湖南高速铁路职业技术学院铁道工程学院 湖南 衡阳 421002
摘要：针对某公跨铁连续箱梁桥结构特点开展静载试验研究，利用MIDAS/Civil有限元软件计算方法中的梁格法对该桥进行理论计算。现场试验内容包括主梁混凝土应力测试、主梁挠度测试和裂缝观测。试验结果表明，静载试验的应变和挠度校验系数均小于1，相对残余变形均小于20%，满足相关规范要求；桥梁结构接近弹性工作状态，结构整体强度和刚度满足设计荷载及正常使用的要求。
关键词：公路桥梁；承载能力；静载试验；连续箱梁；校验系数
1 工程概况及有限元模型
1.1 工程概况
某新建公跨铁立交桥，跨越四线越行站，桥跨布置为（25+40+25）m预应力混凝土连续箱梁，箱梁截面为单箱双室直腹板截面，梁底宽8m，梁高2.2m，梁顶宽12m。下部结构采用桩柱式墩台基础。车道布置为双向2车道，设计荷载等级为公路-Ⅰ级。
1.2 有限元计算模型概况
利用空间有限元计算软件Midas Civil中的梁格法建立结构有限元计算模型，对该桥进行的结构分析[9-11]。计算模型中主梁采用梁单元模，支座用边界条件模拟。全桥共离散为270个单元，273个节点
2 静载试验方案
2.1 试验工况与加载方式
静载试验应根据试验目的确定试验控制荷载，本桥为新建桥梁交工验收荷载试验，应以设计荷载作为控制荷载，其静载试验荷载效率宜介于0.85~1.05之间[6]。计算公式为
（1）
式中：Ss为静载试验荷载作用下某一加载试验项目对应的控制截面内力或位移的最大计算效应值；S为控制荷载产生的同一加载控制截面内力或位移的最不利效应计算值；为按规范取用的冲击系数值。
根据等效原则拟定试验荷载，按结构控制截面内力影响线最不利位置布置荷载，同时应保证加卸载过程中非控制截面内力或位移不超过控制荷载作用下的最不利值。根据以上原则，经计算本次试验选用4台35t三轴汽车进行加载，其中前轴重8t，中后轴各重16t，前-中轴距3.8m，中-后轴距1.4m，轮距1.8m。本次试验采用分级加载方式进行，共分为3级加载。
根据桥梁结构的最不利原则和代表性原则确定以下5种试验工况：
工况Ⅰ：第二跨跨中截面最大正弯矩（中载）；
工况Ⅱ：第二跨跨中截面最大正弯矩（偏载）；
工况Ⅲ：第三跨跨中截面最大正弯矩（中载）；
工况Ⅳ：第三跨跨中截面最大正弯矩（偏载）；
工况Ⅴ：2#墩支点截面最大负弯矩。
其中，偏载工况靠前进方向的桥面左侧布置。各工况静载试验效率见表1。
图1 截面测点布置（〓代表应变测点，◇代表挠度测点）
2.2.2 挠度观测
根据荷载试验计算及设计要求，遵循测点布置的必要性、适量性及方便观测的基本原则，测试截面分别布置在桥梁测试跨的跨中（1/2L）、四分点（1/4L，3/4L）、支点和相邻跨的跨中截面，在每个测试截面的桥面两侧和桥底中线布置挠度测点。桥面两侧的挠度测点采用精密电子水准仪测试，桥底中线处的测点采用钢丝吊重物将挠度引入地面后用百分表测试，精度：0.01mm。测试截面布置见图2；截面上测点布置见图1。
图2 测试截面布置图
2.2.3 裂缝观测
对全桥特别是跨中敏感部位在加载前后均进行仔细的裂缝观测。首先用目测搜寻有无裂缝，如发现裂缝，则用裂缝观测仪测量裂缝宽度，用钢尺测量其长度。
2.3 试验过程控制
正式加载之前采用分级加载的第一级荷载进行预加载。预加荷载持续15min后卸载至零，待结构得到充分复原后再进行正式加载。正式加载时间间隔应满足结构反应稳定的时间要求，应在前一级荷载阶段内结构反应相对稳定、进行了有效测试及记录后方可进行下一级荷载试验。试验过程中，应记录结构出现的异常响动、失稳、扭曲、晃动等异常现象，并采用相应措施。同时，应对既有裂缝和新发展裂缝的宽度、长度、分布及走向进行观测、记录，并将其标注在结构上。当试验过程中发现变形规律异常或是实测值超过计算值的情况，应立即停止加载，查清原因，采取措施后再确定是否进行试验[6]。
3.1 静载试验评定标准
3.1.1 测点校验系数
结构校验系数 是评定桥梁结构工作状况和承载能力的一个重要指标。当结构校验系数 ＜1时，说明结构实际受力状况优于理论计算状况。同类桥型校验系数越小，结构的安全储备越大。通常预应力混凝土桥梁应变校验系数宜介于0.60~0.90，挠度校验系数宜介于0.70~1.00。校验系数过大或过小均应从多方面分析原因[12]。 计算公式为
式中：Sp为试验荷载作用下测量的结构残余位移（或应变）值；St为试验荷载作用下测量的结构总位移（或总应变）值。
3.1.3 裂缝
试验荷载作用下新桥裂缝扩展宽度不应超过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的容许值，并且卸载后其扩展宽度应闭合到设计规范容许值的 1/3。
挠度测试结果表明：在静力荷载试验中，实测挠度值均小于理论计算值，挠度校验系数介于0.7~1.0之间。各工况相对残余位移最大为8.6%，均满足规范规定小于20%的要求。表明该桥跨结构处于弹性工作状态，结构刚度均满足设计规范要求。
4 结论
本文通过对某公跨铁预应力混凝土连续梁桥进行静载试验测试和分析，得出主要结论如下：
1）在各试验工况试验荷载作用下，各测点挠度校验系数和应变校验系数均＜1，满足规范要求，表明桥梁工作状况良好，具有一定的安全储备。
2）各荷载工况下的挠度和应变实测值与理论值变化规律基本一致，实际状况较好。
3）在试验荷载作用下，各测点残余变形和残余应变均＜20%，满足规范要求，说明桥梁基本处于弹性工作状态，结构受力合理。
参考文献(References)
[1]赵文聘.特殊环境下上跨铁路高架桥关键技术应用研究[J].铁道标准设计，2015，59(04):58-62.
论文作者:刘恒,曾芙霞
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
标签：荷载论文; 截面论文; 挠度论文; 结构论文; 工况论文; 系数论文; 裂缝论文; 《防护工程》2019年12期论文;