李現(xiàn)科 于品德 張會(huì)禮

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州450006）

1 引言

目前，可以應(yīng)用多種方法來(lái)計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下，以及各種因素影響下的內(nèi)力和撓度分布狀態(tài)，較精確的空間結(jié)構(gòu)分析是采用有限元理論，將空間結(jié)構(gòu)分成板、殼或其他單元聯(lián)接成的整體結(jié)構(gòu)。梁格法的特點(diǎn)是用等效梁格來(lái)代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算梁格的受力狀態(tài)來(lái)得到實(shí)橋受力狀態(tài)，它易于理解和使用，本文將針對(duì)空心板橋梁，運(yùn)用梁格法建立有限元模型，用荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其撓度計(jì)算值及其撓度橫向分布進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

2 計(jì)算模型

某20m裝配式后張法部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，計(jì)算跨徑為19.96m，橫斷面由11塊空心板組成。空心板采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力筋為Φ15.24鋼絞線。橋板上現(xiàn)澆C50抗裂增強(qiáng)纖維混凝土10cm，上涂FYT-1改進(jìn)型防水層，橋面為厚度為4cm的瀝青混凝土且設(shè)2%的橫坡，橋面橫坡由墊石高度及鋪裝層厚度共同調(diào)整。結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖1。

圖1 空心板斷面尺寸

采用結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil建立有限元模型，研究跨中撓度值及其橫向分布規(guī)律，建立的梁格模型。根據(jù)個(gè)主梁間接縫的構(gòu)造特征，建立有限元模型時(shí)橫梁的剛度為空心板的橫向剛度，節(jié)縫處考慮鉸接和剛接兩種情況，這樣可建立圖2所示梁格模型。

圖2 梁格模型

3 荷載試驗(yàn)概況

本次荷載試驗(yàn)選取汽車(chē)作為試驗(yàn)荷載。該橋加載的控制荷載等級(jí)依照公路-I級(jí)的效應(yīng)確定；同時(shí)為保證試驗(yàn)的有效性，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，本次試驗(yàn)共需要4輛30噸載重汽車(chē)；試驗(yàn)前對(duì)每輛車(chē)都過(guò)了磅，記錄下各輛車(chē)的實(shí)際軸重、總重、輪間距和軸間距。

本次試驗(yàn)采用等效荷載的原則布載，布載情況見(jiàn)圖3所示。

圖3 正載車(chē)位平面布置圖（圖中標(biāo)注以cm計(jì)）

4 結(jié)果對(duì)比分析

4.1 撓度對(duì)比

為了解如何建立梁格模型才能更好的模擬橋梁實(shí)際受力情況，分別以橫向剛接、鉸接方式建立梁格模型，輔以單梁模型理論計(jì)算值，和荷載試驗(yàn)的實(shí)測(cè)跨中撓度值進(jìn)行對(duì)比分析。荷載試驗(yàn)各梁跨中撓度實(shí)測(cè)值及各模型跨中撓度的理論計(jì)算值見(jiàn)表1。

表1 荷載試驗(yàn)各梁跨中撓度實(shí)測(cè)值及各模型跨中撓度的理論計(jì)算值

圖4 正載工況作用下實(shí)測(cè)及計(jì)算值

由以上圖表可以看出，荷載試驗(yàn)跨中撓度的實(shí)測(cè)值較各模型的理論計(jì)算值都要小，在數(shù)值和趨勢(shì)上都與單梁模型和梁格橫向剛接模型相接近。一方面驗(yàn)證了空心板梁格建模計(jì)算的可行性，另一方面為建模精細(xì)化提供參考。

4.2 撓度橫向分布影響線對(duì)比

為了解各工況荷載左用下荷載橫向分布情況，求出各計(jì)算模型的撓度橫向分布影響線豎標(biāo)值，與實(shí)測(cè)跨中撓度橫向分布影響線豎標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)測(cè)跨中撓度橫向分布影響線豎標(biāo)值與各模型的跨中撓度橫向分布影響線豎標(biāo)值見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)及各模型的跨中撓度橫向分布影響線豎標(biāo)值

圖5 正載工況作用下跨中撓度橫向分布影響線

由以上圖表可以看出，實(shí)測(cè)跨中撓度橫向分布影響線與單梁模型和梁格橫向剛接模型的跨中撓度橫向分布影響線更為接近，目前空心板單梁模型理論計(jì)算已經(jīng)很成熟，這就驗(yàn)證了梁格建模計(jì)算的可行性。

通過(guò)對(duì)荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)撓度及其橫向分布與梁格模型及單梁模型的理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比可知，對(duì)空心板橋進(jìn)行梁格建模計(jì)算是可行的。從圖4～圖5可以看出，實(shí)測(cè)結(jié)果在數(shù)值和趨勢(shì)上都與單梁模型和梁格橫向剛接模型相接近，這就要求在建模時(shí)橫梁連接方式及剛度取值要恰當(dāng)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，空心板橋單梁模型理論計(jì)算已經(jīng)相當(dāng)成熟，但建立梁格有限元模型更能清楚地了解橋梁的空間受力分布情況，為了解如何建立梁格模型才能更好的模擬橋梁實(shí)際受力情況，本文分別以橫向剛接、鉸接方式建立梁格模型，輔以單梁模型理論計(jì)算值，和荷載試驗(yàn)的實(shí)測(cè)跨中撓度值進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果證明，實(shí)測(cè)結(jié)果在數(shù)值和趨勢(shì)上都與單梁模型和梁格橫向剛接模型相接近，這就要求在建模時(shí)橫梁連接方式及剛度取值要恰當(dāng)才能得到較為精確的理論計(jì)算結(jié)果。本文一方面驗(yàn)證了空心板梁格建模計(jì)算的可行性，另一方面可為空心板橋建模精細(xì)化提供參考。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]戴公連，李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用［M］.北京：人民交通出版社，2001.

[3]E.C.漢勃利.橋梁梁上部構(gòu)造性能.北京：人民交通出版社，1982.

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