箱型拱桥静载试验及有限元分析
2020-06-17
江西正德工程检测有限公司，江西 南昌 330200
1 工程概况
桥梁结构： 桥跨分布为10m（预制空心板）+80m（钢筋混凝土箱型拱）+10m（预制空心板）。
箱型拱：净矢跨比f=1/6；
预制拱圈高度：1.60m；
顶板、底板厚度：12cm；
主拱圈、空心板：C40 混凝土；
桥梁两侧搭板：C30 混凝土。
桥面铺装：桥面铺装混凝土采用C50 厚度为12cm 进行铺装。
荷载等级：公路二级
2 Midas Civil 基本模型计算方法
2.1 有限元基本模型结构
依照桥梁的结构方式，运用有限元基本法剖析对桥梁进行荷载分析，拱脚、四分之一长及跨中截面的受力状况，根据上述依据确定试验的截面对象，桥梁Midas Civil 模型图下图所示：
图1 桥梁Midas Civil 模型（单位：cm）
2.2 计算结果及分析
试验控制截面依据桥梁承载能力评定规程的规定，选取本桥结构受力最不利位置处的截面。使用Midas Civil 软件对本桥进行建模［1］，计算分析时采用公路二级荷载等效荷载并选择加载车辆［2］。
测试断面：J1 断面 最大正弯矩、负弯矩
拱顶J2、L2 断面 最大正弯矩
拱脚J3 断面 最大负弯矩
拱脚L3 断面 最大水平推力
引桥J4 和L4 断面 第三跨跨中
测试断面位置示意图所示。
图2 测试截面（单位：cm）
3 检测目的
根据勘测桥梁结构在本次试验荷载下的应变和挠度，然后根据理论比较试验数值，评析是否满足桥梁设计荷载的基本要求，对实际现场结构的使用和状态进行评测［3］。
3.1 检测依据的技术规范
4 静载试验
4.1 加载方案设计
4.1.1 试验荷载确定
根据桥梁荷载试验规程规定，设计控制效应指的是控制截面的最不利内力受力情况（公路二级荷载（含汽车冲击力）作用下）。为达到试验效果，以汽车荷载产生效应与设计控制值作比较，且采用静载试验效率进行控制。
5 确保试验效果，静载试验效率
静力试验荷载可按控制效应包括内力、应力或变形等效原则确定。的控制效果静载试验可以包括确定等同原则的内力，应力或变形。静载荷试验设计效率的控制效果计算对应于横截面在一定测试负载控制横截面的效果的比例。对于服务桥，从而充分反映负载测试力特征结构，它使用一个复杂的和长期变化的负荷是不同的载荷下，通常需要使用高效率负荷试验。
静载试验效率ηq为：η=Ss/（S×δ）（0.8≤η≤1.05）
式中：
Ss为荷载试验作用下测试点位的应变或应力的计算值；
S 为设计荷载产生的同一加载控制截面内力等计算值；
δ 为设计荷载计算冲击系数为1+μ。
表1 现场试验加载效率汇总表
5.1 静载试验数据分析
5.1.1 结构校验系数
为了检验与正常使用荷载等效的试验荷载作用下主要测点的效应实测值与相应的计算值的差异，主要采用测点效应校验系数ξ 进行检验：
式中：
Se表示试验荷载作用下实测弹性变形或应变值；
Ss表示试验荷载作用下理论变形或应变值；
ξ 是评定桥梁的工作特性，确定桥梁承载能力的重要标准，要求ξ≤1.0。
依据本次试验测试结果，分析J1～J5 控制断面的主要应变和挠度测点在各自最不利加载工况下的应变和挠度校验系数结果见表2、表3 所示。
表2 应变校验系数结果汇总表
表3 挠度校验系数结果汇总表
由表2 及表3 得出，J1～J4 控制截面主梁：
应变校验系数ξ 在0.08～0.68 之间，ξ≤1.0，上部结构强度满足基本使用要求；
挠度校验系数ξ 在0.51～0.85 之间，ξ≤1.0，上部结构刚度满足基本使用要求。
5.1.2 残余变形（应变）分析
结合本次试验测试结果，分析J1～J3 控制断面的主要应变测点在各自最不利加载工况下的相对残余应变及位移测点在各自最不利加载工况下的相对残余变位，结果汇总见表4、表5。
表4 相对残余变位结果汇总表
表5 相对残余应变结果汇总表
由表4、表5 可知，J1～J4 控制截面主梁：
相对残余应变在0%～16.7%之间，≤20%，上部结构拥有良好的弹性复原能力。
相对残余变位在0%～5.6%之间，≤20%，上部结构拥有良好的弹性复原能力。
6 结论
（1）对本座桥开展了静载试验，在等效汽车荷载作用下，各截面的应力及挠度符合规范要求，表明该桥处于良好的弹性状态。
（2）通过Midas Civil 的建模计算，比较清楚反映了荷载试验过程中的结构受力状况，科学指导试验方案的确定及实施过程，对以后的工程试验及研究具有指导意义。
