空心板桥荷载试验研究

金腾飞 彭文明 陈华岳

（1 广州市市政工程维修处；2 韶关学院）

荷载试验是对桥梁结构直接加载的试验工作，不仅能直接了解结构受力状态，也有助于发现桥梁存在的隐蔽病害[1-2]。本文以某简支空心板桥为背景，基于梁格有限元模型，对静力荷载试验进行模拟，制定荷载试验方案，通过分析现场实测结果与理论计算值相对比，评定该桥工作性能。

1 工程概况

该桥上部结构为18m 跨径的后张预应力钢筋混凝土简支空心板桥，计算跨径为17.2m，桥面横向布置为：0.5m（防撞栏）+21m（车行道）+0.5m（防撞栏），设计荷载为汽-超20 级、验算荷载为挂-120。鉴于该桥底板出现多处贯通横裂，通过在底板张拉碳纤维板，增加预应力储备，不仅封闭既有裂缝，而且防止裂缝进一步发展。为判断经加固后该桥能否满足原设计要求，进行本次静载试验。

2 梁格有限元模型

梁格法是采用等效梁格代替桥梁上部结构，纵向刚度集中与纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格构件内[3-5]。基于上述原则，采用梁单位模拟纵向主梁，采用不计重量的虚拟横梁将纵梁连接为整体，并将相邻横梁在同一铰缝处释放弯矩，利用Midas/Civil 软件建立空心板的梁格有限元模型，如图1 示。

3 静力荷载试验

3.1 试验内容及测点布置

图1 空心板梁格有限元模型图

测试的主要内容为在试验荷载作用下跨中截面的最大正弯矩、挠度及应变。在跨中截面主梁底设置14 个挠度测点和14 个应变测点，间距1.5m；跨中断面挠度值采用百分表进行测量，应变值采用振弦式应变计测量，测点布置如图2、图3 所示。

图2 跨中挠度测点布置图/cm

图3 跨中应变测点布置图/cm

3.2 试验加载布置及效率

基于梁格有限元模型，考虑车辆荷载横向最不利布置，计算“汽-超20 级、挂-120”荷载作用下边梁（1#空心板）跨中最大正弯矩值。考虑内力等效原则确定试验荷载，使静力试验荷载加载效率ηs介于0.95～1.05 之间[6]。工况1 采用1 列加载车，计2 辆重车；工况2 采用2 列加载车，计4 辆重车，如图4 所示，加载布置如图5所示。1#空心板跨中断面的设计内力值、静力荷载试验内力值及加载效率见表1 所示，由表1 可知，加载效率满足要求。

图4 试验加载车轴位图/cm

图5 试验加载布置图/cm

表1 试验内力及加载效率

3.3 试验结果分析

3.3.1 结构变位及应变校验系数

校验系数ζ 是试验荷载作用下控制测点的实测弹性变位或应变值与理论计算值的比值。考虑空心板梁端处支座沉降值，对该板跨中断面的实测挠度值进行修正，可得到实测弹性变位，各测点的挠度及控制测点的挠度校验系数见表2、图6 所示，各测点的应变及控制测点的应变校验系数见表3、图7 所示。

由表2、表3 可知，校验系数ζ 均小于1 时，说明桥梁上部结构实际状况好于理论值，具有一定的安全储备；由图6、图7 可知，实测弹性挠度及应变曲线整体趋势与理论计算曲线较为相近，说明梁格有限元模型能够

表2 测点挠度值及校验系数

图6 工况2 作用下横向实测弹性挠度与计算值对比曲线

反应桥梁空间受力情况，具有较高精度。

3.3.2 相对残余变位及应变

3.3.3 跨中断面荷载横向分布系数

根据跨中横向实测弹性挠度，计算空心板桥的荷载横向分布系数，不仅能有效评价上部结构横向传力性能，也助于确定横向联系的损伤状况。

表3 测点应变值及校验系数

图7 工况2 作用下横向实测弹性应变与计算值对比曲线

表4 主要测点相对残余变形

式中，

wi——第i 片空心板梁跨中挠度值；

EiIi——第i 片空心板梁弹性模量及抗弯刚度；

N——纵向加载车的列数，其中

工况1、2 作用下各空心板荷载横向分布系数实测

值与理论计算值见表5、图8、图9 所示。

由表5 可知，工况1、2 试验荷载作用下，各主梁荷载横向分布系数实测值与理论计算值偏差较小，说明主梁间连接状态良好。由图8、图9 可知，各主梁荷载横向分布系数实测值与理论计算值的变化曲线趋势基本一致，峰值偏差较小，说明该桥实际横向刚度达到设计预期，也进一步说明梁格有限元模型的建模合理性。

表5 空心板桥荷载横向分布系数汇总

图8 工况1 作用下主梁荷载横向分布系数实测值与计算值对比曲线

图9 工况2 作用下主梁荷载横向分布系数实测值与计算值对比曲线

4 结论

⑴试验荷载作用下，空心板桥跨中断面控制测点的变位及应变校验系数ζ 均小于1，说明桥梁桥梁上部结构实际状况好于理论值；主要测点相对残余变位及应变fffffd均小于20%，说明结构接近弹性工作状况；可知该桥的承载能力能够满足设计荷载的要求。

⑵工况1、2 试验荷载作用下，主梁跨中荷载横向分布系数实测值与理论计算值变化趋势基本一致，说明板间横向连接状态良好，梁格有限元模型可用于该类桥受力分析。