桥梁铺装层对桥梁刚度贡献影响的研究

2020-09-05徐以艳杨榕湖北交通职业技术学院公路与轨道学院湖北武汉430079

安徽建筑 2020年9期

徐以艳，杨榕（湖北交通职业技术学院公路与轨道学院，湖北武汉 430079）

1 引言

桥梁结构在试验静荷载作用下控制截面的应变、挠度以及桥梁结构动力性能的各参数（固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数等）和动力响应，是宏观评价桥梁结构整体刚度的重要指标。如果实测值小于理论值，说明结构的实际刚度偏小，结构可能存在开裂或其他异常现象。

现行桥梁设计规范中，梁桥的刚度都是通过梁截面尺寸及材料性能来确定的，而桥面铺装层都是按恒荷载来考虑。而实际工程中，桥面铺装采用沥青混凝土或钢筋混凝土铺装层，且铺装层厚度较大，这时铺装层与主梁有一定的协同工作能力，大大提高了整体桥梁的抗弯刚度，这样实际测得桥梁应变、挠度及自振频率比理论计算值大。目前，认为虽然是桥梁抗弯刚度理论计算时比较保守的原因，但是实际铺装层对桥梁抗弯刚度的贡献是不可忽略的，特别是钢筋混凝土铺装层梁桥。

而目前设计中尚未考虑桥面铺装层对桥梁刚度的贡献。因此，本文依据某实桥静载试验，分别考虑3种情况（不考虑桥面铺装层，考虑钢筋混凝土铺装层、考虑沥青混凝土铺装层）采用MIDAS Civil建立计算模型，导出3种情况的理论值，与现场测试值进行对比分析，确定铺装层对梁桥刚度贡献的影响，对桥梁静、动载试验和桥梁状态评估具有较强的针对性和实用性。

2 工程概况

某城市桥梁上部构造为1联（3×25）m，采用先简支后连续施工工艺，中心桩号处路线与水流方向夹角为85°。桥梁单跨单幅由8片预应力小箱梁组成，单幅桥面宽度为23.8m，全断面车道布置为：0.3m（人行护栏）+3.0m（人行道）+4.5m（非机动车道）+15.5m（车行道）+0.5m（防撞护栏），单幅车道布置为单向四车道加非机动车道，设计汽车荷载等级为城市-A级。

图1 桥梁有限元模型

3 静载试验

桥梁静载试验是使用试验荷载在指定位置对桥梁进行加载，测试桥梁结构控制截面的应变、挠度等参数。

3.1 有限元计算模型

采用桥梁结构有限元分析软件MIDAS Civil进行建模计算分析，本次有限元建模分3种情况：①完全不考虑桥面铺装影响；②桥面铺装完全由20cm厚的C40混凝土充当；③桥面铺装由20cm的沥青混凝土充当。本次桥面铺装模拟，由板单元模拟，沥青弹性模量为1.2MPa，泊松比为 0.3，容重 24kN/m3。

3.2 试验跨选取及测点布置

基于静载试验的试验跨选取原则，并且结合桥梁现场的实际工作环境，本文仅选取此桥上游幅第2、3跨为试验跨，测试断面为各测试跨1/2跨截面及上游幅1号桥墩对应的支点截面。

应变测点布置：测试截面为1-1、2-2、3-3、4-4、5-5和6-6，每一测试截面在该截面每片小箱梁梁底均布置1个纵向应变测点，有6个测试截面，每个截面布8个测点，共48个测点，单幅截面应变测点如图2所示。

挠度测点布置：由于桥梁现场条件限制，因此将挠度测点布置于桥面，测试截面2-2、3-3、5-5、6-6各布置5个测点，共20个测点，采用电子水准仪对挠度进行测量，单幅截面挠度测点如图3所示。

图2 测试截面应变测点布置图（其中n为测试截面号）

图3 测试截面2-2、3-3挠度测点布置图（N表示应变测试截面编号，N为2、3）

3.3 试验加载方案

按照设计人群荷载3.5kN/m2进行计算布载，有限元模拟中三种情况均考虑人行道及护栏的荷载效应。试验荷载工况的选择应依据反映桥梁结构的最不利受力状态的原则来进行，根据本桥工程特点，分别选取支点位置最大负弯矩工况为Ⅰ、跨中截面最大正弯矩工况为Ⅱ、第3跨（边跨）主梁最大正弯矩工况为Ⅲ。控制截面在试验荷载作用下的内力计算值与按设计规范要求布置荷载作用下，控制截面的内力计算值的比值即是静载试验荷载效率，经计算工况Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ静载试验效率系数分别为0.93、1.04、1.04。试验时分四级加载，两级卸载。