)新建的高速公路竣交工驗(yàn)收之前，要進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)。

目前，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)為裝配式T梁、小箱梁等的橋梁荷載試驗(yàn)，由于其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，有些檢測(cè)單位對(duì)這些橋梁的理論計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，只考慮一維桿系建立平面模型。此時(shí)，所計(jì)算出的控制截面處每片梁在實(shí)際荷載作用下的應(yīng)力值均為同一個(gè)值。然而在橋梁荷載試驗(yàn)中，加載物一般采用載重汽車(chē)，由于載重汽車(chē)各軸重的差異，實(shí)際布載時(shí)載位的偏差，都會(huì)引起橋梁各片梁的受力不同。運(yùn)用工程實(shí)例，橋梁結(jié)構(gòu)模型采用一維平面桿系模型和空間有限元模型進(jìn)行建立，通過(guò)結(jié)果的比較，得出不同的理論計(jì)算方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

1 概述

橋梁靜力荷載試驗(yàn)是通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計(jì)荷載或使用荷載基本相當(dāng)?shù)耐夂奢d，采用分級(jí)加載的方式，利用檢測(cè)儀器測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)的控制部位與控制截面在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的撓度、應(yīng)力、裂縫等特性的變化，將測(cè)試結(jié)果與結(jié)構(gòu)相應(yīng)荷載作用下的計(jì)算值與理論值或有關(guān)規(guī)范規(guī)定值做比較，從而評(píng)定出橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。通過(guò)比較值即校驗(yàn)系數(shù)來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)潛在的承載力，相對(duì)殘余應(yīng)變反映了結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)[1]。

鑒于橋梁靜力荷載試驗(yàn)的結(jié)果是通過(guò)實(shí)際荷載作用下的計(jì)算值與理論計(jì)算值的比較值，即校驗(yàn)系數(shù)來(lái)判斷的。那么在荷載試驗(yàn)前期的理論計(jì)算就尤為重要，直接影響荷載試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)判。目前橋梁結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算多以各種通用有限元程序建立平面或空間的模型，計(jì)算出控制荷載，確定出控制部位及控制截面。

2 計(jì)算方法簡(jiǎn)介

1)一維桿件模型。一維平面桿系建立有限元模型，是在一個(gè)平面內(nèi)來(lái)考慮整個(gè)模型的建立，在計(jì)算過(guò)程中都是簡(jiǎn)化成一維桿

件進(jìn)行的，比如，對(duì)于一個(gè)梁橋來(lái)說(shuō)，建立模型是將上部結(jié)構(gòu)的截面輸入軟件中，軟件自動(dòng)計(jì)算出截面的特性參數(shù)，并將參數(shù)賦予相應(yīng)的桿件，最終計(jì)算出內(nèi)力影響線、控制截面內(nèi)力值、控制位置撓度值等結(jié)果。那么，在實(shí)際施加外荷載時(shí)，作為空間的外荷載就無(wú)法體現(xiàn)，此時(shí)也只能將外荷載簡(jiǎn)化成平面的集中荷載或均布荷載。類(lèi)似的軟件有交通部科學(xué)研究所研發(fā)的GQJS、橋梁博士等。

2)空間有限元模型?？臻g有限元建立結(jié)構(gòu)模型，是從三維的角度考慮結(jié)構(gòu)計(jì)算的，此時(shí)可以利用具有三維特性的實(shí)體單元建立模型。對(duì)于裝配式橋梁，可以建立出每片主梁及相對(duì)位置，考慮橫向聯(lián)系的作用、施加外荷載時(shí)橫向布載的影響等。計(jì)算結(jié)果中可以單獨(dú)提取控制截面處每片梁的應(yīng)力及撓度值。

3 工程實(shí)例

1)概況。某大橋，跨徑組合為4×30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)裝配式混凝土連續(xù)小箱梁，主梁為4片小箱梁形式，下部采用柱式墩、柱、肋式臺(tái)，基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)?，F(xiàn)對(duì)橋梁第一跨進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)，為了更明顯的比較試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)布載為偏載工況。

2)測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布設(shè)。本次選取大橋第一跨作為測(cè)試橋跨，通過(guò)計(jì)算，控制截面為第一跨最大內(nèi)力處的K1截面，如圖1所示，位置為距跨中截面1.5 m處。測(cè)點(diǎn)布置在控制截面處每片箱梁下緣混凝土表面，應(yīng)力傳感器的測(cè)試方向與測(cè)試截面受力方向一致，如圖2所示。

3)加載方式。本次荷載試驗(yàn)采用等效荷載法進(jìn)行加載，通過(guò)計(jì)算，需要4輛載重汽車(chē)進(jìn)行加載。

4)理論計(jì)算。在滿(mǎn)足荷載效率(0.8～1.05)[2]的情況下進(jìn)行加載，通過(guò)實(shí)際荷載的作用，利用不同的計(jì)算方法，外荷載作用下各片箱梁底面的計(jì)算應(yīng)力見(jiàn)表1。

表1 大橋試驗(yàn)截面在實(shí)際活載載位作用下的計(jì)算應(yīng)力表

MPa

5)試驗(yàn)結(jié)果。采集實(shí)際荷載作用下控制截面各片主梁的應(yīng)變實(shí)測(cè)值εe與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，其中應(yīng)力值按一維單向受力狀態(tài)進(jìn)行處理：σ=Eε，其中主梁混凝土的彈性模量E取規(guī)范推薦值。通過(guò)比較得出校驗(yàn)系數(shù)σe/σs，見(jiàn)表2。

4 結(jié)果分析

通過(guò)結(jié)果的分析，可看出利用空間有限元計(jì)算的工況，更能真實(shí)的反映各梁的受力情況，校驗(yàn)系數(shù)為0.67～0.77，均勻性好。平面計(jì)算情況下，由于計(jì)算應(yīng)力均為5.50，僅能反映控制截面各梁應(yīng)力的一個(gè)平均水平，校驗(yàn)系數(shù)為0.65～0.79，比較離散，均勻性略差于前者。而且隨著加載車(chē)輛各軸重的差別越大、加載時(shí)加載位置的偏差越大，后者的這種離散性就越大。

表2 K1截面偏載實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論值比較表

特殊情況下，運(yùn)用平面計(jì)算方法計(jì)算的結(jié)果，用于承載力評(píng)價(jià)時(shí)，邊梁的校驗(yàn)系數(shù)有可能大于1，此時(shí)會(huì)對(duì)我們的結(jié)果判斷帶來(lái)誤導(dǎo)。所以，橋梁的理論計(jì)算對(duì)橋梁靜力荷載試驗(yàn)的結(jié)果評(píng)價(jià)具有決定性的作用。

[1] 諶潤(rùn)水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗(yàn)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 白亮平.談公路橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)靜載荷試驗(yàn)[J].山西建筑，2013，39(26)：150-151.

[3] YC4-/1982，大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[S].

Inquiry on theoretical calculation of static bridge load test

ZHANG Xian-kun

(GuizhouTrafficConstructionEngineeringDetectionCenterCo.,Ltd,Guiyang550008,China)

The paper explores different calculation methods of static bridge load test at theoretical calculation phase, introduces the testing section and testing point distribution methods by combining with specific engineering example, analyzes the testing results, and finally points out that: the theoretical bridge calculation has determinative role for evaluating the static bridge load test results.

static load test, calculation method, experimental result

1009-6825(2014)11-0204-02

2014-01-21

張顯昆(1984- )，男，工程師

U441.2

A