基于荷载试验的简支空心板梁桥影响因素敏感性研究

摘 要：随着道路交通的不断发展，利用荷载试验结果分析是掌握桥梁实际状况现有的惯用手段。但在荷载试验过程中由于对桥梁模型进行了简化，试验结果通常与桥梁理论计算结果存在差异。本文以空心板梁桥为实际工程依据，采用正交法对空心板梁桥从桥面铺装厚度、护栏高度以及混凝土弹性模量三种因素进行水平组合分析，探索影响简支空心板梁桥的荷载试验结果因素。

关键词：简支空心板梁桥；荷载试验；正交试验；影响因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.084

1 引言

将简支空心板梁桥的桥面铺装厚度、护栏高度以及混凝土弹性模量三个作为重点分析对象，采用正交法将三个因素进行水平组合，探索其对简支空心板梁桥荷载试验影响效果。本文先对简支空心板梁桥三个因素进行不同水平组合进行理论计算；然后对简支空心板梁桥进行荷载试验，测出中载以及偏载情况下简支空心板梁桥的荷载横向分布、应变以及挠度；将理论计算值与实际测出的结果进行对比分析，得出桥面铺装厚度、护栏高度以及混凝土弹性模量对简支空心板梁桥荷载试验影响的敏感性。

2 工程概述

某高速公路为20米预应力空心板梁桥，其设计荷载是公路-Ⅱ级，全桥长146.4米，桥面宽10米（0.5m防护栏+9.0m行车道+0.5m防护栏）。主梁结构为7*20m预应力混凝土空心板，下部采用柱式墩以及基础为钻孔灌注桩，设计100毫米厚的桥面铺装，采用1.1米高的钢筋混凝土护栏，采用设计强度为C40的混凝土，其弹性模量为3.25*104Mpa。该桥横断面图如图1所示。

3 荷载试验计算工况

将桥面铺装厚度、防护栏高度以及混凝土弹性模量三个因素进行三水平正交，得到如表1所示的9个荷载试验计算工况。

4 荷载试验结果影响因素分析

4.1 荷载横向分布系数影响因素分析

本文为了使荷载横向分布系数能更准确地反映出桥梁结构的实际受力情况，根据空心板梁桥的横向联系构造特点，采用铰接法进行分析。空心板梁桥在偏载和中载情况下荷载横向分布系数实测值与理论计算值对比如表2所示。

由表2数据可以看出，在偏载和中载工况下，桥面铺装厚度对桥梁横向分布系数影响最大，其次是防护栏高度，混凝土弹性模量的变化对桥梁横向分布系数的影响不大。当铺装厚度为100毫米，防护栏高度为0毫米，混凝土弹性模量上升5%时，桥梁横向分布系数的实测值与理论计算值最为接近。桥梁荷载横向分布系数与桥面铺装厚度和防护栏高度成反比，铺装厚度越厚以及防护栏高度越高，则荷载横向分布系数减小。当铺装厚度一定时，防护栏高度与荷载横向分布系数成正比，防护栏越高荷载横向分布系数越大。当防护栏高度一定时，桥面铺装厚度与荷载横向分布系数成反比，桥面铺装厚度越厚则荷载横向分布系数变小。在相同的组合因素影响下，中载的荷载横向分布系数大于偏载的荷载横向分布系数。

4.2 应变影响因素分析

空心板梁桥在偏载和中载情况下应变实测值与理论计算值对比如表3所示。

分析表3数据可以看出，在偏载和中载工况下，防护栏高度对应变的影响最大，桥面铺装厚度对应变的影响混凝土弹性模量变化对应变的影响要大。在中载以及偏载的情况下，应变实测值与理论计算值最为接近的情况是桥面铺装厚度为100毫米、防护栏高度为1100毫米以及混凝土弹性模量不变。

4.3 挠度影响因素分析

空心板梁桥在偏载和中载情况下挠度实测值与理论计算值对比如表4所示。

从以上数据显示，在偏载和中载工况下，桥面铺装厚度以及防护栏高度对挠度影响均较大，混凝土弹性模量的变化对挠度的影响不大。在中载以及偏载的情况下，对桥梁挠度最不利的情况是：桥面铺装厚度为100毫米、防护栏高度1100毫米同时混凝土弹性模量不变。

5 结论

通过本文分析的结果可以看出，桥面铺装厚度对桥梁横向分布系数影响最大，其次是防护栏高度，混凝土弹性模量的变化对桥梁横向分布系数的影响不大。

应变研究分析结果表明在偏载和中载工况下，防护栏高度对应变的影响最大，桥面铺装厚度对应变的影响混凝土弹性模量变化对应变的影响要大。

挠度研究分析结果表明：桥面铺装厚度以及防护栏高度对挠度影响均较大，混凝土弹性模量的变化对挠度的影响不大。

参考文献：

[1]田建辉.基于荷载试验的简支空心板梁桥影响因素敏感性分析[D].长安大学，2015.

[2]宋龙龙.桥梁荷载试验校验系数影响因素分析[D].长安大学，2014.

[7]田俊.基于荷载试验的桥梁附属构件工作机理分析[D].长安大学，2012.

[8]孙伟良.带刚性现浇段空心板连续梁力学行为研究[D].上海交通大学，2008.

作者介绍：勾风山（1981-），工程师，研究方向：桥梁健康监控与检测。