连续钢箱梁桥静载试验研究

２０１５年３月　天水师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｉａｎｓｈｕｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｍａｒ．，２０１５　第３５卷第２期　Ｖ０ｌ－３５　Ｎｏ．２　连续钢箱梁桥静载试验研究　吕向明　（天水师范学院土木工程学院，甘肃天水７４１００１）　摘要：通过对连续钢箱梁桥静载试验，在成桥上施加静力载荷，测定控制断面的内力及位移。将试验结果　与桥梁模型理论结果进行比较，检验成桥的整体性能和承载能力，对桥梁的使用性能做出评价．　关键词：静载试验；荷载工况；结构分析　中图分类号：Ｕ４４６．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—１３５１（２０ｌ５）０２—００８１—０３　计期望值进行比较是否相符，以便能较准确的反映　１工程概况　以某连续钢箱梁桥作为案例，阐明静载荷试验　桥梁结构的真实使用性能．ｔｕ　２．１静载试验荷载工况的确定　桥梁静载试验通过加载试验测量的数据和理论　方法在该种桥型的应用．引用的钢箱梁桥为一联五　跨连续梁结构，钢箱梁采用流线型的单箱多室断面，　梁高为２．０ｍ，梁顶面宽２５ｍ，梁底宽１３．５ｍ，每侧悬臂　采用外伸长度５．７５ｍ的焊接钢板梁，且下翼缘采用　流线型．钢箱梁桥的孔跨布置如图１．　分析结果计算静载试验效率％，通过使控制截面的　受力或变形达到最不利情况，确定试验荷载的大小　及施加荷载的位置，使所选定的控制截面的静载试　验效率达到最大值．试验获得的静载试验效率要求　为：　０．０８≤　＝　Ｓ　ｔ≤１．。５　兰　兰　图１钢箱梁孔跨布置图　式中的叩。为静力试验荷载效率；Ｓ　为施加荷载　作用下的最大计算效应值；Ｓ　为在设计荷载作用下　对应的最不利计算效应值；　为冲击系数．　在确定试验方案时，对桥梁进行有限元静力分　钢箱梁横断面结构布置：２　（０．５ｍ的栏杆十０．５ｍ　的路缘带＋３ｘ３．５ｍ的行车道＋０．５ｍ的路缘带）＋ｌｍ的　中央分隔带，箱梁的横断面布置如图２．　析，获得各控制截面在最不利荷载作用下的分析结　果，根据分析结果确定荷载大小和荷载位置．试验采　用试验汽车来模拟试验荷载，设计标准荷载通过轮　距、轴重、轮压模拟，在试验进行前，对每辆加载汽车　配重、编号．试验中采用的局部荷载要使桥梁结构测　图２钢箱梁横断面布置图　量项目不超出设计限值．　对该桥，计算中采用的设计荷载为城一Ａ，建立　２静载试验　静载试验作为现场试验方法之一，通过建立实　桥梁模型计算各控制截面在荷载作用下的内力，按　计算结果设计试验荷载大小、作用位置．计算提取各　控制截面在设计荷载作用下的计算弯矩和在试验荷　载作用下的弯矩，根据分析结果计算荷载效率系数，　所得数据见表１．荷载效率系数在０．８Ｏ～１．０５范围　内．　体桥梁模型进行理论分析，确定施加载荷的大小、位　置和控制截面的位置，制定可行的试验实施方案．通　过在成桥结构上施加计算设计的静力试验载荷，测　量在荷载作用下控制截面的应力及控制截面变形，　测得桥梁结构现实工作状态下的试验数据，并与设　收稿日期：２０１５—０２—２４　２．２加载工况、位置及测点布置　用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对该桥建立模型，分　作者简介：吕向明（１９７９一），男，山西大同人，天水师范学院土木工程学院讲师，公路一级建造师，硕士。　８１　表１试验荷载效率系数　析知道，Ａ截面为最大正弯矩控制截面和最大挠度　控制截面位置，Ｂ截面为最大负弯矩控制截面位置，　Ｃ截面为边跨最大正弯矩控制截面位置，如图３．从　而确定以下四种工况为最不利加载：　图３静载试验控制截面布置示意图　工况Ｉ：控制截面为Ａ截面，施加荷载为最大正　弯矩，对全桥各测点的应力和挠度进行测读，该控　制截面的测点应力和位移进行重点测试．　工况ＩＩ：控制截面为Ｂ截面，施加荷载为最大负　弯矩，对全桥各测点的应力和挠度进行测读，该控　制截面的测点应力和位移进行重点测试．　工况ＩＩＩ：控制截面为Ｃ截面，施加荷载为最大正　弯矩，对全桥各测点的应力和挠度进行测读，该控　制截面的测点应力和位移进行重点测试．　工况Ⅳ：控制截面为Ｄ截面，施加荷载为最大正　弯矩，对全桥各测点的应力和挠度进行测读，该控　制截面的测点应力和位移进行重点测试，利用对称　对Ｃ截面的实验数据进行复核．　为了获得外荷载作用下的结构应力，应用应力　应变关系式　＝　’ｓ，先通过试验测出构件表面的　应变，再计算得到结构内力的方法．本桥在梁体下表　面控制断面上粘贴电阻应变片，进行构件表面应变　测试．本桥的应力测试截面有５个，其中跨中截面４　个和墩顶截面１个，每个控制截面粘贴了１０个电阻　应变片，全桥共粘贴了５０个电阻应变片．　在钢箱　梁下表面顺桥向粘贴应变片，具体情况如　图４．　蚕匿噩　图４测试截面应力测点布置图　在荷载作用下，桥梁结构的刚度由位移值反映．　为了精确测试本桥的挠度，在桥下地面上直接支架　百分表测量静荷载作用下的位移值．本桥设有５个　挠度测试截面，挠度控制截面分别位于梁端、第一跨　一第四跨的跨中截面，每个截面在底板左右幅对称　８２　布置两个挠度测点．挠度测量截面、测点布置如图５．　图５测试截面挠度测点布置图　分二级对试验工况逐步进行加载，在试验荷载　作用下，对挠度、主梁的应变和应力等各项力学性能　指标进行测试．　３结构分析和静载试验结果对比　３．ｉ结构分析　应用大型通用有限元分析软件ＭＩＤＡＳ建立该　桥有限元模型进行静力求解，求解时各工况加载的　大小和实际试验中载重车辆的前后轮称重和加载位　置均相同．在分析计算过程中，提取在荷载作用下各　应力测点的应力，提取在荷载作用下各挠度测点的　挠度，［３１提取结果作为理论值依据与试验实测结果进　行对比．建立工程实例桥的空间有限元模型如图６，　以工况Ｉ荷载作用为例提取应力测点的应力及挠度　测点的挠度理论解汇总如表２．　图６实例桥空间有限元模型　表２力结果汇总表　１—１　０　９４　０　９２　０　９０　０　８６　０　８３　０　８２　０　８３　０．８６　０．８６　０８７　２－－２—６２３—６１５—５　２５—５１５—５０８—５０２—５１２－５１７—５２４—５　２８　工况　３＂－３—１５４０—１３　３０—１５１Ｏ一１４　２Ｏ一１３４ｏ一１２　５０—１３　２Ｏ一１１．８ｏ一１２．８０－１４　７０　２４　５０　２０　３０　１８１０　１９．８０　１８　５０　１８　３０　１９　６０　２０　５０　２２　４０　２３　９０　５＿－５—７１７—７．０７—６　７６—６　８９＿６　５８—６　５２—６　６５－６　８２—６　９８—７０５　３．２静载试验结果与理论值对比　结构的受力性能评价，是通过对比理论值ｓｏ与　实测值ｓ　得到结构校验系数Ｋ＝ＳｄＳ。．结构校验系数　Ｋ在合理范围内，则该桥梁的工作性能符合要求．以　下仅以工况Ｉ第二级荷载作用下结构校验系数的计　算为例进行说明，工况Ｉ第二级荷载作用下应力对　比分析如表３，工况Ｉ第二级荷载作用下位移对比　分析如表４．分别列出荷载作用下节点的实测应力　和位移值，荷载作用下节点的理论值．　表３工况Ｉ第二级荷载作用下应力对比分析　应力增量２４．５ＭＰａ，实测最大压　注：实测值及理论值单位均为ＭＰａ．　表４工况ｌ第二级荷载作用下挠度对比分析　注：实测值及理论值单位均为ｍｍ．　４结论　（１）在各种工况荷载作用下，主梁上各控制截面　挠度测点在卸载后都能很快恢复到初始值，说明主　梁处于完全弹性状态．　（２）桥梁在汽车荷载作用下，各测试截面应力测　点校验系数在０．６５～１．０３之间变化，符合规范要求，　实测最大拉应力增量２２．０４８ＭＰａ，理论计算最大拉　应力增量１３．５７ＭＰａ，理论计算最　大压应力增量１５．９ＭＰａ，各工况　汽车荷载作用下的应力幅值均　不大．应力增量实测值均小于理　论值，说明桥梁整体刚度较高，　满足设计和使用要求．　（３）挠度结构校正系数在　０．４６～１．０２之间，实测最大挠度１４．０９ｍｍ，理论计算最大　挠度２１．３ｍｍ．实测值均小于计算值及规范允许值，表　明桥梁竖向刚度满足设计要求．　通过以上分析，该连续钢箱梁桥在试验中处于　完全弹性状态，承载能力满足要求，整体刚度较高，　说明该桥理论分析和设计计算方法可靠，施工质量　优良，使用性能良好．　参考文献：　［１］宋一凡．公路桥梁荷载试验与结构评定［Ｍ］．北京：人民交　通出版社，２００２．　［２］王建华，孙胜江．桥涵工程试验检测技术［Ｍ］．北京：人民交　通出版社。２００４．　【３】吴鸿庆，任侠结构有限元分析【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，　２０００．　［责任编辑李德录］　８３