鋼桁架連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)受力特性靜載試驗(yàn)分析

王玨

[山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心（有限公司），山西 太原030000]

1 工程概況

該橋?yàn)槲鞑丶硬樗娬緢?chǎng)內(nèi)交通工程上游施工便橋，該橋跨越雅魯藏布江，上部結(jié)構(gòu)為4×40m 的鋼桁架連續(xù)梁橋，全長(zhǎng)170m。橋面橫向布置為9.0m（行車(chē)道）+2×0.75m（人行道）+2×0.075m（欄桿），下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為汽-60級(jí)，單跨最多允許兩輛60t 車(chē)通行，行車(chē)速度不超過(guò)20km/h。橋跨方向規(guī)定從左岸側(cè)到右岸側(cè)為正方向，分別為第一跨、第二跨、第三跨、第四跨。墩臺(tái)編號(hào)按正方向依次編號(hào)為0#橋臺(tái)、1#墩、2#墩、3#墩、4#橋臺(tái)。

2 鋼桁架連續(xù)梁橋靜載試方案

2.1 試驗(yàn)工況及加載方法

選擇第一跨距0# 橋臺(tái)17m 處為J1 截面、距1#墩頂中心線1m 處為J2 截面、第二跨跨中為J3 截面，共3個(gè)測(cè)試截面。根據(jù)控制截面內(nèi)力等效原則，確?？刂平孛娴暮奢d效率滿足相關(guān)規(guī)范要求，總共采用6 臺(tái)車(chē)作為加載車(chē)輛。所有加載車(chē)輛均為前中軸距3.25m，中后軸距1.5m，輪距1.8m 的三軸貨車(chē)。靜載試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)所有加載車(chē)輛均進(jìn)行過(guò)磅稱(chēng)重，前軸重約8t，中后軸重約33t，總重約41t。

根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及測(cè)試截面荷載試驗(yàn)效率系數(shù)的要求，該橋加載車(chē)輛布置如下[1]。

其一，各工況車(chē)輛縱向布置如圖1～圖3 所示。

圖1 J1 截面第三級(jí)加載縱橋向荷載布置圖

圖2 J2 截面第三級(jí)加載縱橋向荷載布置圖

圖3 J3 截面第三級(jí)加載縱橋向荷載布置圖

其二，車(chē)輛偏載、正載橫向布置如圖4、圖5 所示。

圖4 偏載橫斷面布置圖（單位：cm）

圖5 正載橫斷面布置圖（單位：cm）

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)該類(lèi)橋型的受力特點(diǎn)，主要在鋼桁架弦桿部位布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，每一片鋼桁架的上、下弦桿分別在上、下兩側(cè)各布置一個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。下弦桿測(cè)點(diǎn)編號(hào)為A1～A22，上弦桿測(cè)點(diǎn)編號(hào)為B1～B22。

J1、J3 控制截面最大正彎矩時(shí)測(cè)量L1、L2 斷面各測(cè)點(diǎn)撓度，L1、L2 斷面分別離0#橋臺(tái)20m 和58m 處，每個(gè)斷面布置11 個(gè)測(cè)點(diǎn)，反射棱鏡布置在每一片鋼桁架正上方橋面處。

2.3 理論模型計(jì)算

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)荷載情況，通過(guò)計(jì)算確定偏心加載工況以?xún)绍?chē)道控制加載計(jì)算控制內(nèi)力，右偏（左岸側(cè)至右岸側(cè)方向）和對(duì)稱(chēng)加載以J1、J2、J3 截面為控制截面[2]。

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，得出橋跨各控制截面在設(shè)計(jì)活載作用下的控制內(nèi)力、在擬定試驗(yàn)車(chē)作用下的試驗(yàn)加載內(nèi)力和試驗(yàn)效率見(jiàn)表1。

表1 擬定車(chē)重計(jì)算的靜載試驗(yàn)效率

3 鋼桁架連續(xù)梁橋靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 應(yīng)變結(jié)果分析

根據(jù)荷載試驗(yàn)結(jié)果，在不同工況下各試驗(yàn)截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變的實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值繪制應(yīng)變對(duì)比，如圖6～圖11 所示[3]。

圖6 （b）J1 截面上弦桿偏載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖6 （a）J1 截面下弦桿偏載應(yīng)變實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖7 （b）J1 截面上弦桿正載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖7 （a）J1 截面下弦桿正載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖8 （b）J2 截面上弦桿偏載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖8 （a）J2 截面下弦桿偏載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖9 （b）J2 截面上弦桿正載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖9 （a）J2 截面下弦桿正載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖10 （b）J3 截面上弦桿偏載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖10 （a）J3 截面下弦桿偏載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖11 （b）J3 截面上弦桿正載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

圖11 （a）J3 截面下弦桿正載實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

由圖6～圖11 可以得出：在試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)小于1，整體滿足規(guī)范要求。但所測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，受力不均勻，橋梁整體工作性能一般，由于鋼桁架連續(xù)梁橋各部件為螺栓連接，在橋梁的正常使用過(guò)程中，為了防止橋梁局部應(yīng)力偏大，建議使用時(shí)限制通行荷載并嚴(yán)格控制車(chē)速[4]。

鋼桁架每片梁之間均采用螺栓連接，致使結(jié)構(gòu)整體工作性能一般，連接處的間隙、螺栓稍有松動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致該測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)殘余應(yīng)變數(shù)據(jù)偏大，受力不均等現(xiàn)象。根據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)殘余應(yīng)變數(shù)據(jù)，應(yīng)變各測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余應(yīng)變數(shù)據(jù)一般在0～20%之間，整體彈性較好，滿足規(guī)范要求。少數(shù)因連接處螺栓引起的殘余應(yīng)變數(shù)據(jù)過(guò)大的地方應(yīng)引起重視，需重新緊固螺栓。連接處螺栓緊固不到位是導(dǎo)致殘余應(yīng)變過(guò)大和應(yīng)力分布不均勻的重要因素。

3.2 撓度結(jié)果分析

根據(jù)荷載試驗(yàn)結(jié)果，在不同工況下各試驗(yàn)截面測(cè)點(diǎn)撓度的實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算值繪制撓度對(duì)比，如圖12～圖14 所示[5]。

圖12 L1 截面偏載橫向撓度實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖（單位：cm）

圖13 L1 截面正載橫向撓度實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖（單位：cm）

圖14 L2 截面偏載橫向撓度實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖（單位：cm）

撓度測(cè)試結(jié)果表明：在試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面撓度校驗(yàn)系數(shù)小于1，撓度滿足規(guī)范要求。由于鋼桁架連續(xù)梁橋在重荷載作用下?lián)隙容^大，在橋梁的正常使用過(guò)程中，為了縮小橋梁的變形，建議使用時(shí)限制通行荷載并嚴(yán)格控制車(chē)速。

4 結(jié)論

第一，鋼桁架連續(xù)梁橋在靜載試驗(yàn)中，無(wú)論應(yīng)變還是撓度，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)一致，現(xiàn)行計(jì)算方法比較可靠。

第二，鋼桁架連續(xù)梁橋在施工時(shí)應(yīng)注重螺栓、鉚釘、焊縫等連接構(gòu)造的質(zhì)量。在該橋的靜載試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，螺栓的連接作用對(duì)橋梁的承載能力有決定性影響。

第三，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋼桁架連續(xù)梁橋的相關(guān)試驗(yàn)研究尚不充分，通過(guò)本文的相關(guān)研究為此類(lèi)橋的力學(xué)行為提供了重要參考依據(jù)。