预制空心板桥梁格模型的荷载试验验证

李现科 于品德 张会礼

（河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州450006）

1 引言

目前，可以应用多种方法来计算桥梁结构在不同荷载作用下，以及各种因素影响下的内力和挠度分布状态，较精确的空间结构分析是采用有限元理论，将空间结构分成板、壳或其他单元联接成的整体结构。梁格法的特点是用等效梁格来代替桥梁上部结构，通过计算梁格的受力状态来得到实桥受力状态，它易于理解和使用，本文将针对空心板桥梁，运用梁格法建立有限元模型，用荷载试验实测数据对其挠度计算值及其挠度横向分布进行对比验证。

2 计算模型

某20m装配式后张法部分预应力混凝土空心板桥，计算跨径为19.96m，横断面由11块空心板组成。空心板采用C50混凝土，预应力筋为Φ15.24钢绞线。桥板上现浇C50抗裂增强纤维混凝土10cm，上涂FYT-1改进型防水层，桥面为厚度为4cm的沥青混凝土且设2%的横坡，桥面横坡由垫石高度及铺装层厚度共同调整。结构尺寸见图1。

图1 空心板断面尺寸

采用结构分析软件MIDAS/Civil建立有限元模型，研究跨中挠度值及其横向分布规律，建立的梁格模型。根据个主梁间接缝的构造特征，建立有限元模型时横梁的刚度为空心板的横向刚度，节缝处考虑铰接和刚接两种情况，这样可建立图2所示梁格模型。

图2 梁格模型

3 荷载试验概况

本次荷载试验选取汽车作为试验荷载。该桥加载的控制荷载等级依照公路-I级的效应确定；同时为保证试验的有效性，经过计算确定，本次试验共需要4辆30吨载重汽车；试验前对每辆车都过了磅，记录下各辆车的实际轴重、总重、轮间距和轴间距。

本次试验采用等效荷载的原则布载，布载情况见图3所示。

图3 正载车位平面布置图（图中标注以cm计）

4 结果对比分析

4.1 挠度对比

为了解如何建立梁格模型才能更好的模拟桥梁实际受力情况，分别以横向刚接、铰接方式建立梁格模型，辅以单梁模型理论计算值，和荷载试验的实测跨中挠度值进行对比分析。荷载试验各梁跨中挠度实测值及各模型跨中挠度的理论计算值见表1。

表1 荷载试验各梁跨中挠度实测值及各模型跨中挠度的理论计算值

图4 正载工况作用下实测及计算值

由以上图表可以看出，荷载试验跨中挠度的实测值较各模型的理论计算值都要小，在数值和趋势上都与单梁模型和梁格横向刚接模型相接近。一方面验证了空心板梁格建模计算的可行性，另一方面为建模精细化提供参考。

4.2 挠度横向分布影响线对比

为了解各工况荷载左用下荷载横向分布情况，求出各计算模型的挠度横向分布影响线竖标值，与实测跨中挠度横向分布影响线竖标值进行对比分析。实测跨中挠度横向分布影响线竖标值与各模型的跨中挠度横向分布影响线竖标值见表2。

表2 实测及各模型的跨中挠度横向分布影响线竖标值

图5 正载工况作用下跨中挠度横向分布影响线

由以上图表可以看出，实测跨中挠度横向分布影响线与单梁模型和梁格横向刚接模型的跨中挠度横向分布影响线更为接近，目前空心板单梁模型理论计算已经很成熟，这就验证了梁格建模计算的可行性。

通过对荷载试验实测挠度及其横向分布与梁格模型及单梁模型的理论计算值进行对比可知，对空心板桥进行梁格建模计算是可行的。从图4～图5可以看出，实测结果在数值和趋势上都与单梁模型和梁格横向刚接模型相接近，这就要求在建模时横梁连接方式及刚度取值要恰当。

5 结语

目前，空心板桥单梁模型理论计算已经相当成熟，但建立梁格有限元模型更能清楚地了解桥梁的空间受力分布情况，为了解如何建立梁格模型才能更好的模拟桥梁实际受力情况，本文分别以横向刚接、铰接方式建立梁格模型，辅以单梁模型理论计算值，和荷载试验的实测跨中挠度值进行对比分析。结果证明，实测结果在数值和趋势上都与单梁模型和梁格横向刚接模型相接近，这就要求在建模时横梁连接方式及刚度取值要恰当才能得到较为精确的理论计算结果。本文一方面验证了空心板梁格建模计算的可行性，另一方面可为空心板桥建模精细化提供参考。

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