謝賽軍 （通號(hào)建設(shè)集團(tuán)公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001）

0 前言

隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，城市公路建設(shè)及立體交通建設(shè)日新月異。為了提高道路交通網(wǎng)的通行能力和通行效率，同時(shí)讓橋梁走向服從城市路線的整體走向，路線線形的要求相應(yīng)地就越來(lái)越高，因此，越來(lái)越多的彎橋應(yīng)運(yùn)而生。彎橋主要的受力特點(diǎn)是翹曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，無(wú)論荷載是否偏心，都會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生彎矩和扭矩，并相互影響，同時(shí)在彎道處內(nèi)外側(cè)支座反力不等，且內(nèi)外側(cè)反力差易引起的較大的扭矩，使梁截而處于彎扭效應(yīng)耦合的狀態(tài)，這與常見(jiàn)的正直線橋梁在受力性能方面有著較大的偏差。本文結(jié)合工程實(shí)例，基于單梁法對(duì)吉首市3×30=90m跳巖河連續(xù)小箱梁彎橋進(jìn)行有限元分析，并對(duì)該橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)研究。

1 工程概況

1.1 工程背景

跳巖河橋是金坪路市政橋梁，橋梁里程樁號(hào)起始點(diǎn)為K1+532.000，終點(diǎn)為K1+622.000。橋梁總長(zhǎng)為 3×30=90.0m，橋梁位于半徑R=500m道路曲線及緩和曲線段，橋梁墩臺(tái)平行布置，橋梁全寬33.6m。橋位處場(chǎng)地屬于溶蝕型丘陵地貌，岸坡起伏不大，橋位附近地面標(biāo)高198.42-205.99m左右，高差約7.57m，地面縱坡10°～15°。橋梁平面布置如圖1所示。

1.2 箱梁參數(shù)

上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，結(jié)構(gòu)體系為先簡(jiǎn)支后轉(zhuǎn)連續(xù)的結(jié)構(gòu)，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋梁分兩幅設(shè)計(jì)，單幅橋按5片箱梁布置，單幅橋梁斷面布置為：0.3m（欄桿）+4.5m（人行道）+11.5m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）＝16.8m，中分帶寬3.0m。為確保橫斷面尺寸與道路一致，邊梁的翼緣長(zhǎng)度做相應(yīng)調(diào)整以適應(yīng)道路曲線。

主梁采用C50混凝土，彈性模量為3.45×104MPa，泊松比為0.2，線膨脹系數(shù)為 1.0×10-5，容重為 26kN/m3，荷載采用城市-A級(jí)，人群荷載為3.0kN/㎡。箱梁結(jié)構(gòu)的截面尺寸如圖2所示。

2 靜載試驗(yàn)

圖2 試驗(yàn)橋梁尺寸橫斷面圖

橋梁試驗(yàn)表 表1

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定試驗(yàn)方案，選擇施工中存在一定問(wèn)題的橋跨、結(jié)構(gòu)受力最不利、相對(duì)結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況較差、便于搭設(shè)支架和設(shè)置測(cè)點(diǎn)以及施加荷載方便的橋跨進(jìn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)采用橋梁專用分析計(jì)算軟件Midas/Civil對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)荷載的靜力理論計(jì)算，跳巖河橋成橋靜載試驗(yàn)所選取的試驗(yàn)跨見(jiàn)表1所示。

2.1 有限元分析

采用Midas/civil建立梁?jiǎn)卧邢拊Ｐ?，按照城?A級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算該橋的荷載效應(yīng)，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖及受力圖如圖3、圖4所示。

圖3 30+30+30m連續(xù)梁有限元模型

2.2 試驗(yàn)荷載

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》的規(guī)定，靜載試驗(yàn)荷載一方面應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的安全性，另一方面又應(yīng)能充分暴露結(jié)構(gòu)承載能力，一般靜載試驗(yàn)效率系數(shù)：

式中：ηq——靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)。

Ss——試驗(yàn)荷載作用下，檢測(cè)部位最大變位或最不利內(nèi)力計(jì)算值；

S'——設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，檢測(cè)部位最大變位或最不利內(nèi)力計(jì)算值；

μ——設(shè)計(jì)取用的動(dòng)力系數(shù)。

選取最不利荷載效應(yīng)作為本文分析研究的重點(diǎn)，因此選取邊跨及中跨最大正彎矩偏載、中載測(cè)試工況進(jìn)行分析，靜載試驗(yàn)效率如表2所示。

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

①應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試。本次試驗(yàn)箱梁跨中梁底最大正彎矩應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的布置為一片梁布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別在腹板與頂板交界處、腹板與底板交界處及底板中間各2個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用振弦式應(yīng)變計(jì)和配套的測(cè)試儀進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試。

②撓度測(cè)試。試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置在測(cè)試跨在各箱梁中心線和兩個(gè)支座斷面處，共七個(gè)斷面的橋面上布置豎向撓度測(cè)點(diǎn)，利用精密水準(zhǔn)儀與百分表配合測(cè)量橋跨的撓度變化，考察結(jié)構(gòu)的剛度。

2.4 測(cè)試規(guī)則

按照擬定的試驗(yàn)工況，經(jīng)計(jì)算分析表明：本次試驗(yàn)加載采用4～6臺(tái)重約450kN的加載車，加載車分三級(jí)加載（一級(jí)加載2輛車，二級(jí)加載4輛車，三級(jí)加載6輛車）。

圖4 跳巖河橋連續(xù)梁活載彎矩效應(yīng)圖（kN·m）

跳巖河橋連續(xù)梁活載彎矩效應(yīng)圖（kN·m） 表2

圖5 跳巖河橋連續(xù)梁最不利應(yīng)變梁體測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

2.4.1 靜力加載持續(xù)時(shí)間

加、卸載的持續(xù)時(shí)間取決于結(jié)構(gòu)最大變位測(cè)點(diǎn)達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)所需要的時(shí)間，實(shí)際觀測(cè)時(shí)，一般是取15分鐘。

2.4.2 終止加載的控制條件

①控制測(cè)點(diǎn)變位（或撓度）超過(guò)規(guī)范允許值時(shí)；

②由于加載使結(jié)構(gòu)裂縫長(zhǎng)度、寬度急劇增加，新裂縫大量出現(xiàn)，寬度超出允許值的裂縫大量增多，對(duì)結(jié)構(gòu)使用壽命造成較大的影響時(shí)；

③發(fā)生其它破壞，如超過(guò)規(guī)范允許值等影響橋梁承載能力或正常使用時(shí)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，可得到跳巖河連續(xù)彎箱梁橋在各個(gè)工況下的應(yīng)變及撓度測(cè)試情況各有不同，值得一提的是對(duì)于應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，本文在此僅挑選出最不利荷載工況下受力最大的梁體，將理論數(shù)值與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖6 跳巖河橋連續(xù)梁撓度測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

從圖5可以看出，結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量結(jié)果與理論值較吻合，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值在不同工況的不同荷載等級(jí)下，應(yīng)變大小與加載大小呈正相關(guān)態(tài)勢(shì)，且變化趨勢(shì)基本成線性發(fā)展，最大應(yīng)變出現(xiàn)在工況一即邊跨跨中偏載工況1#梁3-4號(hào)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試應(yīng)變值達(dá)到148με，理論值為187με。

從圖6可以看出，結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量結(jié)果與理論值較吻合，與荷載施加等級(jí)呈正相關(guān)態(tài)勢(shì)，且變化趨勢(shì)與應(yīng)變變化趨勢(shì)類似，最大撓度出現(xiàn)在工況一橋梁1/2跨中位置，最大撓度值11.648mm，理論值為15.326mm，相鄰跨最大負(fù)撓度為-4.597mm，理論值為-6.129mm，支點(diǎn)位置則基本沒(méi)有變化。

綜合上述分析，可以發(fā)現(xiàn)該小箱梁彎橋最不利受力狀態(tài)是在橋梁邊跨受偏載作用的情況下發(fā)生，邊跨跨中偏載作用下的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.780，撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.739，均小于1，滿足規(guī)范要求，表明結(jié)構(gòu)承載力滿足設(shè)計(jì)荷載要求；殘余應(yīng)變與加載應(yīng)變之比最大值為0.139，殘余撓度與加載撓度之比最大值為0.111，均小于0.2，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的回彈性能較好。

4 結(jié)論

本文根據(jù)跳巖河裝配式小箱梁彎橋的特點(diǎn)，結(jié)合有限元分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，可以看出，在各工況各級(jí)加載作用下，橋梁的力學(xué)性能和變形性能表現(xiàn)良好，理論分析與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果較吻合，荷載等級(jí)與應(yīng)變、撓度基本呈正相關(guān)變化，在試驗(yàn)荷載作用下橋梁最大應(yīng)變測(cè)試值均小于最大理論值，殘余變形較小，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)和撓度校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范要求，說(shuō)明結(jié)構(gòu)整體處于較好的工作狀態(tài)，并且觀察到應(yīng)變及撓度校驗(yàn)系數(shù)普遍處于0.7至0.8之間，表明基于單梁法進(jìn)行此類橋梁的理論分析是偏安全考慮的，可為同類工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。