潘冬冬

（浙江中能工程檢測有限公司,浙江 杭州 310000 ）

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展，橋梁的建設(shè)不僅要滿足基本的使用功能，橋梁的美學(xué)也成為人們關(guān)注的重要方面[1]。尤其在城市里面，拱橋不僅跨越障礙物能力強(qiáng)，拱橋還具備造型美觀的特點(diǎn)，備受城市建設(shè)者追崇。與傳統(tǒng)的混凝土橋梁相比，鋼箱梁橋具有自重輕、承載能力高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，被大量應(yīng)用在公路市政橋梁中[2-4]。

目前工程上常采用單梁模型對橋梁進(jìn)行受力計算分析，但單梁模型無法合理反映結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)，橋梁板殼模型建模過于復(fù)雜且建模分析過程所耗費(fèi)時間過多。該文采用梁格法進(jìn)行鋼箱拱橋建模，計算分析寬箱拱橋在成橋狀況下橋梁靜載試驗(yàn)理論數(shù)據(jù)，通過與橋梁現(xiàn)場實(shí)際靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析來驗(yàn)證梁格法建模合理性。

1 工程概況

某景觀拱橋?yàn)橄鲁惺戒撓涔皹?，橋梁跨徑布置為?3+86+13）m，橋梁全長為116 m，橋?qū)挒?7.5 m，主橋橫斷面尺寸：0.25 m（護(hù)欄）+5.25 m（人行道）+0.50 m（防撞護(hù)欄）+2.00 m（吊桿區(qū)）+0.75 m（防撞護(hù)欄）+14.5 m（機(jī)動車道）+0.75 m（防撞護(hù)欄）+2.00 m（吊桿區(qū)）+0.50 m（防撞護(hù)欄）+5.25 m（人行道）+0.25 m（護(hù)欄）。橋面采用雙向八車道，橋梁荷載等級為城-A 級，人群荷載3.5 kN/m2。道路等級為城市次干路，橋梁無通航要求，橋梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計年限為100 年，更換次要構(gòu)件設(shè)計年限為15 年。景觀拱橋采用先梁后拱的施工方法，鋼箱主梁和鋼拱肋采用先期工廠制作完成后，再運(yùn)輸?shù)巾椖渴┕がF(xiàn)場進(jìn)行分階段吊裝焊接施工拼裝成整體。

景觀橋主梁采用單箱12 室斜腹板箱形截面（圖1），鋼箱梁梁高2.5 m，梁頂面設(shè)置雙向2%橫坡。頂板和底板采用16 mm，梁端拱梁結(jié)合段局部加厚到30 mm。邊腹板厚度為14 mm，吊桿兩側(cè)中間腹板在拱橋范圍厚度為30 mm，其余段落厚度為16 mm。橫隔板基本間距2.0 m，標(biāo)準(zhǔn)板厚12 mm，拱梁結(jié)合處板厚20 mm。拱肋采用單箱單室等截面鋼箱拱，截面寬度為2.0 m，截面高度為1.58 m。吊桿采用擠壓錨固鋼絞線索體系，吊桿型號采用GJ15—19類型。鋼主梁及拱肋均采用Q355qc鋼材。

圖1 橫斷面布置圖

橋梁橋墩采用墻式墩，墩身立面配合梁橋拱肋部分景觀，設(shè)計為弧線形狀。橋臺為一字墻橋臺，端臺采用承臺加群樁基礎(chǔ)，橋臺臺身、側(cè)墻采用C35 混凝土，承臺采用C30 混凝土，樁基采用C30 水下混凝土。

2 有限元模型建立

梁格法的主要思路就是將上部結(jié)構(gòu)用一個等效的平面梁格來模擬，將分散在上部結(jié)構(gòu)的每一區(qū)段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于相近的等效梁格內(nèi)[5-6]?；诹焊穹ㄔ恚瑢⒔孛嫜馗拱鍎澐譃槎鄠€工字型截面和兩個邊梁截面。剪力-柔性梁格理論中對于劃分后的截面應(yīng)盡量滿足每根縱梁的中性軸與整體截面的中性軸處于同一高度[7]。依據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64—2015）對主梁縱向單元截面進(jìn)行折減，從而考慮剪力滯和局部穩(wěn)定影響。

計算模型材料均為Q345 鋼材，材料彈性模量和重度均按照相關(guān)規(guī)范取值，鋼箱梁采用梁單元模擬、吊桿采用桁架單元模擬。在主梁橫隔板處設(shè)置橫向梁格。橫向梁格采用工字型截面模擬，依據(jù)橫隔板實(shí)際重量并對橫向梁格截面進(jìn)行剛度及重量調(diào)整。全橋模型節(jié)點(diǎn)共1 691個、單元共2 320 個。有限元模型如圖2 所示。

圖2 有限元模型

3 靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)主要是通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加等效荷載使橋梁試驗(yàn)控制截面在荷載作用下內(nèi)力或位移與理論計算內(nèi)力或位移兩者比值滿足靜荷載試驗(yàn)效率。該次項目作為驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)，其值應(yīng)大于或等于0.85，且不得大于1.05。

3.1 測試截面和測點(diǎn)布置

該次靜載試驗(yàn)控制截面選擇1/4 跨徑截面（1-1 截面）和1/2 跨徑截面（2-2 截面），以拱肋內(nèi)力作為控制截面靜載試驗(yàn)效率等效原則，該次靜載試驗(yàn)分為2個工況進(jìn)行。2 個試驗(yàn)工況下試驗(yàn)車輛均為橫向中載布置。該次靜載試驗(yàn)采用8 輛車重為40 t 四軸車輛進(jìn)行加載，靜載試驗(yàn)效率表如表1 所示，控制截面示意圖如圖3 所示，拱肋彎矩包絡(luò)圖如圖4 所示，加載車布置圖如圖5～6 所示，加載車參數(shù)如表2 所示。

表1 靜載試驗(yàn)效率

表2 加載車參數(shù)

圖3 控制界面示意圖

圖4 拱肋彎矩包絡(luò)圖

圖5 工況1 和工況2 加載車縱向布置圖（mm）

圖6 工況1 和工況2 加載車橫向布置圖（mm）

該次靜載試驗(yàn)時分別在鋼箱梁第2 至第9 箱室梁底分別布置應(yīng)變計且編號為測點(diǎn)1 至測點(diǎn)8（編號Z1～Z8），在南北拱肋上側(cè)頂板側(cè)分別布置應(yīng)變計（編號NG1 和BG1）。鋼箱梁撓度采用高精度帶自動旋轉(zhuǎn)馬達(dá)功能全站儀配合棱鏡進(jìn)行測量，撓度測點(diǎn)布置在第2、4、6、8、10 箱室底，兩側(cè)靠近橋臺處分別布置支點(diǎn)沉降觀測點(diǎn)。

3.2 靜載試驗(yàn)成果及分析

3.2.1 應(yīng)力測試結(jié)果

工況1 和工況2 試驗(yàn)荷載作用下，主要測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測值、計算值如下圖7 和圖8 所示。

圖8 工況2 測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測值和計算值對比

由圖7～8 可知，在各工況試驗(yàn)荷載作用下，主梁及拱肋應(yīng)力實(shí)測值小于計算值，各測點(diǎn)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1，且應(yīng)力相對殘余變形均小于20%，依據(jù)《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T—2015），表明主梁和拱肋強(qiáng)度滿足設(shè)計荷載正常使用要求。

3.2.2 撓度測試結(jié)果

工況1 和工況2 試驗(yàn)荷載作用下，主要測點(diǎn)撓度實(shí)測值、計算值如圖9～10 所示。

圖9 工況1 測點(diǎn)撓度實(shí)測值和計算值對比

圖10 工況2 測點(diǎn)撓度實(shí)測值和計算值對比

由圖9～10 可知，在各工況試驗(yàn)荷載作用下，主梁及拱肋各測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，且撓度相對殘余變形均小于20%，依據(jù)《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T—2015），表明主梁剛度滿足設(shè)計荷載要求。

4 結(jié)語

（1）主梁及拱肋主要測點(diǎn)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1，應(yīng)力相對殘余變形均小于20%，滿足《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T—2015）規(guī)定的要求，表明主梁和拱肋強(qiáng)度滿足設(shè)計荷載要求。

（2）主梁及拱肋主要撓度測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)均小于1，撓度相對殘余變形均小于20%，滿足《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T—2015）規(guī)定的要求，表明主梁和拱肋剛度滿足設(shè)計荷載要求，橋梁具有較好的彈性恢復(fù)能力。

（3）靜載試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)比較接近，表明梁格模型在該項目中運(yùn)用是合理的，運(yùn)用梁格理論指導(dǎo)寬箱梁荷載試驗(yàn)，能夠保證精確度。