试验荷载作用下现浇宽箱梁横向效应分析

程宇鹏

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

随着我国社会的发展，城市规模不断扩大，机动车保有量的持续增长，现有城市道路已远远不能满足交通量的需求，交通拥堵成为大家极为关注的问题。为了缓解城市交通压力，许多城市开始做出缓解交通压力的对策，比如通过扩大主干道网络，建设高架桥、地铁等，以及优化城市交通管理的方式来提高交通效率[1-2]。本文针对某城市修建的现浇宽箱梁高架桥，通过试验对其受到荷载作用时，对该桥结构横向受力及变形状况进行分析，从而得到实际的宽箱梁横向受力及变形特性。

1 工程概况

本项目高架桥梁为某市城区修建的双向六车道的加强型主干路。本文选取主线桥第六联为试验联，对其受到偏心作用时的横向受力进行分析。该联桥跨布置为3×31 m，桥面宽度为23.5 m，桥面布置为：0.5 m（防撞护栏）+11 m（机动车道）+0.5 m（防撞护栏）+11 m（机动车道）+0.5 m（防撞护栏）；主梁为预应力混凝土整体现浇箱梁；下部结构为双柱花瓶型桥墩，钻孔灌注桩基础。桥梁荷载标准：城-A级，抗震设防类别：乙类。

2 有限元模型的建立

静载试验计算采用有限元分析软件Midas Civil进行空间分析计算，根据桥梁的结构型式，对桥梁进行结构分析及加载计算。结构设计计算所得的主桥活载弯矩包络图[3-4]（含汽车冲击效应）见图1。

图1 活载作用下主梁弯矩包络图

依据《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233—2015）的控制截面选取原则，确定了两个正应变和两个挠度试验控制断面，具体的试验断面布置见图2。桥梁计算采用的材料参数均根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范确定[5-6]。

图2 试验主要控制断面测点布置图（单位：cm）

3 计算分析

本试验采用等效荷载加载方式，在结构设计的影响线最不利处布载，计算出桥梁结构控制截面（正弯矩最大截面）在试验荷载下的最大内力值，与设计荷载作用下的该控制截面的理论内力值进行比较。本次荷载试验选用8辆车重为39 t的三轴自卸车，加载程序分3级进行加载，确保静力试验荷载效率系数在0.95～1.05范围内，试验车荷载效率计算结果见表1。

表1 荷载试验荷载效率及相应测试项目表

图3 第十五跨0.4L正弯矩加载图（单位：cm）

图4 第十六跨L/2正弯矩加载图（单位：cm）

图3、图4中①～⑧表示加载车辆编号。Ⅰ表示第一级加载，Ⅱ表示第二级加载，Ⅲ表示第三级加载。

4 数据分析

4.1 试验荷载作用对主梁横断面应变影响分析

桥梁在试验荷载作用下，主梁各控制断面测点的实际应变值比较见表2、表3。

表2 第十五跨0.4L断面混凝土正应变校验系数表

图5 第十五跨0.4L断面应变对比图

表3 第十六跨L/2断面混凝土正应变校验系数表

图6 第十六跨L/2断面应变对比图

由表2、表3和图5、图6可以看出，采用试验中的加载方法时，各测试断面的混凝土正应变在正载时，横向受力基本均匀，横向增大效应在1.08～1.10范围内；在偏载时，横向受力偏差较大，横向增大效应在1.85～1.88范围内。

4.2 试验荷载作用对主梁横断面挠度影响分析

桥梁在试验荷载作用下，主梁各控制断面挠度的实际变化值比较见表4、表5。

表4 第十五跨0.4L断面挠度校验系数表

图7 第十五跨0.4L断面挠度对比图

表5 第十六跨L/2断面挠度校验系数表

图8 第十六跨L/2断面挠度对比图

由表4、表5和图7、图8可以看出，采用试验中的加载方法时，各测试断面的挠度在正载时，横向变形基本均匀，横向增大效应在1.08～1.10范围内；在偏载时，横向变形偏差较大，横向增大效应在1.84～1.87范围内。

5 分析与结论

当采用试验荷载对现浇宽箱梁桥按照试验中所用方法加载时，通过对控制断面实测数据进行对比分析得出如下结论：

a）正载作用时，主梁底板的混凝土正应变实测的横向增大效应在1.08～1.10范围内，挠度的横向增大效应在1.06～1.10范围内。

b）偏载作用时，主梁底板的混凝土正应变实测的横向增大效应在1.85～1.88范围内，挠度的横向增大效应在1.84～1.87范围内。

综上，由于现浇宽箱梁横跨比较大，存在箱梁扭转、剪力滞等综合作用效应，对其横向受力的影响较大，由此在设计时，要充分考虑对该类型桥梁横向受力特性，确保桥梁的设计安全。