張 偉

（深圳市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站 深圳518000）

0 引言

近年來，隨著橋梁技術的發(fā)展，各種新型橋梁結(jié)構應用于工程當中，如UHPC 橋面板［1］、UHPC 梁［2］、FRP-混凝土橋面板［3-4］、波形鋼腹板混合梁［5］等。最近，一種波形鋼腹板-桁式弦桿組合梁橋在工程中得到應用［6-7］，該組合梁橋利用鋼管混凝土代替混凝土底板，鋼管混凝土間通過桁架連接。該結(jié)構具有自重輕、受力合理的特點，負彎矩區(qū)的鋼管混凝土可以充分發(fā)揮其受壓特性。

本文對一座波形鋼腹板-桁式弦桿組合梁橋開展荷載試驗研究，通過靜、動載試驗了解該種橋型的受力特點。最后，通過試驗值與有限元值的對比，評定該新型橋梁結(jié)構的力學性能。

1 工程概況

某橋上部結(jié)構為主跨45 m 的等截面高度2.8 m的波形鋼腹板-桁式弦桿組合簡支箱梁橋，每幅橋的寬度為20 m，如圖1 所示。主梁腹板采用1600 型的Q345c 波形鋼腹板，波長1 600 mm，壁厚20 mm，波高220 mm；下弦桿采用直徑φ 720，壁厚20 mm，內(nèi)部灌注C50微膨脹混凝土。弦管間采用橫撐和斜撐構成的桁式連接，橫撐和斜撐均采用雙槽鋼和焊于弦管上的梯形鋼板焊接形成桁式弦桿，同時箱內(nèi)沿縱向每4.8 m設置1道橫隔，共設9道橫隔，增加整體抗扭性能。支點處設置混凝土橫梁，橫梁厚度為1.2 m。橋梁設計荷載為城-A級。

圖1 組合梁橫斷面及實景Fig.1 Cross Section and Application of Composite Beam

2 靜載試驗

2.1 有限元模型

王程偉等人［8-9］的建模方法采用MIDAS/Civil軟件，對波形鋼腹板-桁式弦桿組合簡支箱梁進行仿真模擬。采用空間梁格模型進行結(jié)構狀態(tài)分析，其中鋼管混凝土采用共用節(jié)點雙單元法模擬，分別模擬混凝土和鋼管；波形鋼腹板和鋼翼緣板采用梁單元模擬；混凝土板采用平面梁格模型模擬。有限元模型如圖2所示。

圖2 有限元模型Fig.2 Finite Element Model

2.2 主要測點布置

在靜載試驗中，主要對簡支組合梁的跨中斷面進行測試，通過對靜載下的變形及撓度的測量，評估橋梁的技術狀態(tài)?？缰袛嗝鎽兒蛽隙葴y點布設如圖3所示，實橋應變測點安裝如圖4所示。

圖3 跨中斷面測點布設Fig.3 Layout of Measuring Points at Mid-Span Section

圖4 應變測點安裝Fig.4 Installation of Strain Measuring Point

2.3 試驗荷載工況

波形鋼腹板-桁式弦桿組合簡支箱梁的靜載工況如下。⑴工況1：對稱加載下跨中中梁斷面最大撓度；⑵工況2：對稱加載下跨中中梁斷面最大拉應變；⑶工況3：偏心加載下跨中邊梁斷面最大撓度。

2.4 靜力荷載效率

依據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程：JTG/T J21-01—2015》［10］，本次靜載試驗的荷載效率η 控制在0.85～1.05之間。η按式⑴計算。

式中：Ss為靜載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計算效應值；S 為設計標準活載不計沖擊荷載作用時，產(chǎn)生的該加載試驗項目（截面）對應的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利計算效應值；μ為沖擊系數(shù)值。

各工況的荷載效率如表1所示。

表1 靜力荷載試驗各工項加載效率Tab.1 Loading Efficiency of Each Work Item in Static Load Test

2.5 試驗結(jié)果與分析

在各試驗工況作用下，該橋上部結(jié)構對應控制截面的主要測點實測撓度校驗系數(shù)介于0.36～0.71 之間，實測撓度均小于計算值，結(jié)構變形正常，表明測試截面結(jié)構剛度滿足要求。詳細測試結(jié)果如表2所示。

表2 撓度實測值與理論值對比Tab.2 Comparison between Measured Deflection and Theoretical Deflection

在各試驗工況作用下，該橋下弦管鋼管底面結(jié)構對應控制截面實測應變校驗系數(shù)介于0.32～0.73 之間，實測應變均小于計算值，表明測試截面結(jié)構強度滿足要求。詳細測試結(jié)果如表3所示。

3 動載試驗

動載試驗中通過脈動試驗獲取實橋的頻率。脈動試驗即在橋面無交通荷載及橋址附近無有規(guī)律振源的情境下，測定橋梁在風荷載、水流、地脈動等隨機荷載激振而引起的微小振動響應。這里采用脈動試驗測量橋梁的頻率，通過實測值與理論值的對比，考察實橋的剛度狀態(tài)。脈動試驗現(xiàn)場實測如圖5 所示。采用前述的有限元建模方法建立波形鋼腹板-桁式弦桿組合簡支箱梁模型，計算振型及實測頻譜如圖6 所示，第一階振型為豎彎，第二階振型為扭轉(zhuǎn)。

表3 實測鋼管底應變與理論鋼管底應變對比Tab.3 Comparison between Measured Strain and Theoretical Strain at the Bottom of Steel Tubes

圖5 動載試驗Fig.5 Dynamic Load Test

前兩階振動頻率的對比結(jié)果如表4 所示，各階振型實測頻率均大于相應的理論計算值，說明結(jié)構動剛度良好。

圖6 計算振型及實測頻譜Fig.6 Calculated Vibration Mode and Measured Spectrum

表4 實橋脈動結(jié)果Tab.4 Pulsation Test Results of Bridges

4 結(jié)語

⑴本次靜載試驗的荷載效率為0.85～1.05，滿足文獻［10］的相關要求。此外，實測校驗系數(shù)表明，波形鋼腹板-桁式弦桿組合簡支箱梁橋的實橋剛度和強度滿足《公路鋼結(jié)構橋梁設計規(guī)范：JTG D64—2015》的要求。

⑵動載試驗表明，波形鋼腹板-桁式弦桿組合簡支箱梁橋的實測頻率均高于計算頻率，該新型結(jié)構的實際動剛度較高，動力性能良好。