田小文，喬　杰

(浙江有色地球物理技術(shù)應(yīng)用研究院，浙江 紹興 312000)

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基于Midas的V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋靜載試驗(yàn)分析

田小文，喬杰

(浙江有色地球物理技術(shù)應(yīng)用研究院，浙江 紹興 312000)

摘要：靜梁荷載試驗(yàn)是保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)的重要手段。在所有橋梁檢測(cè)項(xiàng)目中，靜載試驗(yàn)?zāi)軌蛄私鈽蛄簩?shí)際工作狀態(tài)和承載能力，提供直接可靠的撓度、應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。在此，結(jié)合某橋靜載試驗(yàn)的實(shí)際案例，著重分析靜載試驗(yàn)的工況設(shè)置以及數(shù)據(jù)處理，為以后V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋靜載試驗(yàn)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：靜載試驗(yàn)；V型墩連續(xù)剛構(gòu)；Midas；工況設(shè)置

隨著橋梁的發(fā)展，剛架橋、拱橋、系桿拱橋、簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋、T構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋等橋型建設(shè)的重復(fù)，各種新橋型陸續(xù)出現(xiàn)，V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋形式活潑、造型美觀，讓人耳目一新，因此也讓其成為一種近年來比較常見的橋梁形式[1]。

本文以某橋主橋靜載試驗(yàn)為例，分析V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋這類橋梁在做靜載試驗(yàn)時(shí)的工況設(shè)置以及數(shù)據(jù)處理。

該橋橋?qū)?0 m，跨徑組合為：3×25+(40+70+40)+3×25，主橋采用V型墩連續(xù)剛構(gòu)，引橋?yàn)?5 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁[2]。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：汽車荷載，城A級(jí)；人群荷載，人行道板(局部構(gòu)件)的人群荷載按5 kPa；橋梁寬度30 m；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年；設(shè)計(jì)使用年限100年；橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)一級(jí)。

1靜載方案

檢測(cè)方案主要包括檢測(cè)孔選擇、工況設(shè)置、靜載布置方案以及測(cè)點(diǎn)布置。檢測(cè)孔的選擇主要綜合考慮以況設(shè)置以及測(cè)點(diǎn)布置。本橋選取該橋主橋部分中跨和一個(gè)邊跨為試驗(yàn)跨。

1.1模型建立及加載工況確定

利用MidasCivil2012建立有限元模型(圖1)進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算，得到橋跨結(jié)構(gòu)在汽車荷載作用下的彎矩包絡(luò)和豎向撓度包絡(luò)，見圖2、圖3。

圖1　主橋Midas有限元模型

圖2　主橋在移動(dòng)荷載作用下的彎矩包絡(luò)圖

圖3　主橋在移動(dòng)荷載作用下的豎向撓度包絡(luò)圖

根據(jù)移動(dòng)荷載作用下的內(nèi)力和撓度包絡(luò)圖，確定主橋本次試驗(yàn)的控制截面，位置描述及測(cè)試內(nèi)容見表1。

表1　主橋控制截面及描述

主橋試驗(yàn)加載工況如下：

工況一縱橋向按1.1截面最大正彎矩布載，橫橋向偏載；工況二縱橋向按2.2截面最大正彎矩布載，橫橋向偏載；工況三縱橋向按3.3截面最大負(fù)彎矩布載，橫橋向偏載；工況四縱橋向按4.4截面最大正彎矩布載，橫橋向偏載。

試驗(yàn)驗(yàn)車輛擬選用總重為400 kN的試驗(yàn)車輛6輛進(jìn)行加載。

1.2加載位置及加載試驗(yàn)荷載效率

根據(jù)規(guī)范要求，各工況均分三級(jí)進(jìn)行加載示意圖見圖4～7，加載效率見表2。

圖4　工況一加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

圖5　工況二加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

圖6　工況三加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

圖7　工況四加載車輛位置圖及荷載下的彎矩影響線

工況加載方式計(jì)算彎矩/kN·m試驗(yàn)彎矩/kN·m荷載效率工況一工況二工況三工況四右側(cè)偏載12572.312494.70.9948786.48721.10.993-17897.1-18060.31.00910822.510901.21.007

1.3測(cè)點(diǎn)布置

高速公路軟土路基的抗剪強(qiáng)度比較低，我國(guó)軟土的結(jié)構(gòu)若是并未對(duì)其轉(zhuǎn)開排水處理，就會(huì)導(dǎo)致軟土的抗剪強(qiáng)度＜20MPa，軟土內(nèi)部的摩擦角度一般都是20～35°，這樣就會(huì)使軟土的抗剪強(qiáng)度一定程度地下降。不過，我國(guó)軟土路基通過排水固結(jié)可以大大地提升其抗剪強(qiáng)度，若軟土的排水固結(jié)速度可以保持比較快的速度，那么軟土的抗剪強(qiáng)度就會(huì)得到大幅度的提升。

1.3.1撓度測(cè)點(diǎn)布置

橫橋向各試驗(yàn)梁撓度測(cè)量采用橋下測(cè)試截面處搭設(shè)腳手架，在每塊試驗(yàn)梁下安裝位移傳感器，采用十六點(diǎn)位移測(cè)試儀JYC-203進(jìn)行測(cè)讀，這樣可以在試驗(yàn)荷載作用下獲得撓度在橫橋向分布變化，測(cè)點(diǎn)分別布設(shè)在試驗(yàn)截面處；縱橋向橋面布載水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，通過測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程的方法得到橋梁撓度，位移采用高精度全站儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)位于各試驗(yàn)跨墩頂、1/4L、1/2L、3/4L、墩頂處，在橋梁上靠人行道邊緣0.2 m處布設(shè)1條測(cè)線。

1.3.2應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

各控制截面應(yīng)力采用表面式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置見圖8，主要測(cè)試各控制截面的應(yīng)力分布規(guī)律和受力性能。

圖8　工況一至工況四控制截面應(yīng)變計(jì)布置圖

1.3.3裂縫觀測(cè)

試驗(yàn)前，對(duì)全橋進(jìn)行外觀調(diào)查，特別是對(duì)橋梁各控制斷面處進(jìn)行外觀檢查，主要檢查是否存在裂縫。試驗(yàn)中，觀察橋梁在試驗(yàn)荷載作用下是否有裂縫產(chǎn)生。若有，則記錄裂縫產(chǎn)生部位、長(zhǎng)度、寬度、間距、方向和性狀，以及卸載后的閉合情況[3]。

2靜載試驗(yàn)成果

通過試驗(yàn)加載得到撓度和應(yīng)變、應(yīng)力數(shù)據(jù)，下面以工況一數(shù)據(jù)為例，見圖9～14，表3、表4。

圖9　工況一主要測(cè)點(diǎn)撓度增長(zhǎng)曲線

圖10　工況一1-1截面測(cè)點(diǎn)撓度橫向分布曲線

圖11　工況一順橋向撓曲線圖

圖12　工況一主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增長(zhǎng)曲線

圖13　工況一1-1截面應(yīng)力隨梁高分布圖

圖14　工況一1-1截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)力橫向分布曲線

測(cè)點(diǎn)第一級(jí)實(shí)測(cè)值/mm第二級(jí)實(shí)測(cè)值/mm第三級(jí)實(shí)測(cè)值/mm殘余撓度/mm理論計(jì)算值/mm校驗(yàn)系數(shù)η相對(duì)殘余/%1-1截面(右)4.868.1010.120.1513.780.731.481-1截面(中)4.947.8410.450.5913.780.765.651-1截面(左)5.418.3210.270.2213.780.752.14

注：1.梁底撓度豎直向下為“+”；2.跨中撓度數(shù)據(jù)已進(jìn)行支點(diǎn)沉降影響的修正。

表4　工況一主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

注：應(yīng)力受拉為正“+”，受壓為負(fù)“-”。

3靜載試驗(yàn)成果分析

3.1強(qiáng)度、剛度分析

校驗(yàn)系數(shù)η是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程(JTG/TJ21—2011)》的相關(guān)規(guī)定，一般要求校驗(yàn)系數(shù)不大于1.0。

本次試驗(yàn)控制截面的撓度、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)從表3中可以看到，主要控制截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，表明橋梁控制截面的剛度、強(qiáng)度較好，橋梁剛度和強(qiáng)度均能滿足試驗(yàn)規(guī)范的要求。

3.2彈性性能分析

由測(cè)試結(jié)果可知，各控制截面在相應(yīng)控制荷載工況作用下的相對(duì)殘余應(yīng)變、撓度的最大值均小于規(guī)范要求的20%；該橋梁體的實(shí)測(cè)應(yīng)變(或撓度)值均小于理論應(yīng)變(或撓度)值，且在各級(jí)靜載試驗(yàn)作用下，橋體測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的理論應(yīng)變(或撓度)與實(shí)測(cè)應(yīng)變(或撓度)關(guān)系曲線基本呈現(xiàn)為線性，說明在橋梁結(jié)構(gòu)在此次靜載試驗(yàn)中，處于良好彈性工作狀態(tài)。

3.3控制截面應(yīng)力沿梁高度分布圖

控制截面應(yīng)力沿梁高度分布圖表明，應(yīng)力沿截面高度的分布方式和理論計(jì)算結(jié)果基本一致，控制截面基本符合平截面假定。

3.4加載過程中撓度(應(yīng)力)增長(zhǎng)及撓曲線

加載過程中“各測(cè)點(diǎn)撓度(應(yīng)力)增長(zhǎng)曲線圖”表明，控制點(diǎn)撓度(應(yīng)力)在荷載作用下基本呈現(xiàn)出線性增長(zhǎng)的特征，曲線斜率沒有明顯增大的趨勢(shì)，表明隨著荷載增長(zhǎng)梁體受力基本處于線彈性范圍內(nèi)。

各級(jí)荷載下試驗(yàn)跨及相鄰跨的實(shí)測(cè)撓曲線形態(tài)和理論計(jì)算值基本一致，即試驗(yàn)加載跨跨中下?lián)稀⑾噜徔缈缰猩蠐稀?/p>

4結(jié)語

橋梁靜載試驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，要求加載方案要盡量模擬真實(shí)荷載情況，測(cè)試人員具有豐富的檢測(cè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。近年來我國(guó)在橋梁靜載試驗(yàn)逐漸積累豐富資料和經(jīng)驗(yàn)，靜載試驗(yàn)的重要性也日漸突出[4]。

本文結(jié)合工程實(shí)際，討論了橋梁檢測(cè)靜載試驗(yàn)中的荷載布置原則和工況設(shè)計(jì)，并且給出了一些有意義的靜載準(zhǔn)則和參數(shù)，希望能夠?yàn)橐院蟮念愃茦蛄红o載試驗(yàn)提供參考借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李曉克,劉世明.V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2014.

[2]王萍.V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)[J].公路,1997(6):12-13.

[3]申明文，周?？?橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)方法[J].城市道橋與防洪，2007(7):158-160.

[4]邵旭東.混凝土橋梁承載力評(píng)定的理論與應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，1991.

收稿日期：2016-01-11

作者簡(jiǎn)介：田小文(1988—)，男，浙江紹興人，助理工程師，從事橋梁檢測(cè)工作。

中圖分類號(hào)：U446

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-3707(2016)05-0019-04

Analysis of Static Test for the V-Type ContinuousRigid Frame Bridge Based on Midas

TIAN Xiaowen, QIAO Jie