涪陵江南片區(qū)荔枝園立交荷載試驗(yàn)分析

郭延飛 李鑫 朱光情

【摘要】涪陵江南片區(qū)荔枝園立交橋?yàn)橐蛔?跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的荷載試驗(yàn)。利用三維有限元分析軟件對荔枝園立交橋進(jìn)行仿真分析并實(shí)施于橋梁荷載試驗(yàn)中。試驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果表明：橋梁在靜載作用下控制截面應(yīng)力和變形滿足設(shè)計(jì)要求。橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠。

【關(guān)鍵詞】彎橋；仿真分析；荷載試驗(yàn)；承載能力

1.工程概況

涪陵江南片區(qū)荔枝園立交橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，全橋按一聯(lián)布置，橋跨布置為2×30+27.5+36.5+27.5+2×30=211.5m。主梁采用斜腹式單箱單室等截面箱梁，梁高2.2m，主梁頂板寬為9.4m，底板寬為4.4m，兩側(cè)翼緣各外挑2.0m。端橫梁和中橫梁兩側(cè)各5.0m范圍內(nèi)，頂?shù)装?、腹板須加厚，其值為：頂板?5cm漸變?yōu)?5cm，底板由22cm漸變?yōu)?2cm，腹板由50cm漸變?yōu)?0cm。施工縫處腹板厚度為90cm，漸變段長度為5.0m。

橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)行車速度40Km/h；汽車荷載，城-A級；抗震等級6度。

荔枝園B匝道橋型布置平面圖如圖1-1所示，主梁截面尺寸及橫向布置如圖1-2所示。

2.實(shí)驗(yàn)的目的及依據(jù)

按橋梁荷載試驗(yàn)方法，通過對橋梁加載試驗(yàn)，檢測控制截面應(yīng)力、撓度、抗裂性能等指標(biāo)以達(dá)到以下目的：

⑴檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力、結(jié)構(gòu)變形及正常使用狀態(tài)是否滿足設(shè)計(jì)要求；

⑵為橋梁的鑒定和竣工驗(yàn)收提供科學(xué)依據(jù)；

⑶通過荷載試驗(yàn)，考察橋梁結(jié)構(gòu)的整體變形規(guī)律，評價結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)和工作狀況，為橋梁的設(shè)計(jì)施工以及日后運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

荷載試驗(yàn)的評定標(biāo)準(zhǔn)參照《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》和《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》JTG/T21-2011. 規(guī)定的評價指標(biāo)和有關(guān)理論計(jì)算資料對試驗(yàn)觀察結(jié)果進(jìn)行分析評定。

3.有限元的仿真分析

依據(jù)施工圖，主橋采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算模型如圖3-1，內(nèi)力包絡(luò)圖如圖3-2所示。

4.荷載試驗(yàn)的方案

4.1測點(diǎn)的布置

該橋的計(jì)算結(jié)果選擇該橋的最不利受力截面作為荷載試驗(yàn)對象，測試的主要內(nèi)容包括控制截面應(yīng)變及撓度，測試截面及具體位置如圖4.1-1所示。

圖4.1-1 控制截面橋跨位置示意圖（單位：cm）

結(jié)合本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試驗(yàn)應(yīng)力和撓度控制截面均位于跨中，共計(jì)4個，分別為J1、J3、J4、J6截面，在1號、3號墩頂截面設(shè)置J2、J5控制截面。測試截面應(yīng)變及撓度測點(diǎn)布置圖如圖4.1-2～4.1-3所示。

圖4.1-2 截面靜載試驗(yàn)應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

4.2加載方案

試驗(yàn)荷載以控制截面內(nèi)力或控制部位應(yīng)力等效原則進(jìn)行布載，并使控制截面試驗(yàn)荷載效率達(dá)到檢測規(guī)程的規(guī)定值。在保證測試截面試驗(yàn)荷載效率系數(shù)η達(dá)到0.85～1.05的條件下，經(jīng)過計(jì)算確定，采用六輛34～37噸三軸重車作為試驗(yàn)荷載。

⑴在試驗(yàn)開始前，用雙車往返多次通過試驗(yàn)橋梁，以消除部分殘余應(yīng)力，起到使試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定的效果。

⑵為保證試驗(yàn)安全，避免過載引起橋梁損壞，試驗(yàn)車輛采取多級加載。

⑶每級荷載就位后約15分鐘進(jìn)行各項(xiàng)觀測，在該級荷載使橋梁的變形穩(wěn)定后再進(jìn)行下一級荷載的加載，卸載后約30分鐘進(jìn)行殘余觀測和調(diào)零，再繼續(xù)下一工況。

⑷試驗(yàn)結(jié)束后，拆除導(dǎo)線，檢查儀器設(shè)備是否處于正常狀態(tài)并記錄。

4.3測試結(jié)果

試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)橋跨應(yīng)力（應(yīng)變）測試截面的主要檢測結(jié)果匯總于表4.3.1。

由上表可見，試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)橋跨應(yīng)力（跨中）測試截面的實(shí)測應(yīng)力小于計(jì)算值，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)處于正常范圍。應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)介于0.59～0.90，最大實(shí)測混凝土拉應(yīng)力增量為1.91MPa，荷載卸除后，多數(shù)應(yīng)力測點(diǎn)的實(shí)測殘余應(yīng)變較小。結(jié)構(gòu)處于正常的工作狀態(tài)。

（2）大橋撓度測試截面的最大實(shí)測撓度、校驗(yàn)系數(shù)等匯總于表4.3.2。

由表上表可見，試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面的實(shí)測撓度小于計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)介于0.56～0.88，實(shí)測最大正撓度增量分別為4.07mm，最大實(shí)測撓度與凈跨徑之比小于規(guī)范限值（L/600）。由上表所示的試驗(yàn)荷載作用下主橋橋跨結(jié)構(gòu)的縱向撓曲變形與計(jì)算值一致性較好，表明主橋結(jié)構(gòu)變形規(guī)律和整體工作性能正常，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）試驗(yàn)前后對測試截面附近區(qū)域及關(guān)鍵受力部位進(jìn)行了裂縫檢查，未見可見裂縫。

（4）試驗(yàn)前后對各支座進(jìn)行了檢查，支座各部分清潔完好，未見異常。

5結(jié)語

本次荷載試驗(yàn)對涪陵荔枝園江南片區(qū)立交B匝道立交橋第一跨、第二跨、第三跨、第四跨進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，靜力加載試驗(yàn)的荷載效率0.895～0.996，滿足相關(guān)檢測規(guī)程的要求。

（1）試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)橋跨應(yīng)力（跨中）測試截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)介于0.59～0.90，跨中截面最大實(shí)測混凝土拉應(yīng)力增量為1.91MPa，荷載卸除后，大多數(shù)應(yīng)變測點(diǎn)的實(shí)測殘余應(yīng)變較小，結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)。

（2）在試驗(yàn)荷載作用下，各測試截面的實(shí)測撓度值在正常范圍內(nèi)，較規(guī)范允許的撓度值小，撓度校驗(yàn)系數(shù)介于0.56～0.88之間，結(jié)構(gòu)剛度部分滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）加載前及試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)橋梁測試截面及其附近區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)可見受力裂縫。

綜上所述，靜荷載試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、抗裂性滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，承載能力符合設(shè)計(jì)荷載等級的要求。

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