密梁式型鋼組合梁橋荷載試驗(yàn)研究

張建平,劉小兵

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測(cè)咨詢有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550014）

0 引言

長(zhǎng)久以來(lái)，傳統(tǒng)橋梁建設(shè)費(fèi)用投入高、材料消耗高，而且環(huán)保問(wèn)題較為突出，很難滿足綠色公路建設(shè)發(fā)展要求。密梁式型鋼組合梁橋的建設(shè)更加經(jīng)濟(jì)、綠色，有效減少環(huán)境影響，能源消耗大幅度地降低。該文就密梁式型鋼組合梁橋在動(dòng)靜載試驗(yàn)下能否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行研究。

近年來(lái)，很多學(xué)者研究了各種橋梁在動(dòng)靜載試驗(yàn)下能否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。劉永平[1]結(jié)合具體橋梁荷載試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)橋梁承載能力進(jìn)行評(píng)估分析。畢雨田[2]通過(guò)對(duì)某5跨連續(xù)箱梁橋進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，結(jié)果表明實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值吻合較好。付少輝[3]對(duì)高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)進(jìn)行研究。謝棟明、王艷軍[4]通過(guò)Midas 數(shù)值模擬對(duì)荷載試驗(yàn)的應(yīng)用進(jìn)行研究。Wu Chengchen[5]對(duì)空心板簡(jiǎn)支梁橋荷載試驗(yàn)進(jìn)行了研究。姚偉、張榮、范磊[6]對(duì)橋梁成橋荷載試驗(yàn)與單梁荷載試驗(yàn)進(jìn)行比較研究。

該文將根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和有限元數(shù)值模擬分析，密梁式型鋼組合梁在動(dòng)靜載試驗(yàn)下能否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行研究。選取有代表性的試驗(yàn)跨作為研究對(duì)象。

1 工程概況

某高速匝道橋總長(zhǎng)698.1 m，采用跨徑組合為（9×30 m+8×30 m+4×30 m）的密梁式型鋼組合梁，橋面連續(xù)；橋墩采用鋼管混凝土圓柱墩+預(yù)應(yīng)力鋼箱混凝土蓋梁。

2 靜載試驗(yàn)及有限元分析

2.1 靜載試驗(yàn)內(nèi)容

采用Midas Civil 2020對(duì)該橋第一聯(lián)有限元建立模型，通過(guò)計(jì)算，選取該橋第一聯(lián)第1 跨跨中最大正彎矩截面（J1）作為測(cè)試截面，采用350 kN/車(chē)的三軸試驗(yàn)車(chē)，分三級(jí)加載，由此計(jì)算得到荷載效率如表1 所示。

表1 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在各H 型鋼上，每片型鋼主梁上布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 H 型鋼主梁靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試布置示意圖（cm）

試驗(yàn)跨撓度測(cè)點(diǎn)，在每片型鋼主梁中心位置橫向布置8 個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，如圖2 所示。

圖2 H 撓度測(cè)試斷面布置示意圖（cm）

2.3 撓度數(shù)據(jù)分析

該橋在該加載工況下，撓度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及校驗(yàn)系數(shù)如表2 所示。撓度分布曲線如圖3~4 所示。

圖3 測(cè)點(diǎn)撓度變化曲線

圖4 F4#測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)彈性撓度值與荷載的關(guān)系曲線

表2 工況1 撓度實(shí)測(cè)值與理論值比較

由表2 及圖3~4 數(shù)據(jù)分析可知：試驗(yàn)荷載下，試驗(yàn)橋跨撓度值與荷載水平具有良好的線性關(guān)系，并且撓度值隨荷載增大而增大，相對(duì)殘余撓度都在20%范圍以內(nèi)，小于規(guī)范限制，表明該橋試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

主梁的應(yīng)變實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及校驗(yàn)系數(shù)如表3 所示。應(yīng)變分布曲線如圖5~6 所示。

圖5 測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化曲線

圖6 4-1#測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變值與荷載的關(guān)系曲線

表3 工況1 應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值比較

由表3 及圖5~6 數(shù)據(jù)分析可知：試驗(yàn)荷載下，應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值之間變化規(guī)律一致，并且應(yīng)變值隨荷載增大而增大，相對(duì)殘余撓度都在20%范圍以內(nèi)，小于規(guī)范限制，表明該橋處于彈性工作范圍內(nèi)，整體工作性能良好。

3 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)分別進(jìn)行無(wú)障礙行車(chē)及剎車(chē)試驗(yàn)，無(wú)障礙行車(chē)用重約350 kN 按對(duì)稱情形，以30 km/h、40 km/h、50 km/h 的速度勻速跑車(chē)使橋梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)，剎車(chē)試驗(yàn)以30 km/h、40 km/h 進(jìn)行勻速跑車(chē)，在預(yù)定的截面位置進(jìn)行剎車(chē)。該橋理論計(jì)算沖擊系數(shù)為0.160，經(jīng)數(shù)據(jù)分析計(jì)算得到實(shí)測(cè)動(dòng)應(yīng)變和沖擊系數(shù)如表4 所示。

表4 第1 跨動(dòng)應(yīng)變及沖擊系數(shù)

由表4 可知，該橋試驗(yàn)跨無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)中，在相同車(chē)輛不同車(chē)速行駛情況下，沖擊系數(shù)隨車(chē)速先增大而增大。該橋在剎車(chē)試驗(yàn)中，最大沖擊系數(shù)也小于理論計(jì)算值，表明該橋平整度較好，結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計(jì)荷載下的正常使用要求。

4 結(jié)論

（1）在靜載試驗(yàn)中，中載作用下該橋?qū)崪y(cè)撓度值和應(yīng)變值與理論計(jì)算值之間變化規(guī)律一致，并且跨中截面最大撓度值和應(yīng)變值遠(yuǎn)小于理論值。試驗(yàn)橋跨撓度值和應(yīng)變值與荷載水平具有良好的線性關(guān)系，實(shí)測(cè)值隨荷載增大而增大，表明試驗(yàn)橋跨剛度滿足要求。

（2）在靜載試驗(yàn)中，卸載后各測(cè)點(diǎn)的殘余撓度值非常小，并且在試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫，表明橋梁處于彈性工作范圍內(nèi)。

（3）在動(dòng)載試驗(yàn)中，在相同車(chē)輛不同車(chē)速行駛情況下，試驗(yàn)跨第一跨沖擊系數(shù)隨車(chē)速增大而增大。最大沖擊系數(shù)小于理論計(jì)算值。該橋在剎車(chē)試驗(yàn)中，最大沖擊系數(shù)也小于理論計(jì)算值，表明該橋平整度較好，橋梁處于彈性工作范圍內(nèi)。