橋面鋪裝對(duì)分幅裝配式T 梁橋荷載試驗(yàn)的影響研究

施宏侶 嚴(yán)瓊建 方 振

（湖北交投智能檢測(cè)股份有限公司， 湖北 武漢 430108）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅猛，在主線路與進(jìn)出口匝道處出現(xiàn)了大量分幅裝配式T 梁橋，這種結(jié)構(gòu)通常一幅接主線橋，一幅接進(jìn)出口匝道，且主線部分兩幅橋面連續(xù)，匝道部分兩幅“斷開(kāi)”，為檢驗(yàn)該種橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，保證橋梁運(yùn)營(yíng)的可靠性，進(jìn)行成橋荷載試驗(yàn)是最直觀有效的方法。目前針對(duì)這種裝配式T 梁橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算通常采用單梁法按橫向分布系數(shù)理論[1]分配以及梁格法[2]。本文以一座3x40m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橋荷載試驗(yàn)為例，通過(guò)對(duì)兩種方法計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較分析，得到一種適合此類橋梁的計(jì)算方法。

1 工程概況

某橋?yàn)?×40m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橋，橫向共計(jì)10 片T 梁，分為接匝道側(cè)T 梁和主線側(cè)T 梁，兩幅主梁之間留有2cm 縫隙。3#～4#墩之間橫向兩幅采用橋面連續(xù)，4#～6#墩之間設(shè)置防撞護(hù)墻分隔開(kāi)。橋面鋪裝采用8cm 厚C50 混凝土+10cm 厚瀝青混凝土。

圖1 主梁斷面圖

2 計(jì)算方法理論

2.1 單梁法

裝配式T 梁橋是由多片T 梁組成的空間結(jié)構(gòu)，單梁法建立單梁模型，再通過(guò)荷載橫向分布系數(shù)理論將內(nèi)力分配到各片T 梁，完成理論計(jì)算。本橋橫向兩幅T 梁均斷開(kāi)，預(yù)留2cm 縫隙，其中第一跨兩幅橋面鋪裝連續(xù)，第二、三跨兩幅橫向斷開(kāi)，對(duì)于這種橋，通常不考慮第一跨橋面鋪裝的影響，把它當(dāng)做兩座獨(dú)立橋梁進(jìn)行計(jì)算，這種方法建模簡(jiǎn)單、便捷。

2.2 梁格法

梁格法是將上部構(gòu)件用一個(gè)等效的平面梁格來(lái)模擬，將主梁的抗彎剛度和抗扭剛度集中在鄰近的等效梁格內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)的縱向剛度集中于縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中在橫向梁格構(gòu)件內(nèi)。梁格等效原則理論上應(yīng)滿足：當(dāng)原型實(shí)際結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的等效梁格承受相同荷載時(shí)，兩者的撓曲應(yīng)恒等，任一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭曲應(yīng)等于該梁格所代表的實(shí)際結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)力[3]。

3 靜載試驗(yàn)方案

3.1 有限元模型

本文對(duì)接匝道橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)，采用midas Civil 2020 建立單梁模型，不考慮第一跨橋面鋪裝影響，將接匝道橋當(dāng)做一個(gè)單獨(dú)的橋計(jì)算。

全橋包括128 個(gè)節(jié)點(diǎn)，127 個(gè)單元，計(jì)算模型如下圖2 所示。

圖2 單梁模型

同時(shí)考慮第一跨橋面鋪裝的影響，建立梁格模型，全橋共包括1414個(gè)節(jié)點(diǎn)，2349 個(gè)單元，采用一般支承模擬支座的實(shí)際位置，并用彈性連接里的剛性連接將支座與主梁連接起來(lái)。計(jì)算模型如下圖3 所示。

圖3 梁格模型

3.2 試驗(yàn)方案

本次靜載試驗(yàn)方案以三跨跨中正彎矩工況為例，采用35t 雙后軸加載車，軸距為3.8m+1.4m，軸重分配為7t+14t+14t?？刂平孛嫒缦聢D4 所示本次試驗(yàn)共設(shè)置3 個(gè)工況，如圖5～8 所示。：

圖4 控制截面布置圖（單位：cm）

圖5 工況1:加載車縱向載位布置圖（單位：cm）

圖6 工況2:加載車縱向載位布置圖（單位：cm）

圖7 工況3:加載車縱向載位布置圖（單位：cm）

圖8 加載車橫向載位布置圖（單位：cm）

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[4]規(guī)定，靜力荷載試驗(yàn)效率宜取0.85～1.05 之間，本次單梁法及梁格法計(jì)算的荷載試驗(yàn)加載效率如下表1 所示。

表1 靜載試驗(yàn)加載效率表

由上表可知，第二跨、第三跨橫橋向斷開(kāi)，單梁法和梁格法計(jì)算得到的理論彎矩值偏差較小，相對(duì)誤差在5%以內(nèi)；而對(duì)于第一跨由于單梁法沒(méi)有考慮橫橋向橋面鋪裝的影響，單梁法計(jì)算結(jié)果較梁格法計(jì)算結(jié)果偏大，偏差在15%左右。兩種方法計(jì)算的加載效率系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 撓度結(jié)果分析

在各控制截面T 梁梁底布置百分表作為撓度測(cè)點(diǎn)，撓度測(cè)試結(jié)果如表2 所示，各工況橫向分布系數(shù)圖如圖9～圖11 所示。

表2 撓度測(cè)試結(jié)果匯總表（單位：mm）

圖9 工況1:橫向分布系數(shù)對(duì)比圖

圖10 工況2:橫向分布系數(shù)對(duì)比圖

圖11 工況3:橫向分布系數(shù)對(duì)比圖

由以上圖表可知，對(duì)于工況1、3（橫橋向斷開(kāi)），各控制測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度均小于理論計(jì)算值，表明該橋具備一定的安全儲(chǔ)備；實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)與理論計(jì)算值基本一致，且較理論值更均勻；單梁法計(jì)算值較梁格法計(jì)算值偏大，實(shí)測(cè)值與梁格法計(jì)算值更加吻合。對(duì)于工況2（橫橋向橋面連續(xù)），單梁法計(jì)算值與梁格法計(jì)算值偏差較大，最大偏差達(dá)到28.6%，單梁法不能真實(shí)反映各片梁撓度分布狀況，因此對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，采用考慮橋面鋪裝的梁格法計(jì)算更加準(zhǔn)確。

表3 工況2 單梁法與梁格法撓度計(jì)算值比較

4.2 應(yīng)變結(jié)果分析

在各控制截面T 梁梁底布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，應(yīng)變測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

表4 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果匯總表（單位：με）

由表4 可知，對(duì)于工況1、3（橫橋向斷開(kāi)），單梁法與梁格法計(jì)算的控制梁應(yīng)變值偏差在5%以內(nèi)，表明單梁法與梁格法計(jì)算精度均滿足橫向斷開(kāi)的雙幅橋梁；對(duì)于工況2（橫橋向橋面連續(xù)），單梁法計(jì)算值與梁格法計(jì)算值偏差較大，最大偏差達(dá)到22.9%，實(shí)測(cè)值與梁格法計(jì)算值更為接近，表明梁格法更能真實(shí)反映各片梁受力狀況。

表5 工況2 單梁法與梁格法應(yīng)變計(jì)算值比較

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)于橫向完全斷開(kāi)的分幅裝配式T 梁橋，采用單梁法與梁格法計(jì)算值差異不大，單梁法計(jì)算值比梁格法計(jì)算值稍偏大，均能滿足工程精度要求，單梁法建模相對(duì)簡(jiǎn)單便捷，梁格法不用再單獨(dú)計(jì)算橫向分布系數(shù)。

（2）對(duì)于橫向通過(guò)橋面鋪裝連接的分幅裝配式T 梁橋，設(shè)計(jì)時(shí)通常忽略橋面鋪裝影響，采用單梁法當(dāng)做兩座“獨(dú)立”橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，這對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是偏保守、可行的，但進(jìn)行荷載試驗(yàn)時(shí)采用梁格法計(jì)算能更真實(shí)準(zhǔn)確的反映橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況。

（3）考慮橋面鋪裝的梁格模型還可結(jié)合外觀、材質(zhì)檢查情況修正橫向聯(lián)系剛度，更加準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況，為橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定提供依據(jù)。