郭延飛，陳佳佳，王國煒，亓興軍

（1.山東高速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司，山東 濟南 250101；2.四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川 成都 610041；3.濟南金衢公路勘察設(shè)計研究有限公司，山東 濟南 250101；4.山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院，山東 濟南 250101）

0 引 言

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用裝配式公路鋼橋器材架設(shè)臨時鋼便橋、應(yīng)急橋梁、“橋橋”施工塔架、支撐架、棧橋和工作平臺等多種裝配式鋼結(jié)構(gòu)，臨時便橋施工在道路保通過程中為應(yīng)急搶修搶建積累了豐富的實踐經(jīng)驗。貝雷梁鋼便橋以構(gòu)造簡單、自重輕、方便快速架設(shè)及可循環(huán)利用等優(yōu)勢在工程中得以廣泛應(yīng)用，尤其在抗震搶險救災(zāi)的時候，作為架設(shè)運送物資的便橋起到了關(guān)鍵作用[1]。貝雷梁鋼便橋作為臨時橋梁結(jié)構(gòu)使用時，一般需要滿足大型重載車輛的通過要求，因此有必要對貝雷梁的結(jié)構(gòu)進行安全計算和荷載試驗，為鋼便橋運營使用提供技術(shù)依據(jù)[2]。本文結(jié)合多跨簡支貝雷梁搶通工程，通過橋梁專用軟件MIDAS/CIVIL建立空間有限元模型，結(jié)合《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》中錯孔撓度理論計算的方法，依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21－2011）對現(xiàn)有ZB-200型鋼便橋的承載能力進行評估和判斷，為今后橋梁搶修工程提供值得借鑒的經(jīng)驗。

1 工程概況

G318線竹巴籠金沙江大橋位于川藏公路分界線上，是由川進藏的關(guān)鍵線路之一，上部結(jié)構(gòu)跨徑布置為8×30 m預(yù)應(yīng)力T梁+1×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆空心板，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩、摩擦樁基礎(chǔ)。受堰塞湖泄洪影響，第2~8跨上部結(jié)構(gòu)被洪水沖毀。為盡快恢復(fù)交通，做好搶通保通和災(zāi)后重建工作，在原有橋墩和蓋梁的基礎(chǔ)上，中間7孔采用ZB-200型上承式三排單層加強型簡支戰(zhàn)備鋼橋，兩岸邊孔保留，并對四川岸邊T梁進行糾偏復(fù)位。橋梁橫向布置為雙側(cè)三排，兩側(cè)桁架之間設(shè)置剪力撐，I型剪刀撐適用于鋼橋奇數(shù)跨，共4跨，每跨9片；II型剪刀撐適用于鋼橋偶數(shù)跨，共3跨，每跨11片，橋面寬度：凈1.0 m（護欄）+4.2 m（行車道）+1.0 m（護欄）=6.2 m，如圖1所示。每一標準型桁架單元長度為3.048 m，一孔30 m橋垮采用10個標準型桁架單元，相鄰兩孔簡支鋼梁橋的主桁架橫向交錯布置，每跨桁架下部設(shè)置3~4道橫梁，如圖2所示。該橋設(shè)計荷載：汽-20、掛-100（只允許單車通過），該次荷載試驗為確定搶通工程實際工作狀況及受力狀態(tài)是否滿足試運營（單車50 t）階段使用要求，因而對其進行荷載試驗和承載能力評估[3]。

圖1 鋼桁架橋梁斷面圖（單位：mm）

圖2 鋼桁架橋梁立面圖（單位：cm）

2 靜載試驗內(nèi)容及方法

2.1 空間有限元模型的建立

為科學(xué)進行該橋梁的荷載試驗，運用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立橋梁三維空間有限元模型，通過運營荷載組合計算，得到相應(yīng)不利斷面，進而確定試驗和檢測斷面。模型中貝雷梁、橫梁采用Q345鋼，其余各構(gòu)件均采用Q235鋼材模擬；橋面13.5 cm厚花紋鋼板采用板單元模擬，其余采用梁單元模擬。在兩片貝雷片連接位置釋放梁單元y-y方向旋轉(zhuǎn)自由度，橋面板與分配梁共用節(jié)點，貝雷梁與工字鋼橫梁之間的連接采用彈性連接中的一般連接[4]。試驗荷載下彎矩包絡(luò)圖如圖3所示。

圖3 試驗荷載下（中載）彎矩包絡(luò)圖

2.2 加載測點的布置

（1）撓度測點布置

該跨布置6個變形測點，位于橋面距護欄約20 cm處及道路中心線上，測點編號為D1~D6，變形測量采用高精度水準儀，布置點如圖4所示。

圖4 撓度測點布置圖（單位：cm）

（2）應(yīng)變測點布置

對應(yīng)急保通鋼桁架進行檢測：該跨支點鋼梁進行剪力檢測，在檢測每片桁架端立柱下部各布置一處應(yīng)力監(jiān)測點，共計6個測點；跨中每片桁架梁上、下弦桿各布置一處應(yīng)力監(jiān)測點，共計12個測點。墩頂測點布置圖如圖5至圖7所示。

圖5 應(yīng)變測點布置圖

圖6 應(yīng)變測點布置圖（支座處豎桿）（單位：mm）

圖7 應(yīng)變測點布置圖（跨中弦桿）（單位：mm）

（3）橋墩偏位檢測。

在各工況試驗汽車荷載作用下，觀測墩柱是否有偏位產(chǎn)生；記錄發(fā)現(xiàn)偏位的工況及加載等級，偏位大小和方向。觀測過程中若發(fā)現(xiàn)數(shù)值超過荷載計算的容許值，或出現(xiàn)其他異常情況時，應(yīng)立即停止加載。偏位測點布置如圖8所示。

圖8 墩柱偏位測點（單位：mm）

2.3 加載車輛及加載效率

依據(jù)設(shè)計文件橋面板軸重不大于14 t，試運營（單車50 t）階段使用要求運，通過三維模型計算確定靜載試驗需要加載車2輛35 t（50 t等效荷載進行加載）。無額定計算試驗荷載最大彎矩4 512.8 kN·m，荷載效率系數(shù)為0.969，處于規(guī)范規(guī)定的范圍0.85~1.05，表明此試驗加載有效。

2.4 加載工況

根據(jù)貝雷梁的結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)場的實際情況，按照測試界面的控制內(nèi)力及撓度布載，本橋加載過程分為四級，卸載過程分為二級。加載工況示意圖如圖9所示。

圖9 100%加載下車輛布置圖（單位：cm）

（1）預(yù)加載：零載→50%荷載值→零載

（2）正式加載：零載→工況I-1（25%）→工況I-2（50%）→工況I-3（75%）→工況I-4滿載（100%）→工況I-5（50%）→零載。

3 靜載試驗結(jié)果分析

3.1 ZB-200型鋼橋撓度計算原理

貝雷桁架間連接采用銷接，由于銷與孔間存在著設(shè)計間隙，桁架受力后兩者間的相對位移會引起結(jié)構(gòu)的非彈性撓度，所以ZB-200型鋼桁架的撓度由2部分組成[5]：（1）桁架結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的彈性撓度；（2）銷釘與銷孔之間的間隙，引起的非彈性撓度即錯孔撓度。由文獻[6]可知，ZB-200型貝雷梁標準節(jié)段長3.048 m，高度2.134 m，國產(chǎn)貝雷梁孔與銷間的設(shè)計間隙為0.5 mm[6]。

《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》采用虛功原理，推導(dǎo)出單層簡支貝雷梁錯孔撓度計算公式：

式中：d為貝雷梁標準節(jié)段長度的一半；θ為銷釘與銷釘孔之間的間隙Δ所引起的轉(zhuǎn)角為貝雷梁高度；n為貝雷梁節(jié)段數(shù)。

3.2 撓度測試結(jié)果分析

貝雷梁撓度測試結(jié)果表明，墩頂位置采用水準儀進行觀測，變形較小未能發(fā)現(xiàn)撓度變化。跨中截面實測撓度值為34.4~35.6 mm，材料計算受力變形撓度為26.1 mm，錯空撓度值為17.8 mm，撓度校驗系數(shù)在0.78～0.80之間。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)小于1.0的要求，表明結(jié)構(gòu)的實際狀況要好于理論狀況，結(jié)構(gòu)變形滿足彈性工作狀況要求。具體撓度對比分析情況如圖10所示。

圖10 最大正彎矩撓度理論撓度和實測撓度對比圖

3.3 應(yīng)變測試結(jié)果分析

貝雷梁應(yīng)變測試結(jié)果表明：各桿件實測應(yīng)變介于-189~255 με之間，殘余變形應(yīng)變介于-13~16 με之間，理論計算應(yīng)變介于-315~302 με之間，跨中截面校驗系數(shù)在0.35～0.91之間。結(jié)構(gòu)應(yīng)變校驗系數(shù)滿足規(guī)范小于1.0的規(guī)定，表明貝雷梁結(jié)構(gòu)強度達到設(shè)計荷載和使用的要求；相對殘余應(yīng)變絕對值最大為8.13%，均小于20%的規(guī)范值，說明結(jié)構(gòu)卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力。具體應(yīng)變對比分析情況如圖11至圖12所示。

圖11 最大正彎矩（上下弦桿）理論應(yīng)變和實測應(yīng)變對比圖

圖12 最大正彎矩墩頂豎桿理論應(yīng)變和實測應(yīng)變對比圖

3.4 墩柱偏位測試結(jié)果

測試跨徑兩邊墩柱位移結(jié)果最大偏位為4-1#墩2.8 mm下游方向，各工況主測截面偏位介于0.2~2.8 mm，墩柱位移相對較小，表明墩柱結(jié)構(gòu)的實際狀況要好于理論狀況。

4 結(jié) 語

橋梁結(jié)構(gòu)作為國省道跨越障礙物的重要組成部分，地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的橋梁破壞對災(zāi)后重建和物資運輸帶給社會的影響巨大。本文通過對竹巴籠大橋搶修架設(shè)貝雷梁鋼便橋的荷載試驗，判定搶修橋梁在運營狀態(tài)下的承載能力。

（1）該次檢測各工況測試應(yīng)力校驗系數(shù)、相對殘余變位絕對值滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）的要求。

（2）各工況測試截面撓度校驗系數(shù)在0.78～0.80之間，通過貝雷梁實橋加載試驗結(jié)果驗證了MIDAS有限元模型和錯孔撓度理論計算確認撓度的可靠性。

（3）各工況的荷載試驗效率在0.85~1.05之間，其試驗結(jié)果表明表明貝雷梁結(jié)構(gòu)剛度達到設(shè)計荷載和滿足單車50 t運營要求。