波形鋼腹板組合箱梁荷載試驗研究*

楊 芳 ，寇 剛 ，楊 玲 ，馬 奔 ，程 實

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橋梁荷載試驗作為一種比較直觀的評定方法，在我國橋梁發(fā)展中起著重要作用。文章以一座典型山區(qū)高速公路橋梁為例，給出了波形鋼腹板組合箱梁荷載試驗方法，為同類橋型的試驗檢測及推廣應(yīng)用提供了一定的借鑒。

1 工程概述

某天橋上跨省級高速公路，橋梁全長66.16m，橋面寬度為5.5m，上部結(jié)構(gòu)尺寸為2m×30m波形鋼腹板PC組合現(xiàn)澆箱梁，橋墩采用柱式墩，樁基礎(chǔ)。橋梁橫斷面按0.5m（護欄）+4.5m（行車道）+0.5m（護欄）布置。橋梁設(shè)計荷載等級為公路-Ⅱ級。

2 荷載試驗方法

2.1 測點布置

經(jīng)分析，在第1跨0.4L截面布置4個撓度測點及5個應(yīng)變測點，在1號墩支點截面混凝土板底內(nèi)部布置5個應(yīng)變測點。應(yīng)變片和撓度觀測點的具體位置和編號如圖1、圖2所示。

圖1 混凝土應(yīng)變測點布置圖（單位：cm）

圖2 撓度測點布置圖（單位：cm）

2.2 加載車輛參數(shù)

采用2輛重車加載，為保證加載的準(zhǔn)確性，在試驗前對加載車輛（車重+載重）進行過磅，并對每輛加載車的前軸與中軸間距及中軸與后軸間距進行量測，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 加載車輛參數(shù) 單位：kN

2.3 加載效率

設(shè)計荷載為公路-Ⅱ級，試驗荷載采用2輛重車加載，該試驗各工況加載效率均為1.03，滿足規(guī)范要求，試驗加載有效。

2.4 加載工況

在橋跨結(jié)構(gòu)處于最不利的荷載情況下加載，分為中載和偏載，橋梁的靜載試驗按以下工況進行：（1）工況1、2。第1跨跨中正彎矩最不利截面，加中、偏載。（2）工況3、4。1號墩墩頂處負(fù)彎矩最不利截面，加中、偏載。

2.5 理論計算

采用有限元分析方法對橋梁受力狀況進行建模分析，共劃分為60293個節(jié)點，53419個單元，節(jié)點劃分及結(jié)構(gòu)離散圖如圖3所示。

圖3 局部有限元模型

3 試驗結(jié)果與分析

根據(jù)各工況下車輛荷載在模型上的空間位置，解出試驗荷載作用下各梁的撓度和應(yīng)力。

（1）撓度測試結(jié)果。該撓度測試共加載4次，每個工況2次，撓度實測值為2次加載所測的平均值。由撓度計算結(jié)果可知，在荷載作用下，工況1作用下第1跨0.4L截面的最大撓度為7.205mm，工況2作用下第1跨0.4L截面的最大撓度為7.7mm，符合中、偏載下?lián)隙纫?guī)律。主梁在荷載作用下，各點的撓度實測值均小于計算值，遠小于規(guī)范限值，相對殘余變位在20%之內(nèi)，工況1、2作用下第1跨0.4L截面撓度的校驗系數(shù)均值分別為0.47和0.47，表明橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度較大，受力狀況良好。

（2）應(yīng)變測試結(jié)果。應(yīng)變測試共加載8次，每個工況2次，應(yīng)變實測值為2次加載所測應(yīng)變的平均值。由ANSYS計算應(yīng)變結(jié)果可知，在荷載作用下，混凝土底板應(yīng)變最大，工況1作用下0.4L截面縱橋向應(yīng)變最大為82，工況2作用下0.4L截面縱橋向應(yīng)變最大為88，工況3墩頂截面附近縱橋向應(yīng)變最大為53，工況4墩頂截面附近縱橋向應(yīng)變最大為55，符合中、偏載下應(yīng)變計算值規(guī)律。應(yīng)變實測值與試驗荷載作用下應(yīng)變計算值的比較結(jié)果如圖4～7所示。各測點的應(yīng)變實測值均小于計算值，相對殘余應(yīng)變在20%以下，工況1、2作用下第1跨0.4L截面應(yīng)變的校驗系數(shù)均值分別為0.48和0.45，工況3、4作用下1號墩頂截面應(yīng)變的校驗系數(shù)均值分別為0.43和0.45，應(yīng)變校驗系數(shù)滿足要求，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作范圍，且有一定的安全儲備。

圖4 工況1應(yīng)變比較圖

圖5 工況2應(yīng)變比較圖

圖6 工況3應(yīng)變比較圖

圖7 工況4應(yīng)變比較圖

4 結(jié)論

（1）該試驗各工況加載效率均介于0.95～1.05，滿足規(guī)范規(guī)定，加載合理有效。

（2）試驗荷載作用下，測試截面實測撓度、應(yīng)力均小于理論值，波型鋼腹板橋梁受力性能良好，結(jié)構(gòu)剛度、強度滿足設(shè)計要求。

（3）試驗橋梁結(jié)構(gòu)剛度、強度滿足規(guī)范要求，在各工況試驗荷載作用下測試斷面未發(fā)現(xiàn)裂縫及異常變形，表明該橋設(shè)計、施工安全可靠，承載能力滿足規(guī)范要求，能為后續(xù)同類橋梁的建設(shè)提供參考。