金騰飛 彭文明 陳華岳

（1 廣州市市政工程維修處；2 韶關(guān)學(xué)院）

荷載試驗(yàn)是對橋梁結(jié)構(gòu)直接加載的試驗(yàn)工作，不僅能直接了解結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，也有助于發(fā)現(xiàn)橋梁存在的隱蔽病害[1-2]。本文以某簡支空心板橋?yàn)楸尘?，基于梁格有限元模型，對靜力荷載試驗(yàn)進(jìn)行模擬，制定荷載試驗(yàn)方案，通過分析現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果與理論計(jì)算值相對比，評定該橋工作性能。

1 工程概況

該橋上部結(jié)構(gòu)為18m 跨徑的后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支空心板橋，計(jì)算跨徑為17.2m，橋面橫向布置為：0.5m（防撞欄）+21m（車行道）+0.5m（防撞欄），設(shè)計(jì)荷載為汽-超20 級、驗(yàn)算荷載為掛-120。鑒于該橋底板出現(xiàn)多處貫通橫裂，通過在底板張拉碳纖維板，增加預(yù)應(yīng)力儲備，不僅封閉既有裂縫，而且防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展。為判斷經(jīng)加固后該橋能否滿足原設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行本次靜載試驗(yàn)。

2 梁格有限元模型

梁格法是采用等效梁格代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，縱向剛度集中與縱向梁格構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中于橫向梁格構(gòu)件內(nèi)[3-5]?；谏鲜鲈瓌t，采用梁單位模擬縱向主梁，采用不計(jì)重量的虛擬橫梁將縱梁連接為整體，并將相鄰橫梁在同一鉸縫處釋放彎矩，利用Midas/Civil 軟件建立空心板的梁格有限元模型，如圖1 示。

3 靜力荷載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容及測點(diǎn)布置

圖1 空心板梁格有限元模型圖

測試的主要內(nèi)容為在試驗(yàn)荷載作用下跨中截面的最大正彎矩、撓度及應(yīng)變。在跨中截面主梁底設(shè)置14 個(gè)撓度測點(diǎn)和14 個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，間距1.5m；跨中斷面撓度值采用百分表進(jìn)行測量，應(yīng)變值采用振弦式應(yīng)變計(jì)測量，測點(diǎn)布置如圖2、圖3 所示。

圖2 跨中撓度測點(diǎn)布置圖/cm

圖3 跨中應(yīng)變測點(diǎn)布置圖/cm

3.2 試驗(yàn)加載布置及效率

基于梁格有限元模型，考慮車輛荷載橫向最不利布置，計(jì)算“汽-超20 級、掛-120”荷載作用下邊梁（1#空心板）跨中最大正彎矩值。考慮內(nèi)力等效原則確定試驗(yàn)荷載，使靜力試驗(yàn)荷載加載效率ηs介于0.95～1.05 之間[6]。工況1 采用1 列加載車，計(jì)2 輛重車；工況2 采用2 列加載車，計(jì)4 輛重車，如圖4 所示，加載布置如圖5所示。1#空心板跨中斷面的設(shè)計(jì)內(nèi)力值、靜力荷載試驗(yàn)內(nèi)力值及加載效率見表1 所示，由表1 可知，加載效率滿足要求。

圖4 試驗(yàn)加載車軸位圖/cm

圖5 試驗(yàn)加載布置圖/cm

表1 試驗(yàn)內(nèi)力及加載效率

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 結(jié)構(gòu)變位及應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)

校驗(yàn)系數(shù)ζ 是試驗(yàn)荷載作用下控制測點(diǎn)的實(shí)測彈性變位或應(yīng)變值與理論計(jì)算值的比值?？紤]空心板梁端處支座沉降值，對該板跨中斷面的實(shí)測撓度值進(jìn)行修正，可得到實(shí)測彈性變位，各測點(diǎn)的撓度及控制測點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)見表2、圖6 所示，各測點(diǎn)的應(yīng)變及控制測點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)見表3、圖7 所示。

由表2、表3 可知，校驗(yàn)系數(shù)ζ 均小于1 時(shí)，說明橋梁上部結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況好于理論值，具有一定的安全儲備；由圖6、圖7 可知，實(shí)測彈性撓度及應(yīng)變曲線整體趨勢與理論計(jì)算曲線較為相近，說明梁格有限元模型能夠

表2 測點(diǎn)撓度值及校驗(yàn)系數(shù)

圖6 工況2 作用下橫向?qū)崪y彈性撓度與計(jì)算值對比曲線

反應(yīng)橋梁空間受力情況，具有較高精度。

3.3.2 相對殘余變位及應(yīng)變

3.3.3 跨中斷面荷載橫向分布系數(shù)

根據(jù)跨中橫向?qū)崪y彈性撓度，計(jì)算空心板橋的荷載橫向分布系數(shù)，不僅能有效評價(jià)上部結(jié)構(gòu)橫向傳力性能，也助于確定橫向聯(lián)系的損傷狀況。

表3 測點(diǎn)應(yīng)變值及校驗(yàn)系數(shù)

圖7 工況2 作用下橫向?qū)崪y彈性應(yīng)變與計(jì)算值對比曲線

表4 主要測點(diǎn)相對殘余變形

式中，

wi——第i 片空心板梁跨中撓度值；

EiIi——第i 片空心板梁彈性模量及抗彎剛度；

N——縱向加載車的列數(shù)，其中

工況1、2 作用下各空心板荷載橫向分布系數(shù)實(shí)測

值與理論計(jì)算值見表5、圖8、圖9 所示。

由表5 可知，工況1、2 試驗(yàn)荷載作用下，各主梁荷載橫向分布系數(shù)實(shí)測值與理論計(jì)算值偏差較小，說明主梁間連接狀態(tài)良好。由圖8、圖9 可知，各主梁荷載橫向分布系數(shù)實(shí)測值與理論計(jì)算值的變化曲線趨勢基本一致，峰值偏差較小，說明該橋?qū)嶋H橫向剛度達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，也進(jìn)一步說明梁格有限元模型的建模合理性。

表5 空心板橋荷載橫向分布系數(shù)匯總

圖8 工況1 作用下主梁荷載橫向分布系數(shù)實(shí)測值與計(jì)算值對比曲線

圖9 工況2 作用下主梁荷載橫向分布系數(shù)實(shí)測值與計(jì)算值對比曲線

4 結(jié)論

⑴試驗(yàn)荷載作用下，空心板橋跨中斷面控制測點(diǎn)的變位及應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)ζ 均小于1，說明橋梁橋梁上部結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況好于理論值；主要測點(diǎn)相對殘余變位及應(yīng)變fffffd均小于20%，說明結(jié)構(gòu)接近彈性工作狀況；可知該橋的承載能力能夠滿足設(shè)計(jì)荷載的要求。

⑵工況1、2 試驗(yàn)荷載作用下，主梁跨中荷載橫向分布系數(shù)實(shí)測值與理論計(jì)算值變化趨勢基本一致，說明板間橫向連接狀態(tài)良好，梁格有限元模型可用于該類橋受力分析。