桥面铺装对分幅装配式T 梁桥荷载试验的影响研究

施宏侣 严琼建 方 振

（湖北交投智能检测股份有限公司， 湖北 武汉 430108）

0 引言

近年来，我国高速公路建设事业发展迅猛，在主线路与进出口匝道处出现了大量分幅装配式T 梁桥，这种结构通常一幅接主线桥，一幅接进出口匝道，且主线部分两幅桥面连续，匝道部分两幅“断开”，为检验该种桥梁结构的承载能力，保证桥梁运营的可靠性，进行成桥荷载试验是最直观有效的方法。目前针对这种装配式T 梁桥的结构计算通常采用单梁法按横向分布系数理论[1]分配以及梁格法[2]。本文以一座3x40m 装配式预应力混凝土T 梁桥荷载试验为例，通过对两种方法计算值与实测结果的比较分析，得到一种适合此类桥梁的计算方法。

1 工程概况

某桥为3×40m 装配式预应力混凝土T 梁桥，横向共计10 片T 梁，分为接匝道侧T 梁和主线侧T 梁，两幅主梁之间留有2cm 缝隙。3#～4#墩之间横向两幅采用桥面连续，4#～6#墩之间设置防撞护墙分隔开。桥面铺装采用8cm 厚C50 混凝土+10cm 厚沥青混凝土。

图1 主梁断面图

2 计算方法理论

2.1 单梁法

装配式T 梁桥是由多片T 梁组成的空间结构，单梁法建立单梁模型，再通过荷载横向分布系数理论将内力分配到各片T 梁，完成理论计算。本桥横向两幅T 梁均断开，预留2cm 缝隙，其中第一跨两幅桥面铺装连续，第二、三跨两幅横向断开，对于这种桥，通常不考虑第一跨桥面铺装的影响，把它当做两座独立桥梁进行计算，这种方法建模简单、便捷。

2.2 梁格法

梁格法是将上部构件用一个等效的平面梁格来模拟，将主梁的抗弯刚度和抗扭刚度集中在邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中在横向梁格构件内。梁格等效原则理论上应满足：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时，两者的挠曲应恒等，任一梁格内的弯矩、剪力和扭曲应等于该梁格所代表的实际结构部分的内力[3]。

3 静载试验方案

3.1 有限元模型

本文对接匝道桥进行静载试验，采用midas Civil 2020 建立单梁模型，不考虑第一跨桥面铺装影响，将接匝道桥当做一个单独的桥计算。

全桥包括128 个节点，127 个单元，计算模型如下图2 所示。

图2 单梁模型

同时考虑第一跨桥面铺装的影响，建立梁格模型，全桥共包括1414个节点，2349 个单元，采用一般支承模拟支座的实际位置，并用弹性连接里的刚性连接将支座与主梁连接起来。计算模型如下图3 所示。

图3 梁格模型

3.2 试验方案

本次静载试验方案以三跨跨中正弯矩工况为例，采用35t 双后轴加载车，轴距为3.8m+1.4m，轴重分配为7t+14t+14t。控制截面如下图4 所示本次试验共设置3 个工况，如图5～8 所示。：

图4 控制截面布置图（单位：cm）

图5 工况1:加载车纵向载位布置图（单位：cm）

图6 工况2:加载车纵向载位布置图（单位：cm）

图7 工况3:加载车纵向载位布置图（单位：cm）

图8 加载车横向载位布置图（单位：cm）

根据相关规范[4]规定，静力荷载试验效率宜取0.85～1.05 之间，本次单梁法及梁格法计算的荷载试验加载效率如下表1 所示。

表1 静载试验加载效率表

由上表可知，第二跨、第三跨横桥向断开，单梁法和梁格法计算得到的理论弯矩值偏差较小，相对误差在5%以内；而对于第一跨由于单梁法没有考虑横桥向桥面铺装的影响，单梁法计算结果较梁格法计算结果偏大，偏差在15%左右。两种方法计算的加载效率系数均满足规范要求。

4 试验结果分析

4.1 挠度结果分析

在各控制截面T 梁梁底布置百分表作为挠度测点，挠度测试结果如表2 所示，各工况横向分布系数图如图9～图11 所示。

表2 挠度测试结果汇总表（单位：mm）

图9 工况1:横向分布系数对比图

图10 工况2:横向分布系数对比图

图11 工况3:横向分布系数对比图

由以上图表可知，对于工况1、3（横桥向断开），各控制测点实测挠度均小于理论计算值，表明该桥具备一定的安全储备；实测横向分布系数与理论计算值基本一致，且较理论值更均匀；单梁法计算值较梁格法计算值偏大，实测值与梁格法计算值更加吻合。对于工况2（横桥向桥面连续），单梁法计算值与梁格法计算值偏差较大，最大偏差达到28.6%，单梁法不能真实反映各片梁挠度分布状况，因此对于这种结构，采用考虑桥面铺装的梁格法计算更加准确。

表3 工况2 单梁法与梁格法挠度计算值比较

4.2 应变结果分析

在各控制截面T 梁梁底布置应变测点，应变测试结果如表4 所示。

表4 应变测试结果汇总表（单位：με）

由表4 可知，对于工况1、3（横桥向断开），单梁法与梁格法计算的控制梁应变值偏差在5%以内，表明单梁法与梁格法计算精度均满足横向断开的双幅桥梁；对于工况2（横桥向桥面连续），单梁法计算值与梁格法计算值偏差较大，最大偏差达到22.9%，实测值与梁格法计算值更为接近，表明梁格法更能真实反映各片梁受力状况。

表5 工况2 单梁法与梁格法应变计算值比较

5 结束语

（1）对于横向完全断开的分幅装配式T 梁桥，采用单梁法与梁格法计算值差异不大，单梁法计算值比梁格法计算值稍偏大，均能满足工程精度要求，单梁法建模相对简单便捷，梁格法不用再单独计算横向分布系数。

（2）对于横向通过桥面铺装连接的分幅装配式T 梁桥，设计时通常忽略桥面铺装影响，采用单梁法当做两座“独立”桥梁进行设计，这对设计来说是偏保守、可行的，但进行荷载试验时采用梁格法计算能更真实准确的反映桥梁结构受力状况。

（3）考虑桥面铺装的梁格模型还可结合外观、材质检查情况修正横向联系刚度，更加准确模拟结构实际受力状况，为桥梁承载能力检测评定提供依据。