劉方華，涂旭鳴，姚 鋒

（1.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湘潭411201；2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410075）

0 引 言

箱型截面梁是目前橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣泛的一種截面形式，它具有良好的結(jié)構(gòu)受力性能，但是其受力分析則較為復(fù)雜［1］.而在橋梁檢測(cè)中必須建立理論模型，分析出受力結(jié)果與實(shí)測(cè)受力情況作對(duì)比，從而判斷橋梁的優(yōu)劣.通常我們會(huì)使用大型有限元軟件Midas／civil，采用梁格法對(duì)橋梁進(jìn)行模擬.如何才能使梁格法的模擬更加精確并且不會(huì)增加過(guò)多的工作量，這都是我們一直以來(lái)研究的問(wèn)題.本文以陳塘大橋混合車道作為研究對(duì)象，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行深入探究.

1 橋梁概況

陳塘大橋跨越陳塘排洪渠，其混合車道上部結(jié)構(gòu)采用4×25m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁，預(yù)制梁高1.4m，橋面布置為0.5m＋凈11m＋0.5 m.為方便說(shuō)明，橋梁從惠州向博羅方向分別標(biāo)記為1～4跨，跨中截面自左向右分別標(biāo)記為1～4號(hào)梁.橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示.

圖1 陳塘大橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 模型建立

本橋采用有限元軟件 Midas／civil，用梁格法建模.橋面用梁?jiǎn)卧M，橫向劃分為4片箱梁，縱向分別按1／50、1／25、1／12.5、1／10、1／5梁長(zhǎng)為單元?jiǎng)澐至焊?，同時(shí)建立空間模型作為對(duì)照.

3 計(jì)算過(guò)程及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)荷載及加載方法

為了能夠準(zhǔn)確地分析橋梁的整體受力規(guī)律及使用性能，采用Midas／civil進(jìn)行空間模型受力分析.并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)連續(xù)箱梁進(jìn)行了靜力荷載試驗(yàn)，靜力荷載車型如圖2所示，軸重及軸距如表1所示.

圖2 加載車輛

表1 加載車輛軸重及軸距

本次靜載試驗(yàn)針對(duì)第一跨跨中最不利荷載位置進(jìn)行布載以及采集數(shù)據(jù)［2］，分為兩個(gè)工況：工況一，第一跨跨中截面最大正彎矩偏載；（車輛布置如圖3所示）工況二，第一跨跨中截面最大正彎矩中載（車輛布置如圖4所示）.

3.2 結(jié)果分析

（1）試驗(yàn)資料的修正［3］

①測(cè)值修正.根據(jù)各類儀表的標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的修正，如考慮機(jī)械式儀表校正系數(shù)、電測(cè)儀表率定系數(shù)、靈敏系數(shù)、電阻應(yīng)變片的導(dǎo)線電阻影響等.這些因素對(duì)測(cè)值的影響小于1%時(shí)可不予修正.

②溫度影響修正.溫度對(duì)測(cè)試的影響比較復(fù)雜.結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位不同的溫度變化、結(jié)構(gòu)受力特性、測(cè)試儀表或元件的溫度變化、電阻元件的溫度敏感性、自補(bǔ)性等均對(duì)測(cè)試精度造成一定的影響.逐項(xiàng)分析這些影響是困難的.一般可采用綜合分析的方法來(lái)進(jìn)行溫度影響修正，即利用加載試驗(yàn)前進(jìn)行的溫度穩(wěn)定觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立溫度變化（應(yīng)變采用構(gòu)件表面溫度，撓度采用空氣溫度）和測(cè)點(diǎn)值（應(yīng)變和撓度）變化的線性關(guān)系，然后按下式進(jìn)行溫度修正計(jì)算：

式中s是溫度修正后的測(cè)點(diǎn)加載測(cè)值變化，s′φ是溫度修正前的測(cè)點(diǎn)加載測(cè)值變化，Dt是相應(yīng)于s′φ觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)的溫度變化（℃），kt是空載時(shí)溫度上升1℃時(shí)測(cè)點(diǎn)值變化量.

③支點(diǎn)沉降影響的修正.當(dāng)支點(diǎn)沉降量較大時(shí)，應(yīng)修正其對(duì)撓度值的影響，修正量C可按下式計(jì)算：

式中C是測(cè)點(diǎn)和支點(diǎn)沉降影響修正量，l是A支點(diǎn)到B支點(diǎn)的距離，x是撓度測(cè)點(diǎn)到A支點(diǎn)的距離，a是A支點(diǎn)沉降量，b是B支點(diǎn)沉降量.

④各測(cè)點(diǎn)變位（撓度、位移、沉降）與應(yīng)變的計(jì)算.根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)作下列計(jì)算：

式中si是加載前測(cè)值，（各試驗(yàn)工況的si值均調(diào)為0），s1是加載達(dá)到穩(wěn)定時(shí)測(cè)值，su是卸載達(dá)到穩(wěn)定時(shí)測(cè)值.

引入相對(duì)殘余變位（或位移）的概念描述結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)入塑性工作狀態(tài)的程度.相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）按下計(jì)算：

式中s′pφ是相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變），sp、st意義同前.

（2）應(yīng)變及位移計(jì)算分析

根據(jù)實(shí)際工況加載的位置及車重，加載方式分為四次逐級(jí)加載到最大荷載，然后分兩級(jí)卸載［4］.理論模型用梁格法分別按照1／50、1／25、1／12.5、1／10、1／5梁長(zhǎng)建立，對(duì)實(shí)際加載進(jìn)行理論模擬，并同時(shí)建立空間實(shí)體模型加以比較.限于篇幅，這里僅列出各工況最大荷載下跨中應(yīng)變值與位移值.各工況下應(yīng)變的實(shí)測(cè)值、理論值如表2所示，各工況下位移的實(shí)測(cè)值、理論值如表3所示.

表2 各工況下應(yīng)變的實(shí)測(cè)值、理論值 單位：μe

表3 各工況下位移的實(shí)測(cè)值、理論值 單位：mm

由以上數(shù)據(jù)不難看出，各實(shí)驗(yàn)工況下各種模型的計(jì)算結(jié)果均比較接近，各模型理論應(yīng)變值與位移值均大于實(shí)測(cè)值，也表明了該橋受力合理，具有一定的安全儲(chǔ)備.從各模型數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出，當(dāng)采用梁格法建模，梁格劃分在1／10梁長(zhǎng)以內(nèi)時(shí)，其數(shù)據(jù)與實(shí)體模型數(shù)據(jù)偏差逐步變大；當(dāng)梁格劃分在1／25梁長(zhǎng)與1／12.5梁長(zhǎng)之間時(shí)，其數(shù)據(jù)與實(shí)體模型數(shù)據(jù)偏差基本滿足誤差允許范圍；當(dāng)梁格劃分大于1／25梁長(zhǎng)時(shí)，計(jì)算精度依然滿足要求，但是其建模難度與復(fù)雜程度隨著劃分精度越來(lái)越大.

4 結(jié) 論

（1）通過(guò) Midas有限元分析計(jì)算可知，梁格法在連續(xù)箱梁橋建模中理論值與實(shí)體模型相近，滿足模型精度要求.與實(shí)體單元相比，梁格模型建模方便，計(jì)算量小，后處理中能夠直接提取結(jié)構(gòu)應(yīng)變與位移變化，便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算.

（2）通過(guò)各種模型建模分析可知，梁格劃分在1／25梁長(zhǎng)與1／12.5梁長(zhǎng)之間時(shí)，其數(shù)據(jù)與實(shí)體模型數(shù)據(jù)精度滿足要求，并且建模難度與復(fù)雜程度適中，在實(shí)際檢測(cè)中，可以以此作為建模參考依據(jù)，既能快速方便的建模、計(jì)算以及提取結(jié)構(gòu)，又能保證計(jì)算精度.

［1］ 范立礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1996.

［2］ 交通部.橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，1996.

［3］ JTG D60－2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.2004.

［4］ 交通部.大跨徑混凝土橋梁的實(shí)驗(yàn)方法［M］.北京：人民交通出版社，1982.

［5］ 胡朝輝，王愛(ài)云.梁格法在單箱多室梁橋結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用［J］.四川建筑，2012.

［6］ 王富萬(wàn)，楊文兵.梁格法在橋梁上部結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.

［7］ 葛占釗，李宏安，王偉峰.梁格法在簡(jiǎn)支小箱梁橋內(nèi)力分析中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2009.