拼宽桥支座布置型式对墩顶负弯矩的影响

程林峰 ，陈卓行 ，戴文远，包鸿铨 （浙江省交通运输科学研究院，浙江 杭州 310014）

0 前言

笔架山农业高新技术产业园区中环道路建设工程起于乡道，梅溪至垅坝与S201省道交叉处，测设桩号K0+000，沿老路向北展线，途径吴家山、圣堂庙，受杭长高速安吉北互通影响，路线偏离老路向东展线，途径垅坝村委后继续沿老路展线，于K6+885处跨定胜河后，沿老路向东展线，途径潘村、曹埠、韩家墩、平桥、杨家湾，终点与县道梅小线顺接，测设桩号K8+900。本项目在K6+325.684处，设置连接线，顺接乡道大树蓬至前湾渡，全长1.762km。所经主要城镇为吴家山、垅坝村、潘村、曹埠、平桥，所经过主要河流为定胜河，沿线主要交叉道路S201省道、县道梅小线。路线主线全长10.662 km（含连接线约1.762km），按照双向单车道三级公路设计标准，设计速度为40km/h，标准路基宽10.0m；连接线采用双向单车道三级公路设计，设计速度40km/h，标准路基宽度10.0m。

梅溪马村平桥位于平桥至高桥联网公路上，原有老桥长为2跨7.1m，全长24.2m，原建于1980年，桥总宽6m，下部为重力式桥台，扩大基础，桥梁净高6.3m，与河道正交。结合水利部门河道宽度要求，拆除老桥，在原有位置新建桥梁，上部结构采用2跨16m预应力混凝土空心板。下部结构桥台采用桩接盖梁桥台，桥墩采用桩式桥墩，墩台基础均为桩基础，新建桥宽7m。后又拼宽7m，拼宽后桥梁宽度为14m，墩台右偏角度为90°，拼宽桥梁全长为38.04m，拼宽桥梁上部采用2m×16m预应力混凝土空心板，先简支后连续结构，桥台采用柱式台，桥墩采用桩柱式墩，墩台采用桩基础。拼宽后的桥梁改名为定胜河桥。在拼宽部分施工时，由于工人失误，将1#墩顶、2#梁下的支座安装错误——本该是只允许纵向位移的支座，安装成只允许横向位移的支座。后恢复正确。

本文采用桥梁结构专用有限元分析软件MIDAS Civil结合工程实际建立了拼宽桥的全桥模型，分析支座安装失误对全桥墩顶负弯矩的影响，希望为今后的施工提供参考[1-5]。

1 模型分析

定胜河桥中心桩号K6+770。老桥桥宽7m，上部结构为2m×16m预应力混凝土空心板，简支结构，下部结构桥台为柱式台，桥墩为桩柱式墩，墩台基础均为桩基础。拼宽后桥梁宽度为14m，墩台右偏角度为90°，拼宽桥梁全长为38.04m，拼宽桥梁上部采用2m×16m预应力混凝土空心板，先简支后连续结构，桥台采用柱式台，桥墩采用桩柱式墩，墩台采用桩基础。老桥与拼宽部分荷载等级均为公路—Ⅱ级。主梁均为C50混凝土。

主要技术指标有路线等级：三级公路；设计车道：双向两车道；设计行车速度：40km/h；荷载等级：公路 - Ⅱ级[2]；设计洪水频率：中桥1/50，小桥及涵洞1/25；地震设计烈度：Ⅵ度；环境类别：Ⅰ类；桥面净宽：13m。

桥型布置图如图1、图2所示。

1.1 结构建模

①基本参数

主梁采用C50混凝土，弹性模量Ec=3.45×104MPa，容重 γ=26kN/m3。桥面铺装为10cm沥青混凝土+10cm C50防水混凝土，沥青混凝土容重γ=24kN/m3；汽车荷载：公路—Ⅱ级（JTG B01—2014）。不考虑护栏、沥青混凝土面层及桥面铺装粘结层对刚度的贡献，其质量以荷载的形式作用在主梁上。

②分析模型

采用桥梁结构专用有限元分析软件MIDAS Civil进行计算分析，模型共包括425个节点，673个梁单元，340个板单元，模型如图3、图4所示。

图1 定胜河桥立面图（单位：cm）

图2 定胜河桥横截面图（单位：cm）

图3 定胜河桥支座安装正确理论计算有限元模型

图4 定胜河桥支座安装失误理论计算有限元模型

图5 定胜河桥弯矩包络图

1.2 测试截面选取

利用桥梁结构专用有限元分析软件MIDAS Civil进行建模分析，依据桥跨结构的活载内力包络图，确定结构的最不利受力截面。定胜河桥支座安装正确与支座安装失误的弯矩包络图如图5所示。

图6 定胜河桥测试截面示意图（单位cm）

根据弯矩包络图，选取1#墩附近负弯矩截面（A截面）进行测试，主要测试其应变。测试截面示意如图6所示。

1.3 测点布置

结构应变采用应变传感器进行测量，共布置10个应变计。A截面应变测点布置如图7所示。

图7 应变测点布置示意图（单位：cm）

1.4 加载车辆

按照桥梁设计荷载等效换算静载试验加载方式和加载数量。就某一加载试验项目而言，其所需加载车辆数量，将根据设计标准荷载产生的该加载试验项目对应的测试截面内力或变位等最不利效应值，根据《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015），加载效率按下式所确定的原则等效换算而得：

加载车数据表 表1

加载效率表 表2

式中：Ss——静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载测试截面内力或最大计算效应值；

S——控制荷载产生的同一加载测试截面内力或变位的最不利效应计算值；

μ——按规范取用的冲击系数值；

ηq——静力试验荷载的效率，应介于0.85～1.05之间。

为了保证试验的有效性，根据各测试截面的内力影响线，按最不利位置加载，在保证各主要测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.85～1.05的条件下，经计算确定静载试验共需用400kN（车重+荷重）载重汽车4辆。前轴重80kN，双后轴重320kN。试验前对每辆车都严格过磅，记录下各辆车的实际总重、轴重和轴间距。试验加载重车车型如表1、表2所示。

1.5 试验工况

本桥设置一个工况：1#墩附近负弯矩，横桥向偏载。工况一下测试截面影响线及车辆加载布置见表3。

1.6 理论控制值比较分析

通过静载试验分级加载，计算得到测试截面测点的理论应变如表4所示，此处给出1#—6#测点的结果。

通过上表可以得到，安装失误的支座对其上部梁板（2#梁）影响最大，使其一级、二级、三级加载时的梁底应变分别增大了14.7%、13.6%、12.5%，同时使相邻中梁（3#梁）一级、二级、三级加载时的梁底应变分别减小了9.8%、6.8%、5.5%；对其他梁板可以认为无影响。这个影响已经超过了工程上常说的5%的容许范围。

2 结论

本文采用桥梁结构专用有限元软件MIDAS CIVIL建立了拼宽桥的全桥模型，分析支座安装失误对全桥墩顶负弯矩的影响。计算结果表明，安装失误的支座对其上部梁板（2#梁）影响最大，使其一级、二级、三级加载时的梁底应变分别增大了14.7%、13.6%、12.5%：同时使相邻中梁（3#梁）一级、二级、三级加载时的梁底应变分别减小了9.8%、6.8%、5.5%；对其他梁板可以认为无影响。这个影响已经超过了工程上常说的5%的容许范围。今后的桥梁施工必须严格依照设计文件来，杜绝此类事故的发生，以免造成经济浪费及工期延误。