摘要：钢混凝土组合梁桥是将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共同受力的桥梁结构形式，具有较好的受力性能。本文以一座（70+110+70）m的钢混组合连续箱梁荷载试验为工程依托，讨论了钢混组合梁结构成桥整体静动力计算分析，介绍了该桥静动荷载试验的实施及试验数据分析情况，研究结果可为同类型桥梁的力学特性及荷载试验提供较好的借鉴。
关键词：钢混组合箱梁；力学特性；理论计算；荷载试验
1 引言
钢混组合梁桥是在钢结构梁桥和混凝土结构梁桥基础上发展起来的一种新型桥梁结构形式，钢与混凝土两者之间采用抗剪连接件连成整体，使两种结构共同受力。两种材料组合在一起，可以避免各自的缺点，充分发挥两种材料各自的优势，形成强度高、刚度大、延性好的结构形式，因此钢混组合梁逐渐得到广泛的运用，对其结构力学特性的理论计算及试验研究也显得更为重要[1]。
本文以康浪跨江桥为工程背景，通过有限元计算与现场荷载试验分析，考证桥梁的施工质量和结构受力性能，判定桥梁结构的实际承载能力，确定桥梁的实际运营状况和使用条件，为交工验收、投入运营使用提供科学的依据[2]。
2 工程概况
康浪跨江桥为（70+110+70）m钢混组合连续箱梁，钢结构截面由两个钢箱和横梁组合而成，钢箱高3600mm，两钢箱间上下横梁采用工字梁进行连接，工字梁梁高610mm，钢箱与混凝土桥面板采用剪力钉连接，混凝土桥面板厚300mm，宽7500mm，横向布置为：0.5m（护栏）+1m（人行道）+4.5m（行车道）+1m（人行道）+0.5m（护栏）。桥梁设计荷载：公路-I级。桥型布置图及标准断面示意图如图1和图2所示：
图2 横断面示意图（单位：cm）
3 理论计算
3.1计算方法
采用Midas Civil 2015结构分析软件进行成桥结构静动力特性计算分析（计算模型见图3），
钢箱、钢横梁及桥面板均采用程序中的空间梁单元进行模拟，不考虑剪力钉的滑移效应[3][4][5]，即进行结构整体受力分析时钢箱与混凝土桥面之间按刚性连接处理。
图3 康浪跨江桥有限元计算模型
3.2计算结果
3.2.1静力计算
按上述方法建立成桥计算模型，得到桥梁结构在公路—Ⅰ级及人群荷载共同作用下内力结果，如图4所示：
图4 控制荷载下桥梁结构弯矩包络图（单位：kN.m）
3.2.2自振特性计算
采用Midas Civil程序中的子空间迭代法进行结构自振特性分析，得到结构竖向基频为0.96，一阶竖向振型如图5所示：
图5 康浪跨江桥结构1阶竖向振型
4 静载试验
4.1试验工况及测试截面
我国桥梁设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，并由最不利工况控制，以满足桥梁在设计使用年限内对安全性和耐久性的要求。因此，桥梁静载试验按结构的最不利受力原则和代表性原则，通过桥梁结构控制荷载下内力包络图，确定试验工况及测试截面，从而对桥梁关键截面的静力位移、静力应变、裂缝等参数进行测试评定。
依据上述原则，本文康浪跨江桥为三跨连续梁结构，以“公路—Ⅰ级+人群荷载”为控制荷载，并通过有限元分析得到的结构内力包络图（见图4），综合分析确定静载试验工况（见表1）与测试截面（见图6）：
图9 康浪跨江桥J1/J3/J5截面挠度测点布置图
4.3加载效率及工况布置
以控制荷载作用下计算分析的内力值作为控制值，采用330kN级三轴载重车按照内力等效的原则，在桥梁结构影响线上按最不利位置分级布载。因此就具体某一测试项目（截面）而言，其所需加载车辆的数量，将根据控制荷载产生的在该项目（截面）最不利内力值，按《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）5.4.2条要求的静载试验荷载效率等效换算而得，不同截面其荷载效率将随加载位置不同而不同。本文康浪跨江桥静载试验效率如表2所示，工况加载布置如图10至图12所示：
图12 康浪跨江桥J2 /J3截面对应工况加载布置图（单位：m）
（备注：篇幅受限，本文仅列出各工况中载效率及部分加载布置图）
4.4静载试验数据分析
通过对应变及挠度实测数据的整理分析，主要得到实测总应变（挠度）、实测弹性应变（挠度）、应变（挠度）校验系数及相对残余应变（挠度），并按《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）5.7.8条对桥梁受力状况进行评判。本文康浪跨江应变及桥挠度数据分析结果见表3、表4、图13和图14：
图14-2 康浪跨江桥中跨最大正弯矩中载工况挠度数据分析
（备注：篇幅受限，本文仅列出中跨最大正弯矩中载下数据图表；应变单位为με符号受拉为“+”，挠度单位为mm符号向下为“+”）
从应变及挠度数据分析结果可知：本文康浪跨江桥在等效试验荷载作用下，各受检桥跨梁体控制截面实测应变值均小于其对应的理论计算值，应变校验系数在0.58～0.97之间，卸载后的相对残余应变均小于20%，表明结构强度满足设计要求；各受检桥跨梁体控制截面实测挠度值均小于其对应的理论计算值，挠度校验系数在0.64～0.86之间，卸载后的相对残余变位均小于20%，表明结构刚度满足设计要求，处于弹性工作状态。
5 动载试验
5.1试验方法
本文主要对康浪跨江桥的结构自振特性进行试验分析，即在桥梁结构理论振型（见图5）的峰、谷点上布设拾振器，同时避开振型节点位置，通过环境随机激振，采用北京东方振动与噪声研究所INV-3062T数据采集器以及DASP软件进行数据测试采集与处理。
5.2试验结果
采用DASP软件中的随机子空间法进行结构模态分析，得到康浪跨江桥自振特性测试结果如表5、图15所示：
图15 康浪跨江桥一阶竖向自振模态实测结果三视图
从以上测试结果可知：本文康浪跨江桥一阶竖向振动频率为1.12 Hz（随机子空间法模态分析），大于相应的理论计算值0.96Hz，且实测振型与理论振型较吻合，表明结构的整体刚度较大。
6 结论
本文以一座（70+110+70）m的钢混组合连续箱梁荷载试验为工程依托，讨论了钢混组合梁结构成桥整体计算分析，介绍了该桥荷载试验的实施及试验数据分析情况，研究结果可为同类型桥梁的力学特性及荷载试验提供较好的借鉴。具体结论如下：
（1）对钢混组合梁桥采用专用有限元程序中的空间梁单元进行模拟分析，同时不考虑剪力钉的滑移效应，可以满足其成桥整体计算分析的需求。
（2）试验分析表明本文康浪跨江桥的静动力特性均满足设计要求，桥梁结构整体性能较好，结构强度及刚度性能满足正常使用要求。
参考文献
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［2］谌润水，刘群安.公路桥梁荷载试验的作用与基本原则[J].公路交通科技，2006.
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［8］周海俊等.桥梁荷载试验研究综述[J].中外公路，2008.
［9］中华人民共和国交通运输部.公路桥梁荷载试验规程：JTG /T J21 – 01-2015［S］.北京：人民交通出版社，2016.
论文作者:刘胜红
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/19
标签：荷载论文; 组合论文; 桥梁论文; 结构论文; 挠度论文; 截面论文; 应变论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;