魏 敏，田長超，莊孝敏

（山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

橋梁靜載試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載的等效荷載施加在橋梁結(jié)構(gòu)的指定位置，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行檢測，根據(jù)測量結(jié)果對橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及承載性能進(jìn)行判定[6-10]。靜載試驗(yàn)可以真實(shí)反映橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下的實(shí)際受力狀態(tài)，對效率系數(shù)η進(jìn)行計(jì)算[11-14]。檢測結(jié)果的可靠性離不開內(nèi)力計(jì)算和車輛布載方式，準(zhǔn)確確定車輛數(shù)和布置間距對靜載試驗(yàn)顯得尤為重要。

1 橋梁概況

橋梁本聯(lián)縱向配跨為38 m+2×50 m+38 m，橫向布置為0.5 m（護(hù)欄）＋11 m（行車道）＋0.5 m（護(hù)欄），橋面全寬12 m，橋面凈寬11 m。上部結(jié)構(gòu)為等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面鋪裝為6 cm 厚C40混凝土、FYT-1 改進(jìn)型防水層和10 cm 厚瀝青混凝土。設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級、掛車-120。見圖1、圖2。

圖1 橋梁立面/cm

圖2 橋梁斷面/cm

2 車道數(shù)確定原則及車輛橫向布置方式

依據(jù)有關(guān)規(guī)定[1]，按照橋面寬度進(jìn)行車道數(shù)劃分，本橋橋面寬度為11 m，屬于單向行駛車道，按照最小車道寬度3.5 m進(jìn)行車道數(shù)確定，當(dāng)10.5 m≦W0＜14.0 m時(shí)，單向行駛橋梁，橋梁設(shè)計(jì)車道數(shù)為3條。實(shí)際通行過程中，因需要設(shè)置硬路肩，實(shí)際只布置2條行車道。設(shè)計(jì)荷載內(nèi)力值計(jì)算時(shí)，切勿將車道數(shù)按照2條進(jìn)行計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算內(nèi)力值偏小，加載車輛數(shù)減少，起不到靜載試驗(yàn)的目的。車輛軸距見圖3，車輛荷載橫向布置見圖4。

圖3 車輛軸距/cm

圖4 車輛荷載橫向布置/cm

3 荷載工況及設(shè)計(jì)荷載作用下的內(nèi)力值

本橋?yàn)?跨連續(xù)梁橋，按照規(guī)定[5]，連續(xù)梁橋的靜載試驗(yàn)工況及測試截面見表1。

表1 靜載試驗(yàn)工況及測試截面

采用Midas 2017建立結(jié)構(gòu)受力模型[4]，建模過程嚴(yán)格按照原設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)跨徑、內(nèi)箱尺寸、支座的位置進(jìn)行單元和節(jié)點(diǎn)劃分。在邊界條件約束方面，上支座鋼板與箱梁之間采用剛性連接，上、下支座鋼板之間采用彈性連接、支座下鋼板和墩柱之間采用一般支承，更接近實(shí)際的對梁板的受力及變形狀況進(jìn)行模擬計(jì)算。分別按照2條車道、3條車道進(jìn)行布載受力計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)構(gòu)受力模型見圖5。

圖5 本聯(lián)結(jié)構(gòu)受力模型

3.1 主跨跨中最大彎矩值

主跨跨中彎矩最大值出現(xiàn)在65單元1/2斷面處，最大彎矩值按照2條車道布載計(jì)算為10 481.8 kN·m ，按照3條車道布載計(jì)算為15 722.4 kN·m，見圖6～圖8。

圖6 65單元1/2斷面處彎矩（2條車道布載）/（kN·m）

圖8 65單元1/2斷面處影響線

3.2 主跨支點(diǎn)最大負(fù)彎矩

經(jīng)過力學(xué)模型進(jìn)行分析，主跨支點(diǎn)最大負(fù)彎矩出現(xiàn)在89單元j端，最大負(fù)彎矩值按照2條車道布載計(jì)算為8 794.9 kN·m，按照3條車道布載計(jì)算為13 192.1 kN·m，見圖9～圖11。

圖9 89單元j斷面彎矩（2條車道布載）/（kN·m）

圖10 89單元j斷面彎矩（3條車道布載）/（kN·m）

圖11 89單元j斷面處的影響線

3.3 邊跨主梁最大正彎矩

邊跨主梁最大正彎矩出現(xiàn)在18單元1/2斷面處，最大彎矩值按照2條車道布載計(jì)算為9 344.1 kN·m ，按照3條車道布載計(jì)算為14 009.1 kN·m，見圖12～圖14。

圖12 18單元1/2斷面處的彎矩（2條車道布載）/（kN·m）

圖13 18單元1/2斷面處的彎矩（3條車道布載）/（kN·m）

圖14 18單元1/2斷面處的影響線

3.4 不同荷載工況下內(nèi)力值及荷載效應(yīng)系數(shù)η對比

對不同工況下的荷載內(nèi)力值及荷載效應(yīng)系數(shù)η進(jìn)行對比比較，結(jié)果見表2。

表2 不同荷載工況下內(nèi)力值及荷載效應(yīng)系數(shù)η對比

從表2可得，將試驗(yàn)加載車道數(shù)由設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3條車道變?yōu)閷?shí)際通行2條車道來進(jìn)行荷載試驗(yàn)，荷載效應(yīng)系數(shù)η由1降為0.67，不滿足對交、竣工荷載驗(yàn)收試驗(yàn)的荷載效率系數(shù)η宜介于0.85～1.05[5]，其他荷載效率系數(shù)η宜介于0.95～1.05的相關(guān)規(guī)定。

4 車輛數(shù)確定

為避免數(shù)據(jù)的重復(fù)性，后續(xù)計(jì)算過程按照3條車道荷載內(nèi)力值進(jìn)行分析，按照3種工況彎矩最大值進(jìn)行車輛數(shù)計(jì)算，因車輛加載時(shí)，車輛本身有3個(gè)軸，輪軸之間存在間距，車輛相互之間也存在安全距離。將所有車輛荷載都集中加載到65單元1/2斷面處不現(xiàn)實(shí)，考慮實(shí)際情況，因車輛后軸較重，盡量布置在影響線較大值附近。按照車尾對車尾的方式，兩車后軸相距4 m，考慮影響線頂端向兩側(cè)分布，一側(cè)3 m，將車輛偏離65單元1/2斷面處3 m的距離（影響線數(shù)值7.1）進(jìn)行加載。主跨跨中彎矩最大值為15 722.4 kN·m，經(jīng)計(jì)算車輛數(shù)N=7.38，計(jì)算用車輛技術(shù)參數(shù)及理論載重見表3。

表3 計(jì)算用加載車輛技術(shù)參數(shù)和理論載重

按照主跨支點(diǎn)最大負(fù)彎矩工況進(jìn)行車輛數(shù)計(jì)算，經(jīng)查影響線分布圖，當(dāng)單位荷載在71號節(jié)點(diǎn)時(shí)，89單元j端負(fù)彎矩最大，因車輛之間要保持一定的安全距離。一般距離按照5.5 m左右的距離進(jìn)行布載，故此處可按在主跨墩頂沿橋梁縱向?qū)ΨQ布載的方式，影響線數(shù)值取4.1，經(jīng)計(jì)算車輛數(shù)N=10.73。

按照邊跨最大正彎矩工況進(jìn)行車輛數(shù)計(jì)算，經(jīng)查影響線分布圖，當(dāng)單位荷載在18號單元1/2節(jié)點(diǎn)時(shí)，該處影響線數(shù)值最大，故此處可以按照在邊跨跨中布載的方式進(jìn)行車輛數(shù)計(jì)算，影響線的數(shù)值取6.4，經(jīng)計(jì)算車輛數(shù)N=7.30。

2條車道、3條車道不同工況下的試驗(yàn)車輛數(shù)對比分析，見表4。

表4 不同荷載工況下試驗(yàn)車輛數(shù)對比/輛

可以看出，因車道數(shù)發(fā)生變化，車輛數(shù)也將隨之發(fā)生變化，進(jìn)而影響梁板上部結(jié)構(gòu)受力變化。

5 結(jié)語

試驗(yàn)加載車輛數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確與否，與車道數(shù)合理界定有關(guān)。加載試驗(yàn)過程中要摒棄設(shè)計(jì)車道數(shù)就是交通標(biāo)線行駛車道數(shù)的錯(cuò)誤理念，要嚴(yán)格按照規(guī)范[1]的劃分原則，設(shè)計(jì)車道數(shù)通常比正常使用車道數(shù)要大，目的是提高橋梁運(yùn)營的安全系數(shù)。試驗(yàn)過程不能按照實(shí)際行駛的車道數(shù)進(jìn)行加載，這樣加載達(dá)不到預(yù)期的荷載試驗(yàn)?zāi)康?，?dǎo)致靜力試驗(yàn)荷載效率η的取值偏小，不滿足相關(guān)要求[3]。