李明三
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摘要：考虑到某钢筋混凝土简支T梁桥承载力及工作状况存在的不足及缺陷，进行了其荷载试验研究，建立了MIDAS有限元分析模型，对比考察了荷载试验下的桥梁关键控制点的应力、挠度等关键参数。荷载试验及有限元分析表明：在各种工况试验荷载作用下，主梁均未出现明显的残余变形，说明在试验荷载作用下，测试跨主梁处于弹性工作状态。但主梁各测试截面的应力校验系数和挠度校验系数接近或者稍微大于1，表面主梁安全储备较小，建议对T梁进行加固处理。
关键词：简支T梁；荷载试验；应变；挠度；加固；
1、引言
当前，桥梁荷载试验是评定桥梁结构承载性能的基本方法[1]-[2]。桥梁荷载试验利用机械式位移计、电子位移计及水准仪等测量工具获得桥梁结构因荷载引起的关键部位的应变、挠度、振动频率等变化来与理论值进行对比考察是否符合结构设计要求，为桥梁的结构使用判断提供基础评价[3]-[4]。随着有限元分析软件的发展，利用MIDAS等有限元分析软件计算桥梁荷载下的各项性能变化成为主流趋势，并且被用来作为与实际荷载试验的结果对比。
本文也依据MIDAS有限元分析进行了某钢筋混凝土简支T梁的荷载试验，旨在判断该桥是否满足正常使用要求，对结构的后续使用作出评价，并以此为同类桥梁的设计和施工、加固提供基础性资料。
2、工程概况及有限元模型
某钢筋混凝土简支T梁全长40m，桥跨布置为两跨，具体分跨为：（20.0+20.0）m。桥梁总宽度为12.5m，具体为：1.75m（人行道）+9m（机动车道）+1.75m（人行道）=12.5m。上部结构采用现浇钢筋混凝土T形简支梁桥。
上部结构为(20.0+20.0)m钢筋混凝土简支T梁桥。横桥向由7片T梁组成，T梁编号为从南至北依次为1#~7#梁，每跨沿跨径方向均匀布置5道横隔板，其中3道中横隔板，2道端横隔板。每片T梁顶板宽1.58m,其中腹板宽为0.18m,翼缘板厚度在横向由端部至根部呈线型变化，端部厚度0.08，根部厚度0.18。
图1 简支T梁横断面示意图
依据相关图纸，采用有限元结构分析软件MIDAS/Civil 2012建立空间模型进行分析计算，具体模型见图2。单元的几何截面未考虑横向坡度对截面高度的影响。
图2简支T梁桥结构空间有限元模型
3、静载试验
根据理论计算结果对梁体主要受力部位进行静载测试。采用试验加载车等效加载，使各主控位置达到设计荷载标准规定的检验荷载所产生的内力或应力，并测试其应变及变形，评定结构的实际工作状况和承载能力。
3.1测点布置
为了测试试验荷载作用下的应力（应变）、挠度状况，在1#-7#梁底布置应变测点，挠度测点布置在1#-7#梁底和0#桥台4#T梁处支座。
3.2 试验工况
该桥桥型为2跨20m简支梁桥。根据规范要求及实际情况选取试验跨为病害较严重的一跨。加载工况如下：
工况1：跨中截面最大正弯矩中载；
工况2：跨中截面最大正弯矩偏载。
本次荷载试验，桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级，车队纵向位置按Midas/Civil软件计算的影响线进行布设，静力试验荷载的效率系数控制在0.95～1.05之间。工况一的跨中试验内力为3288kN?m，设计内力值为3375kN?m，则加载效率系数为0.97。工况二的跨中试验内力为5326kN?m，设计内力值为5567kN?m，则加载效率系数为0.96
4.荷载试验检测结果
4.1 工况1静载试验结果分析
4.1.1 应变及挠度测试结果
在荷载试验过程中，对测试截面(L/2截面)在三个加载等级的应变值和挠度值进行了实测和计算分析。下列试验结果分析中，给出测试控制截面的加载Ⅰ级、Ⅱ级、III级，卸载Ⅰ级、Ⅱ级、III级的数据，其余工况相同。
各级荷载下主要测试截面的应变值和挠度值如表1所示。
表1 主要等级荷载作用测点应变实测值和计算值（单位：με）
注：括号内为理论计算值
由上表可得结论：测试控制截面实测应变在加载过程中保持线性增长，实测值与计算值非常接近，卸载后基本恢复。在加载过程中，测试控制截面挠度保持线性增长，且实测值与计算值十分接近，卸载后基本恢复。
4.1.2 试验结果评定
（1）校验系数评定
主要测点的应变校验系数、挠度校验系数的评定见表2。
表2 主要控制测点应变、挠度校验系数评定
由上表可以看出，主要测点的应变实测最大值接近计算值，校验系数部分大于1，工作状态比较不好。主要测点的挠度实测最大值小于计算值，校验系数接近1，满足规范要求。
（2）残余应变（变形）评定
由表可计算出应变和挠度主要测点相对残余均不超过0.2，满足规范要求，表明梁体处于弹性工作状态。
4.2 工况2静载试验结果分析
4.2.1 应变和挠度测试结果
在荷载试验过程中，对测试截面(L/2截面)在三个加载等级的应变值和挠度进行了实测和计算分析。下列试验结果分析中，给出测试控制截面的加载Ⅰ级、Ⅱ级、III级，卸载Ⅰ级、Ⅱ级、III级的数据，其余工况相同。
各级荷载下主要测试截面的应变值挠度值如表3所示。
表3主要等级荷载作用测点应变实测值和计算值（单位：με）
由上表可得以下结论：测试控制截面实测应变在加载过程中保持线性增长，实测值非常接近计算值，卸载后有部分残余应变，动载弹性不理想。在加载过程中，测试控制截面挠度保持线性增长，且实测值小于计算值，卸载后基本恢复。
4.2.2 试验结果评定
（1）校验系数评定
主要测点的应变校验系数的评定、挠度校验系数的评定见表4。
表4 主要控制测点应变校验系数评定
由上表可以看出，各个测点的应变实测接近甚至大于计算值，校验系数接近获大于1，这表明承载力安全储备较小。主要测点的挠度实测最大值接近计算值，校验系数小于1，满足规范要求，但安全储备较小。
（2）残余应变（变形）评定
由表可以计算出应变和挠度主要测点相对残余均不超过0.2，满足规范要求，表明梁体处于弹性工作状态。
5.结论
通过对该桥主梁荷载试验的主要试验数据的分析，得出以下结论：
（1）本次试验所选取的截面均为桥梁上部运营过程中受力控制截面，加载效率满足规范中的规定，加载有效。采集的数据均能有效反映结构受力状态。
（2）在各种工况试验荷载作用下，主梁均未出现明显的残余变形，说明在试验荷载作用下，测试跨主梁处于弹性工作状态。
（3）各工况试验荷载作用下，主梁各测试截面的应力校验系数和挠度校验系数接近或者稍微大于1，表面主梁安全储备较小。
综上所述，试验时该桥的承载力和整体刚度满足设计荷载等级（汽车-超20级,挂车-120）要求，应变和挠度校验系数相对较大；这表明结构的承载力和整体刚度安全储备相对较小，分析其主要原因是主梁多处渗水，出现露筋锈蚀。建议对其进行加固处理。
参考文献：
[1] 章日凯, 王常青. 桥梁荷载试验[J]. 交通标准化, 2005(12): 69-72.
[2] 黄海雷, 方淑君, 陈科键, 尹钱求. 老河口汉江铁路特大桥成桥静动力性能试验研究[J]. 铁道科学与
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[3] 刘博, 盛兴旺. 预应力混凝土先简支后连续梁静、动力试验研究[ J]. 公路交通科技, 2005, 22(8): 55- 60.
[4] 周 晗. 长荆铁路汉江特大桥成桥静、动载试验[ J]. 石家庄铁道学院学报, 2005, 18(1): 96- 98.
论文作者:李明三
论文发表刊物:《基层建设》2015年18期
论文发表时间:2015/11/5
标签：荷载论文; 挠度论文; 应变论文; 截面论文; 系数论文; 工况论文; 测试论文; 《基层建设》2015年18期论文;