簡支鋼混箱梁荷載試驗分析與研究

付泉辰

(山西路橋第六工程有限公司,山西 太原 030000)

1 工程概況

某大橋采用50+4×52.5+50 m簡支鋼混組合箱梁,河中部分橋墩斜交102°,兩端接小箱梁跨,小箱梁橋墩均按正交布置。50 m及2.5 m鋼混組合箱梁橋梁高均為250 cm,鋼混組合箱梁橋橫斷面由3片主箱梁構(gòu)成,每片鋼箱梁中心間距642.5 cm,凈距442.5 cm,箱梁懸臂長度100 m。52.5 m鋼混組合箱梁按照斜交102°斜交布置,跨越防洪堤的50 m跨鋼混組合箱梁按T型塊布置,鋼混組合箱梁橋的橫聯(lián)(橫梁)均按垂直方向布置,以利用橫向傳力。

下部橋墩主要采用ф160～180 cm的雙柱式鋼筋橋墩,雙柱式預應力蓋梁,對于連續(xù)箱梁采用無蓋梁鋼筋混凝土多柱式橋墩,墩頂設(shè)置頂系梁。雙柱式預應力混凝土蓋梁柱間距910 cm,蓋梁高度180 cm,寬度220 cm,按照部分預應力A類構(gòu)件進行設(shè)計。

采用六車道高速公路技術(shù)標準,設(shè)計速度120 km/h,整體式路基寬度34.5 m,瀝青砼路面,橋涵設(shè)計汽車荷載采用公路-Ⅰ級,特大橋設(shè)計洪水

頻率1/300,大、中、小橋、涵洞及路基設(shè)計洪水頻率為1/100,隧道建筑限界17.75×5 m,地震基本烈度為VI度。

2 計算分析模型

根據(jù)設(shè)計圖紙和現(xiàn)場檢查結(jié)果,借助有限元結(jié)構(gòu)分析軟件midas Civil進行空間建模,全橋采用梁單元進行模擬,截面采用截面特征值導入,計算模型如圖1所示。

圖1 50 m跨鋼箱梁有限元模型

3 靜力荷載試驗

3.1 試驗工況

結(jié)合試驗橋跨的結(jié)構(gòu)特點,根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01—2015)的相關(guān)要求,鋼箱梁靜載試驗工況設(shè)置見表1[1-4]。

表1 鋼箱梁靜載試驗工況設(shè)置及控制截面

3.2 應變(應力)測點布置

靜態(tài)應變(應力)測點布置應遵循以下原則:(1)測點布置能全面反映試驗工況的最大內(nèi)力;(2)布設(shè)一定的校核測點,以保證測試數(shù)據(jù)的可靠。

選擇各工況內(nèi)力控制截面(J1～J4/J1～J3)為靜態(tài)應變測試截面。

3.3 靜態(tài)撓度和支點沉降測點布置

選擇的撓度測試截面及測點布置,橫向布置在每片梁板的底面或頂面,在測試橋跨的兩端布置支點沉降測點,分別布置在兩側(cè)支座中心線上方。

3.4 靜載試驗車輛布置及荷載效率系數(shù)計算置

工況I:鋼箱梁跨中截面主梁最大正彎矩工況(中載)

J1截面影響線,工況I車輛縱橫向布置及分級加載示意,加載的荷載試驗效率系數(shù)見表2。

表2 荷載試驗效率系數(shù)

4 靜載試驗結(jié)果

4.1 羊安高架特大橋(Ⅰ段)-50 m跨簡支鋼混組合箱梁

(1)應變理論結(jié)果

各工況的試驗荷載作用下,梁體測試截面的理論應變值見表3。

表3 鋼箱梁測試截面控制測點應變理論結(jié)果 單位:με

(2)撓度結(jié)果

相應控制工況荷載作用下各測點撓度值見表4。

表4 鋼箱梁試驗荷載作用下橋面撓度結(jié)果 單位:mm

圖2 鋼箱梁試驗荷載作用下橋面撓度結(jié)果圖(單位:cm)

5 結(jié) 論

(1)該橋各控制截面的實際撓度均比理論計算值小,正載和偏載兩種工況卸載后,相對殘余變形均小于規(guī)范值。橋跨結(jié)構(gòu)翹曲線走勢光滑連續(xù),與基于有限元法的理論計算曲線具有較好的一致性,表明該橋橋跨結(jié)構(gòu)實際運營狀況良好,結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求[5,6]。

(2)該橋各控制截面的實際應力與基于有限元的理論計算值相比,在正常范圍內(nèi)。各工況實測值均位于理論值范圍內(nèi),且變化趨勢基本一致,表明橋跨結(jié)構(gòu)強度與理論計算一致性較好,結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求[7,8]。

(3)該橋在98%荷載效率的靜力加載試驗過程中,未出現(xiàn)任何異常,表明在整個靜力荷載試驗過程中該橋一直處于彈性工作狀態(tài)。

(4)加載前后,箱梁測試截面附近區(qū)域內(nèi),主梁及鋪裝層未發(fā)現(xiàn)新增的可見橫向裂縫。