预应力混凝土连续宽箱梁荷载试验分析方法

黄卫民 丁艳超

(1.重庆建工集团四川遂资高速公路有限公司，四川遂宁 629000;2.重庆交通大学，重庆 400074)

1 桥梁概况

本文以4×32 m预应力混凝土连续现浇箱梁为背景，本桥桥面宽度为15.5 m，横向布置为0.57 m(防撞护栏)+14.36 m(机动车道)+0.57 m(防撞护栏)。设计荷载标准:公路—Ⅰ级。桥梁结构断面图、平面布置图以及立面布置图分别如图1～图3所示。

2 宽箱梁荷载试验分析方法

目前针对宽箱梁静载试验的计算方法大多采用单梁建模的分析方法，这种方法的弊端在于其很大程度上未能反映桥梁结构的实际受力状况。众所周知，宽箱梁结构由于剪力滞效应的存在使得其纵向应变沿桥梁横桥向是不均匀变化的，而单梁的计算结果沿横桥向是相同的。因此，为了更好的了解桥梁结构的受力状况，需要对宽箱梁结构进行实体单元分析。

2.1 杆系单元模型与实体单元模型在荷载试验中分别发挥的作用

1)Midas/Civil杆系单元模型的作用。

桥梁结构的荷载试验可行性的一个重要指标为“荷载试验效率”，该项指标可按控制内力、应变或变位等效原则确定。Midas/Civil杆系单元模型采用“移动荷载分析与移动荷载追踪”的两大分析模块，按照“荷载试验效率”的等效原则确定实际荷载试验用车的相关参数及试验用车沿桥梁结构纵向的布载位置。

图1 桥梁结构断面图（单位：cm）

图2 桥梁结构平面图（单位：cm）

图3 桥梁结构立面图（单位：cm）

2)Midas/FEA实体单元模型的作用。

将杆系单元模型计算出的与设计荷载按照内力或变位等效原则确定的荷载试验用车以荷载的形式模拟到实体单元模型中，确定其试验截面各测点的理论计算值(应变与挠度计算值)，并绘制应变与挠度的横桥向的变化曲线。

2.2 宽箱梁荷载试验分析步骤

1)汽车冲击系数。

本桥在计算冲击系数时，考虑水泥混凝土铺装层对结构刚度的拱箱，将沥青混凝土铺装层作为每延米质量计入，具体冲击系数计算结果见表1。

表1 汽车冲击系数计算结果

2)建立本桥Midas/Civil杆系单元模型及Midas/FEA实体单元模型(见图4，图5)。

本桥共建立杆系单元132个单元，实体单元131 203个单元。在计算设计荷载控制效应时综合考虑冲击系数与多车道折减，通过杆系单元分析模型确定汽车荷载的纵向布置后将其模拟如实体单元模型，从而得出相应工况下各个结构应变与挠度曲线。桥梁结构各控制截面内力计算结果见表2。

3)测试断面与加载试验项目。

利用Midas/Civil分析模型，以边跨与次边跨最大正弯矩及最大负弯矩为原则确定测试断面位置，根据桥梁结构形式、受力特点选取如图6所示测试断面。

图4 Midas/Civil计算模型

图5 Midas/FEA计算模型

表2 桥梁结构各控制截面内力计算结果

图6 桥梁结构测试断面布置图（单位：cm）

4)荷载试验效率及车辆荷载布置。

a.荷载效率。

本桥加载工况、理论计算值、试验计算值及荷载效率如表3所示。

表3 本桥静力加载试验计算值及荷载效率表 kN·m

b.各工况试验荷载立面布置图见图7～图9。

图7 工况1/工况2加载车纵向布置图（单位：m）

5)各工况理论计算值。

图8 工况3/工况4加载车纵向布置图（单位：m）

图9 工况5/工况6加载车纵向布置图（单位：m）

J1～J3截面应变与挠度测点布置图见图10，图11。

图10 J1/J3截面应变与挠度测点

图11 J2截面应变测点

试验荷载下控制截面部分工况下的应变与挠度计算结果见表 4，表 5。

表4 各工况控制截面测点应变验计算值 με

表5 各工况控制截面测点挠度验计算值 mm

3 结语

通过以上各工况杆系单元与实体单元分析模型的对比可知，本文采用的宽箱梁荷载试验方法在实际工程中具有一定的优越性，得到了桥梁结构测试断面的应变与挠度沿横桥向精确的变化曲线，从而可以更准确的对桥梁的承载能力以及技术状况进行分析与评价。

［1］ JTG D60-2004，公路桥梁设计通用规范［S］.

［2］ JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［3］ 姚玲森.桥梁工程［M］.第2版.北京:人民交通出版社，2008.

［4］ 李 乔.混凝土结构设计原理［M］.北京:中国铁道部出版社，2001.