异形桥梁静载试验研究

黄舜颐

【摘 要】 通过一座异形桥梁的静载试验，测试了桥梁在试验荷载作用下的工作状态，测定了结构的强度、刚度，并将实际测试值与理论计算值进行了比较，从而判断了该桥整体结构的安全承载力和使用条件。

【关键词】 异形桥梁 静载试验 挠度 应变

中图分类号：U441 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

盐靖河中心桥位于兴化市戴南镇盐靖河上，连接宁盐公路与集群加工园内的园市路，建于2009年。为了确定该桥西引桥的技术状况，相关研究单位按公路—Ⅱ级荷载标准对该桥西引桥整体式现浇连续板12m边板（异形梁板）进行了静载试验。

1盐靖河中心桥设计

盐靖河中心桥主桥跨径：2×16m，桥面宽度：14+2×0.5m；引桥跨径：2×12+6m，桥面宽度：7+2×0.5m。荷载标准：公路—Ⅱ级。主桥上部承重结构采用预应力混凝土铰接空心板，结构简支桥面连续；引桥上部承重结构采用整体式现浇连续板，其12m整体式现浇连续板边板系异形桥梁结构。主桥桥墩采用单排桩柱式桥墩；桥台采用单排桩式桥台。引桥桥墩采用单排桩柱式桥墩；桥台采用浆砌块石重力式桥台。桥面铺装采用12cm厚C40混凝土。

2静载试验

桥梁静载试验是测量桥梁结构在静载试验荷载作用下的内力和变形。它是了解结构实际性能（刚度、强度等）最直接有效的办法[2]。

2.1试验车辆

本次试验的主要目的是检验结构承载力是否符合设计要求，故采用基本荷载加载。试验荷载选用四辆载重汽车以使试验荷载产生的效应与设计荷载效应接近。荷载效率系数η=1.03。（试验车辆的轴距及其质量表略。）

2.2加载位置

试验桥跨跨中截面系控制截面[3]。试验车辆在该截面内力影响线的最不利位置上加载，即将试验车之重轴（中轴）布置于该截面处；横向分别按一辆车、二辆车、三辆车和四辆车偏心布载。

2.3测点布置

在试验孔跨中截面横向选取10个测点进行测试，对其截面下缘布置应变测点和挠度测点。对两桥墩布置沉降测点。应变测量采用混凝土应变片，挠度及桥墩沉降测量采用位移计。（应变、挠度及桥墩位移测点布置图略）。

2.4测试程序

控制截面分四级加载，试验桥跨1个控制截面共4个工况，试验加载工况见表1。

表1 试验载入工况表

工况 一 二 三 四

载入车号 ① ①② ①②③ ①②③④

测试内容 跨中截面应变、挠度及桥墩沉降

2.5测试结果与计算分析

2.5.1有限元分析

本文采用有限元软件ANSYS10.0对异形梁板进行理论计算分析[4]。根据结构本身的对称性建立实际结构的1/2模型进行分析，并通过将模型分割成多个规则的区域来保证单元的形状规则（本文分为54个单元），异形梁板的有限元模型见图1。图1中各测点d1～d10在试验荷载作用下的应变计算值和挠度计算值分别见表2和表3。

图1 有限元模型图（尺寸单位元：m）

2.5.2应变

应变实测值与计算值比较见表2，应变平均校验系数η=0.51<1.0，平均相对残余应变S/p=10.9%<20.0%。结果表明混凝土连续板基本处于弹性工作状况[5]。

表2 应变实测值与计算值比较表

内

容 工

况 测 点

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

实 测 值 一 0 0 2 1 1 6 13 18 9 25

二 1 0 5 2 5 17 30 53 20 52

三 32 25 33 29 13 21 28 52 18 53

四 45 30 55 46 25 26 29 54 18 49

计算值 一 1 1 3 2 4 10 22 71 17 48

二 2 2 8 5 18 28 47 158 37 74

三 50 29 65 39 27 32 46 155 38 74

四 79 41 161 53 38 36 43 150 39 74

校验系数 一 0.00 0.00 0.67 0.50 0.25 0.60 0.59 0.25 0.53 0.52

二 0.50 0.00 0.63 0.40 0.28 0.61 0.64 0.34 0.54 0.70

三 0.64 0.50 0.51 0.74 0.48 0.66 0.61 0.34 0.47 0.72

四 0.57 0.73 0.34 0.87 0.66 0.72 0.67 0.36 0.46 0.66

相对残余平均挠度 一 11.1 8.2 5.9 6.9 11.6 9.2 15.1 8.4 12.5 9.1

二 5.3 13.3 10.3 12.6 18.2 6.8 12.6 13.2 9.4 12.6

三 7.9 6.2 16.7 8.1 12.1 15.3 13.2 14.3 11.1 13.5

四 18.1 13.0 8.6 9.7 7.3 12.1 8.9 17.5 15.2 7.7

注：表中实测值与计算值单位：με；相对残余平均应变单位：%。

2.5.3挠度

挠度实测值与计算值比较见表3，挠度平均校验系数η=0.71<1.0，平均相对残余挠度S/p=12.2%<20.0%；测点d2的挠度实测值与计算值关系见图2（其余略）。结果表明试验梁板基本处于弹性工作状况[5] [6]。

图2 挠度实测值与计算值关系图

表3 挠度实测值与计算值比较表

内

容 工

况 测 点

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

实 测 值 一 0.11 0.15 0.31 0.53 0.76 1.04 1.30 1.54 1.93 2.10

二 0.51 0.72 1.10 1.74 2.28 2.97 3.38 3.83 4.17 3.26

三 2.72 3.44 3.63 3.72 4.10 3.55 4.83 5.14 5.43 3.75

四 4.08 5.92 6.17 5.23 5.31 5.76 5.83 6.23 6.65 4.62

计 算 值 一 0.20 0.30 0.59 0.99 1.13 1.78 2.34 2.24 3.62 2.98

二 0.89 0.96 1.90 2.42 3.39 3.69 5.10 5.67 6.59 4.31

三 3.95 4.68 4.21 4.74 5.22 4.85 6.12 6.28 6.90 4.51

四 5.43 7.98 8.01 7.81 7.34 7.36 7.70 7.73 7.63 5.28

校 验 系 数 一 0.55 0.50 0.53 0.54 0.67 0.58 0.56 0.69 0.53 0.70

二 0.64 0.75 0.58 0.72 0.67 0.80 0.66 0.68 0.63 0.76

三 0.69 0.73 0.86 0.78 0.79 0.73 0.79 0.82 0.79 0.83

四 0.75 0.74 0.77 0.67 0.72 0.78 0.76 0.81 0.87 0.88

相对残余平均挠度 一 12.3 9.8 16.5 15.3 10.1 9.3 16.2 11.1 7.8 10.0

二 17.2 15.3 10.2 18.4 7.6 8.7 14.1 10.2 15.1 11.4

三 10.9 12.4 8.8 11.7 12.4 12.4 7.9 13.5 12.3 16.3

四 9.7 11.7 10.8 11.8 15.3 11.3 13.1 8.9 11.0 18.8

注：表中实测值与计算值单位：mm；相对残余平均挠度单位：%。

2.5.4荷载横向分布

图3为测点d2挠度实测值与计算值横向分布图（其余略），图中两条曲线形状相似，表明有限元计算结果与本文试验结果吻合较好。

图3 测点d2挠度横向分布图

3结论

（1）本次进行静载试验的戴南镇盐靖河中心桥西引桥整体式现浇连续板12m边板经受了公路—Ⅱ级荷载标准的内力考验，静载试验效率：η=1.03；控制截面的应变平均校验系数和挠度平均校验系数η<1.0，平均相对残余应变和平均相对残余挠度S/p<20.0%；试验过程中未见梁（板）底部出现裂缝。试验结果表明试验梁（板）基本处于弹性工作状况。

（2）本文采用大型有限元软件ANSYS10.0对异形梁板结构进行计算分析，计算结果与本文试验结果吻合较好，因此，有限元分析可作为异形梁板结构的计算分析方法。

（3）本桥试验梁（板）满足公路—Ⅱ级荷载标准的承载力要求。

参考文献

1城市桥梁设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2011

2公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG/T J21—2011）.北京：人民交通出版社，2011

3范立础.桥梁工程. 北京：人民交通出版社，2001

4李国豪，石洞.公路桥梁荷载横向分布计算. 北京：人民交通出版社，1987

5胡大琳.桥涵工程试验检测技术. 北京：人民交通出版社，2000

6公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社，2004