广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要：本文运用结构工程分析软件MIDAS/Civil有限元软件建立该桥的空间梁格有限元计算模型，采用该有限元模型进行桥梁结构的设计活载及试验荷载内力、试验荷载反应和自振特性的分析计算，以此控制试验中加载值的大小。通过设计相应的静载实验方案，对多个试验工况进行测量，检测桥跨支点、跨中、四分点等截面在试验荷载下的静挠度和桥跨跨中截面的静应变及内力，并将试验结果与数值分析结果进行对比。分析结果表明，主要测点挠度与应变的校验系数均满足规定的要求。
关键词：静载实验；应变；挠度；有限元
1引言
随着桥梁结构的迅速发展，国内现代化建设的步伐不断加快，桥梁作为城市的交通枢纽，其地位也越来越重要，桥梁结构的安全性与优化设计变得更加有效和科学。本文利用结构工程分析软件MIDAS/Civil建立结构的有限元模型，先计利用数值计算出该桥梁结构的挠度和应变值，作为不同的荷载工况下试验的控制荷载值。通过设计相应的静载和动载实验方案，分别在桥跨的支点、跨中、四分点等截面设置挠度测点，在桥跨跨中点截面设置应变测点，对不同的设计工况进行加载测量。通过收集试验数据绘制各个测点的挠度变化图与应变图，并与数值计算分析结果进行对比，从而判断桥梁结构能否满足相关的规定。
2 有限元计算
本文以广东省某桥梁第五跨结构作为案例分析背景，该桥第五跨全长20m，跨径组合为2×10m+6×20m+2×10m。桥面总宽为14.9m，横向布置为：0.4m (护栏)+2.1m（人行道）+9.0m（车行道）+3.0m（人行道）+0.4m（护栏），上部结构形式为混凝土简支空心板梁，单跨由10片空心板和1条过桥管道组成，空心板高1.0m；下部结构采用三柱式桥墩，重力式桥台。桥面采用沥青混凝土铺装层。该桥设计活载采用公路-II级，人群荷载为3.0KN/m2。采用MIDAS/Civil有限元软件建立了该桥的有限元计算模型，共建立351个节点和654个梁单元。采用该有限元模型进行桥梁的设计活载及试验荷载内力、试验荷载反应和自振特性的分析计算。该桥在公路II-级+人群荷载作用下，跨中截面最大正弯矩为4.57E+05N.m，单片纵梁在设计活载作用下控制断面的弯矩设计内力如表1所示。
3 静载实验方案
在本次试验中需要2辆重约350kN的重车。试验步骤分为2级加载和1级卸载共3个工况。通过工况1~2使第5跨2#梁跨中截面处正弯矩达到加载效率，同时在桥梁检测跨桥面共布置7个挠度变形测点，具体布置在梁体L/4、L/2、3L/4等部位，。加载过程：工况一，在第5跨加1辆重350kN的重车，车身外缘距离人行道边缘0.6m，车尾朝跨中，车后轴距离跨中线1.5m；工况二，在工况1基础上，加一辆重350kN的重车，与工况1所加车辆关于跨中线对称布置；卸载阶段，将桥面上所有车辆依次撤离。
4 试验结果及分析
表2 试验荷载作用下检测跨1#纵梁控制截面弯矩效应汇总表（N•m）
通过该桥静载试验的结果对比，可知该桥静力工作性能良好，各项试验检测指标均能够满足《评定规程》的要求，在试验过程中，检测桥跨的桥墩未产生可观测到的沉降变位，未见该桥钢箱梁焊缝开裂及其它异常情况发生。
5 结论
本文以实际中的工程为例，对该桥采取分级加载来进行静载的试验，并使用有限元软件MIDAS/Civil数值分析得到桥梁结构控制截面处的挠度与应变，通过理论结果与试验结果的对比分析，可以得出以下的结论：该桥梁的试验跨在静力荷载作用下的工作性能十分良好，实际测量的挠度值、实际测量的应变值与实验荷载的线性相关系数分别为0.9886和0.9887，表明挠度和应变随荷载变化成良好的线性关系。承载能力能够满足人群荷载设计荷载等级的要求，在使用过程中，建议管理部门加强对该桥的定期检查，重点加强跨中、拱脚等受力较大部位的观测及维护保养，以确保桥梁安全、耐久运营。本文对桥梁结构挠度与应变的检测方法对相似的工程案例有着实际的指导作用。
参考文献：
[1]吴建奇, 郑晓, 张婷婷. 桥梁检测中的静载试验研究[J]. 铁道建筑, 2011(2):42-44.
[2]欧阳东. 桥梁检测中的数据处理及分析研究[D]. 合肥工业大学, 2003.
[3]钟子林. 某跨线桥静载实验分析[J]. 工程技术:文摘版, 2016(7):00245-00245.
论文作者:尹宸哲
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/2
标签：荷载论文; 挠度论文; 桥梁论文; 工况论文; 应变论文; 截面论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第28期论文;