收稿日期：2023-11-21

作者簡介：付元元（1991—），女，本科，工程師，研究方向：道路與橋梁（含隧道）工程技術。

摘要 文章以某工程一簡支T梁橋為例進行荷載試驗中試驗車模擬方法的研究，先通過Midas Civil軟件中不同的試驗車模擬方法求出該橋的理論應變和撓度，再通過現(xiàn)場荷載試驗得到實際的應變和撓度，將試驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)進行對比分析，研究哪種試驗車模擬方法更合理、更切合實際。

關鍵詞 橋梁工程；Midas Civil軟件；荷載試驗；試驗車模擬方法

中圖分類號 U446.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0018-03

0 引言

橋梁荷載試驗[1]的目的是通過加載試驗，記錄橋梁在荷載作用下的結構反應，為橋梁結構技術狀況及承載能力評定和日后養(yǎng)護、維修、加固的決策提供科學依據(jù)和支持。目前，主要通過結構分析軟件來計算荷載試驗的控制荷載，然后在試驗階段采用梁單元集中荷載來模擬試驗車，但是這種方法使試驗車的力集中作用在偏心單元上，從而使得偏心單元的內力很大。然而，實際工程中的外力是通過橋梁的縱橫梁相對均勻地作用在橋梁上，不會某個位置特別大，所以更切合實際的試驗車模擬方法值得研究探討。

該文以四川省綿陽市一簡支T梁橋為例，通過梁單元的集中荷載和面單元的集中荷載來模擬試驗車，得出兩組控制值。再通過現(xiàn)場試驗得出的實際值和兩組控制值分別對比，來分析研究哪種模擬方法更合理、更切合實際，為今后橋梁荷載試驗數(shù)據(jù)的準確性提供一定的參考價值。

1 工程背景

該橋橋跨布置為（20+40+20）m裝配式預應力混凝土T梁，橋梁全長88.58 m，全寬12 m，由5片T梁組成。荷載等級：公路-Ⅰ級。橋面鋪裝：12 cm厚C50防水混凝土。預制T梁強度為C50。該文以20 m簡支T梁跨為例。

2 試驗方案

靜載試驗用于檢驗橋梁的主要構件在靜荷載狀態(tài)下是否滿足設計要求，通過在有限元軟件Midas Civil中建立橋梁的結構模型，求得橋梁在設計荷載下的應變、撓度等參數(shù)，再根據(jù)這些數(shù)值模擬的結果來布置合適的加載車輛。

2.1 計算內力

計算采用有限元軟件Midas Civil[2]進行，有限元模型如圖1所示。

圖1 有限元模型圖

先將橋梁的有限元模型建出來，計算出控制荷載，然后再根據(jù)效率系數(shù)0.85～1.05來控制加載方式。加載方式中有兩個變量：加載位置和試驗車重。該文主要是研究分析試驗車模擬方法的合理性，所以兩種試驗車模擬方法中的這兩個變量都一樣，以便比較分析。

根據(jù)設計荷載公路-I級得到橋梁的計算內力如表1所示：

表1 靜載試驗計算內力/kN·m

控制梁 試驗工況 計算彎矩

邊梁 最大正彎矩工況 1 412.5

2.2 測試位置和測點布置

試驗主要通過在橋底粘貼應變片檢測結構在試驗荷載下的應變情況，通過精密水準儀檢測橋面在試驗荷載下的撓度值，從而判斷橋跨結構的強度和剛度是否能滿足使用要求。應變測試截面選擇試驗跨最大正彎矩截面（A-A）；撓度測試選擇試驗跨的支點、最大正彎矩截面、四分點截面。具體布置位置如圖2～3所示。

2.3 試驗荷載工況布置

根據(jù)設計荷載等級，按荷載等效的原則布載，選取載重汽車作為試驗荷載，試驗采用單車重400kN的載重汽車4輛。加載車輛的技術參數(shù)如表2所示。

圖2 試驗跨橫向應變、撓度測點布置圖

圖3 試驗跨縱向撓度測試斷面布置圖

說明：①圖中尺寸單位為cm。

②道路前進方向為小里程至大里程方向。

③圖中實心三角形表示動應變測點，實心矩形表示靜應變測點，圓圈加豎線表示撓度測點。

表2 靜載試驗加載車輛技術參數(shù)表

車輛名稱 前軸

重/kN 中軸

重/kN 后軸

重/kN 軸距/m 輪距/

m

前-中軸 中-后軸

標準車輛 93.6 153.2 153.2 3.80 1.35 1.80

3 試驗車模擬方法

3.1 試驗車模擬方法1：梁單元集中荷載

以該橋中載工況為例。4臺40 t車，橫向兩臺，縱向兩列，縱向車尾對車尾間隔6 m于跨中對稱布置。在“靜力荷載〉梁單元荷載（單元）〉集中荷載”來模擬試驗車加載。根據(jù)該方法得出應變、撓度的計算值如表3～4所示。

表3 應變控制值/με

工況 測點位置 應變

中載 5#梁梁底 100

4#梁梁底 128

3#梁梁底 105

2#梁梁底 128

1#梁梁底 100

表4 撓度控制值 /mm

加載工況 位置 1/4 1/2 3/4

最大

正彎矩 中載 左側 ?2.62 ?3.72 ?2.62

中間 ?4.17 ?5.38 ?4.17

右側 ?2.62 ?3.72 ?2.62

3.2 試驗車模擬方法2：平面荷載的集中荷載

同樣以中載工況為例，采用同樣的車重和加載位置。在試驗模型中，先建立板單元，此時因為板單元和梁單元編號有重復，故“結構〉檢查/重復單元”；然后“靜力荷載〉分配面荷載〉定義平面荷載類型〉集中荷載〉分配平面荷載”。定義平面荷載如圖4所示，根據(jù)該方法得出應變、撓度的計算值如表5～6所示。

圖4 定義平面荷載

表5 應變控制值 /με

工況 測點位置 應變

中載 5#梁梁底 107

4#梁梁底 114

3#梁梁底 119

2#梁梁底 114

1#梁梁底 107

表6 撓度控制值 /mm

加載工況 位置 1/4 1/2 3/4

最大

正彎矩 中載 左側 ?2.80 ?3.98 ?2.80

中間 ?3.60 ?4.94 ?3.60

右側 ?2.80 ?3.98 ?2.80

兩種方法的加載圖在模型中顯示如圖5～6所示。

4 試驗結果與分析

4.1 撓度測試結果與分析

100%中載工況下橋面板結構中點的撓度實測值與理論計算值的比較結果分別如表7（a）、（b）所示。

表7 撓度實測值與計算值的比較

（a）試驗車模擬方法1

加載工況 測點位置 實測值/mm 計算值/mm 校驗系數(shù)η

100%中載

工況 L/2截面

中側 ?4.30 ?5.38 0.80

（b）試驗車模擬方法2

加載工況 測點位置 實測值/mm 計算值/mm 校驗系數(shù)η

100%中載

工況 L/2截面

中側 ?4.30 ?4.94 0.87

注：表中撓度數(shù)據(jù)向下為負值，向上為正值（mm）。

由試驗結果可知：方法1得到的效率系數(shù)為0.80，方法2得到的效率系數(shù)為0.87。在兩種方法下，方法2的效率系數(shù)相對要大些，也就是實際值和計算值更接近，那么說明方法2更接近實際，更合理。

4.2 應變測試結果與分析

100%中載工況下3#梁底應變實測值與計算值的比較結果分別如表8（a）、（b）所示。

由試驗結果可知：方法1得到的效率系數(shù)為0.75～

0.81之間，方法2得到的效率系數(shù)為0.71～0.88之間。在兩種方法下效率系數(shù)有重合部分，但是方法2的效率系數(shù)相對要大些，也就是實際值和計算值更接近，那么說明方法2更接近實際，更合理。

5 總結

通過試驗現(xiàn)場的數(shù)據(jù)分析以及將試驗數(shù)據(jù)和理論計算值進行對比，可以得出：在相同的加載方式下，試驗車的模擬方法大大影響著控制值。同時，用平面荷載中的集中荷載模擬實驗車比用單元荷載的集中荷載模擬試驗車更貼近工程實際，數(shù)據(jù)更合理。

參考文獻

[1]公路橋梁荷載試驗規(guī)程： JTG/T J21-01—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2016．

[2]邱順冬. 橋梁工程軟件Midas Civil應用工程實例[M]. 北京：人民交通出版社， 2011.