装配式弯箱梁桥静载试验研究

谢赛军 （通号建设集团公司，湖南 长沙 410001）

0 前言

随着城市化进程的飞速发展，城市公路建设及立体交通建设日新月异。为了提高道路交通网的通行能力和通行效率，同时让桥梁走向服从城市路线的整体走向，路线线形的要求相应地就越来越高，因此，越来越多的弯桥应运而生。弯桥主要的受力特点是翘曲变形和扭转变形，无论荷载是否偏心，都会相应地产生弯矩和扭矩，并相互影响，同时在弯道处内外侧支座反力不等，且内外侧反力差易引起的较大的扭矩，使梁截而处于弯扭效应耦合的状态，这与常见的正直线桥梁在受力性能方面有着较大的偏差。本文结合工程实例，基于单梁法对吉首市3×30=90m跳岩河连续小箱梁弯桥进行有限元分析，并对该桥进行静载试验研究。

1 工程概况

1.1 工程背景

跳岩河桥是金坪路市政桥梁，桥梁里程桩号起始点为K1+532.000，终点为K1+622.000。桥梁总长为 3×30=90.0m，桥梁位于半径R=500m道路曲线及缓和曲线段，桥梁墩台平行布置，桥梁全宽33.6m。桥位处场地属于溶蚀型丘陵地貌，岸坡起伏不大，桥位附近地面标高198.42-205.99m左右，高差约7.57m，地面纵坡10°～15°。桥梁平面布置如图1所示。

1.2 箱梁参数

上部结构采用预应力混凝土小箱梁，结构体系为先简支后转连续的结构，按A类预应力混凝土构件设计。桥梁分两幅设计，单幅桥按5片箱梁布置，单幅桥梁断面布置为：0.3m（栏杆）+4.5m（人行道）+11.5m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）＝16.8m，中分带宽3.0m。为确保横断面尺寸与道路一致，边梁的翼缘长度做相应调整以适应道路曲线。

主梁采用C50混凝土，弹性模量为3.45×104MPa，泊松比为0.2，线膨胀系数为 1.0×10-5，容重为 26kN/m3，荷载采用城市-A级，人群荷载为3.0kN/㎡。箱梁结构的截面尺寸如图2所示。

2 静载试验

图2 试验桥梁尺寸横断面图

桥梁试验表 表1

经过现场考察后，根据设计图纸确定试验方案，选择施工中存在一定问题的桥跨、结构受力最不利、相对结构技术状况较差、便于搭设支架和设置测点以及施加荷载方便的桥跨进行试验。本次试验采用桥梁专用分析计算软件Midas/Civil对其进行试验荷载的静力理论计算，跳岩河桥成桥静载试验所选取的试验跨见表1所示。

2.1 有限元分析

采用Midas/civil建立梁单元有限元模型，按照城市-A级荷载标准，计算该桥的荷载效应，结构计算简图及受力图如图3、图4所示。

图3 30+30+30m连续梁有限元模型

2.2 试验荷载

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构承载能力，一般静载试验效率系数：

式中：ηq——静载试验荷载效率系数。

Ss——试验荷载作用下，检测部位最大变位或最不利内力计算值；

S'——设计标准荷载作用下，检测部位最大变位或最不利内力计算值；

μ——设计取用的动力系数。

选取最不利荷载效应作为本文分析研究的重点，因此选取边跨及中跨最大正弯矩偏载、中载测试工况进行分析，静载试验效率如表2所示。

2.3 测点布置

①应力应变测试。本次试验箱梁跨中梁底最大正弯矩应变测点的布置为一片梁布置6个测点，分别在腹板与顶板交界处、腹板与底板交界处及底板中间各2个测点，采用振弦式应变计和配套的测试仪进行应变测试。

②挠度测试。试验挠度测点布置在测试跨在各箱梁中心线和两个支座断面处，共七个断面的桥面上布置竖向挠度测点，利用精密水准仪与百分表配合测量桥跨的挠度变化，考察结构的刚度。

2.4 测试规则

按照拟定的试验工况，经计算分析表明：本次试验加载采用4～6台重约450kN的加载车，加载车分三级加载（一级加载2辆车，二级加载4辆车，三级加载6辆车）。

图4 跳岩河桥连续梁活载弯矩效应图（kN·m）

跳岩河桥连续梁活载弯矩效应图（kN·m） 表2

图5 跳岩河桥连续梁最不利应变梁体测试结果对比图

2.4.1 静力加载持续时间

加、卸载的持续时间取决于结构最大变位测点达到稳定标准所需要的时间，实际观测时，一般是取15分钟。

2.4.2 终止加载的控制条件

①控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；

②由于加载使结构裂缝长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，宽度超出允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时；

③发生其它破坏，如超过规范允许值等影响桥梁承载能力或正常使用时。

3 试验结果与分析

根据现场测试结果，可得到跳岩河连续弯箱梁桥在各个工况下的应变及挠度测试情况各有不同，值得一提的是对于应变测试结果，本文在此仅挑选出最不利荷载工况下受力最大的梁体，将理论数值与试验结果进行对比分析，对比结果如图5和图6所示。

图6 跳岩河桥连续梁挠度测试结果对比图

从图5可以看出，结构应变测量结果与理论值较吻合，各个测点的应变值在不同工况的不同荷载等级下，应变大小与加载大小呈正相关态势，且变化趋势基本成线性发展，最大应变出现在工况一即边跨跨中偏载工况1#梁3-4号测点，测试应变值达到148με，理论值为187με。

从图6可以看出，结构挠度测量结果与理论值较吻合，与荷载施加等级呈正相关态势，且变化趋势与应变变化趋势类似，最大挠度出现在工况一桥梁1/2跨中位置，最大挠度值11.648mm，理论值为15.326mm，相邻跨最大负挠度为-4.597mm，理论值为-6.129mm，支点位置则基本没有变化。

综合上述分析，可以发现该小箱梁弯桥最不利受力状态是在桥梁边跨受偏载作用的情况下发生，边跨跨中偏载作用下的应变校验系数最大值为0.780，挠度校验系数最大值为0.739，均小于1，满足规范要求，表明结构承载力满足设计荷载要求；残余应变与加载应变之比最大值为0.139，残余挠度与加载挠度之比最大值为0.111，均小于0.2，说明结构的回弹性能较好。

4 结论

本文根据跳岩河装配式小箱梁弯桥的特点，结合有限元分析和现场试验研究，可以看出，在各工况各级加载作用下，桥梁的力学性能和变形性能表现良好，理论分析与试验测试结果较吻合，荷载等级与应变、挠度基本呈正相关变化，在试验荷载作用下桥梁最大应变测试值均小于最大理论值，残余变形较小，应变校验系数和挠度校验系数均满足规范要求，说明结构整体处于较好的工作状态，并且观察到应变及挠度校验系数普遍处于0.7至0.8之间，表明基于单梁法进行此类桥梁的理论分析是偏安全考虑的，可为同类工程设计和施工提供参考。