基于Midas的V型墩连续刚构桥静载试验分析

2016-07-26田小文

浙江建筑 2016年5期

关键词：静载试验

田小文，乔　杰

(浙江有色地球物理技术应用研究院，浙江绍兴 312000)

基于Midas的V型墩连续刚构桥静载试验分析

田小文，乔杰

(浙江有色地球物理技术应用研究院，浙江绍兴 312000)

摘要：静梁荷载试验是保证桥梁安全运营的重要手段。在所有桥梁检测项目中，静载试验能够了解桥梁实际工作状态和承载能力，提供直接可靠的挠度、应力应变数据。在此，结合某桥静载试验的实际案例，着重分析静载试验的工况设置以及数据处理，为以后V型墩连续刚构桥静载试验提供一些参考。

关键词：静载试验；V型墩连续刚构；Midas；工况设置

随着桥梁的发展，刚架桥、拱桥、系杆拱桥、简支梁桥、连续梁桥、T构桥、斜拉桥、悬索桥等桥型建设的重复，各种新桥型陆续出现，V型墩连续刚构桥形式活泼、造型美观，让人耳目一新，因此也让其成为一种近年来比较常见的桥梁形式[1]。

本文以某桥主桥静载试验为例，分析V型墩连续刚构桥这类桥梁在做静载试验时的工况设置以及数据处理。

该桥桥宽30 m，跨径组合为：3×25+(40+70+40)+3×25，主桥采用V型墩连续刚构，引桥为25 m先简支后连续预应力混凝土小箱梁[2]。设计标准：汽车荷载，城A级；人群荷载，人行道板(局部构件)的人群荷载按5 kPa；桥梁宽度30 m；设计基准期100年；设计使用年限100年；桥梁设计安全等级一级。

1静载方案

检测方案主要包括检测孔选择、工况设置、静载布置方案以及测点布置。检测孔的选择主要综合考虑以况设置以及测点布置。本桥选取该桥主桥部分中跨和一个边跨为试验跨。

1.1模型建立及加载工况确定

利用MidasCivil2012建立有限元模型(图1)进行内力分析计算，得到桥跨结构在汽车荷载作用下的弯矩包络和竖向挠度包络，见图2、图3。

图1　主桥Midas有限元模型

图2　主桥在移动荷载作用下的弯矩包络图

图3　主桥在移动荷载作用下的竖向挠度包络图

根据移动荷载作用下的内力和挠度包络图，确定主桥本次试验的控制截面，位置描述及测试内容见表1。

表1　主桥控制截面及描述

主桥试验加载工况如下：

工况一纵桥向按1.1截面最大正弯矩布载，横桥向偏载；工况二纵桥向按2.2截面最大正弯矩布载，横桥向偏载；工况三纵桥向按3.3截面最大负弯矩布载，横桥向偏载；工况四纵桥向按4.4截面最大正弯矩布载，横桥向偏载。

试验验车辆拟选用总重为400 kN的试验车辆6辆进行加载。

1.2加载位置及加载试验荷载效率

根据规范要求，各工况均分三级进行加载示意图见图4～7，加载效率见表2。

图4　工况一加载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线

图5　工况二加载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线

图6　工况三加载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线

图7　工况四加载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线

工况加载方式计算弯矩/kN·m试验弯矩/kN·m荷载效率工况一工况二工况三工况四右侧偏载12572.312494.70.9948786.48721.10.993-17897.1-18060.31.00910822.510901.21.007

1.3测点布置

高速公路软土路基的抗剪强度比较低，我国软土的结构若是并未对其转开排水处理，就会导致软土的抗剪强度＜20MPa，软土内部的摩擦角度一般都是20～35°，这样就会使软土的抗剪强度一定程度地下降。不过，我国软土路基通过排水固结可以大大地提升其抗剪强度，若软土的排水固结速度可以保持比较快的速度，那么软土的抗剪强度就会得到大幅度的提升。

1.3.1挠度测点布置

横桥向各试验梁挠度测量采用桥下测试截面处搭设脚手架，在每块试验梁下安装位移传感器，采用十六点位移测试仪JYC-203进行测读，这样可以在试验荷载作用下获得挠度在横桥向分布变化，测点分别布设在试验截面处；纵桥向桥面布载水准测点，通过测点相对高程的方法得到桥梁挠度，位移采用高精度全站仪进行测量，测点位于各试验跨墩顶、1/4L、1/2L、3/4L、墩顶处，在桥梁上靠人行道边缘0.2 m处布设1条测线。

1.3.2应变测点布置

各控制截面应力采用表面式应变计进行测试，应力测点布置见图8，主要测试各控制截面的应力分布规律和受力性能。

图8　工况一至工况四控制截面应变计布置图

1.3.3裂缝观测

试验前，对全桥进行外观调查，特别是对桥梁各控制断面处进行外观检查，主要检查是否存在裂缝。试验中，观察桥梁在试验荷载作用下是否有裂缝产生。若有，则记录裂缝产生部位、长度、宽度、间距、方向和性状，以及卸载后的闭合情况[3]。

2静载试验成果

通过试验加载得到挠度和应变、应力数据，下面以工况一数据为例，见图9～14，表3、表4。

图9　工况一主要测点挠度增长曲线

图10　工况一1-1截面测点挠度横向分布曲线

图11　工况一顺桥向挠曲线图

图12　工况一主要测点应力增长曲线

图13　工况一1-1截面应力随梁高分布图

图14　工况一1-1截面测点应力横向分布曲线

测点第一级实测值/mm第二级实测值/mm第三级实测值/mm残余挠度/mm理论计算值/mm校验系数η相对残余/%1-1截面(右)4.868.1010.120.1513.780.731.481-1截面(中)4.947.8410.450.5913.780.765.651-1截面(左)5.418.3210.270.2213.780.752.14

注：1.梁底挠度竖直向下为“+”；2.跨中挠度数据已进行支点沉降影响的修正。

表4　工况一主要测点应力测试结果

注：应力受拉为正“+”，受压为负“-”。

3静载试验成果分析

3.1强度、刚度分析

校验系数η是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/TJ21—2011)》的相关规定，一般要求校验系数不大于1.0。

本次试验控制截面的挠度、应变校验系数从表3中可以看到，主要控制截面的挠度校验系数和应变校验系数均小于1.0，表明桥梁控制截面的刚度、强度较好，桥梁刚度和强度均能满足试验规范的要求。

3.2弹性性能分析

由测试结果可知，各控制截面在相应控制荷载工况作用下的相对残余应变、挠度的最大值均小于规范要求的20%；该桥梁体的实测应变(或挠度)值均小于理论应变(或挠度)值，且在各级静载试验作用下，桥体测点对应的理论应变(或挠度)与实测应变(或挠度)关系曲线基本呈现为线性，说明在桥梁结构在此次静载试验中，处于良好弹性工作状态。

3.3控制截面应力沿梁高度分布图

控制截面应力沿梁高度分布图表明，应力沿截面高度的分布方式和理论计算结果基本一致，控制截面基本符合平截面假定。

3.4加载过程中挠度(应力)增长及挠曲线

加载过程中“各测点挠度(应力)增长曲线图”表明，控制点挠度(应力)在荷载作用下基本呈现出线性增长的特征，曲线斜率没有明显增大的趋势，表明随着荷载增长梁体受力基本处于线弹性范围内。

各级荷载下试验跨及相邻跨的实测挠曲线形态和理论计算值基本一致，即试验加载跨跨中下挠、相邻跨跨中上挠。

4结语

桥梁静载试验是一项复杂而细致的工作，要求加载方案要尽量模拟真实荷载情况，测试人员具有丰富的检测技术和经验。近年来我国在桥梁静载试验逐渐积累丰富资料和经验，静载试验的重要性也日渐突出[4]。

本文结合工程实际，讨论了桥梁检测静载试验中的荷载布置原则和工况设计，并且给出了一些有意义的静载准则和参数，希望能够为以后的类似桥梁静载试验提供参考借鉴。

参考文献

[1]李晓克,刘世明.V型墩连续刚构桥[M].北京：中国水利水电出版社,2014.

[2]王萍.V形墩连续刚构桥设计[J].公路,1997(6):12-13.

[3]申明文，周海俊.桥梁静动载试验检测方法[J].城市道桥与防洪，2007(7):158-160.