复杂桥梁静载试验方案及结果分析

张军飞 ZHANG Jun-fei

（安徽省公路桥梁工程有限公司，合肥 230031）

1 工程概况

本案例上部结构采用3×35m预应力混凝土连续梁，单箱四室，箱梁梁高2.1m，横桥向桥总宽15.25m。底板和腹板厚度均按线性变化，主梁采用C50混凝土，汽车荷载等级为公路-I级，按双向四车道设计，横向双支座。

2 检测目的

通过对桥梁代表跨进行成桥荷载试验，检验试验桥跨结构的正常使用状态是否符合设计要求；检验试验桥跨结构的承载能力是否符合设计要求；结合理论计算分析结果，评定试验桥跨结构目前的技术状态是否满足设计要求，为交工验收、运营、养护管理提供科学的依据。

3 检测方案的编制

3.1 杆系模型的建立

①用Midas Civil建立材料（C50混凝土）、截面（支点截面、宽中截面、变截面）、节点（全桥81个节点）、单元（全桥72个单元），全桥杆系模型如图1所示。

图1 全桥杆系模型

②建立边界条件，主梁和支座用弹性连接，支座节点用一般支撑进行约束。

③施加荷载，自重（自重系数-1.04）、二期（梁单元荷载：-48kN/m）、移动荷载（双向四车道，采用标准车辆）。

④特征值分析，得到基频3.44Hz。

⑤移动荷载分析控制，采用公路一级，冲击系数采用用户输入基频的方式，输入基频3.44Hz，移动荷载作用下弯矩My包络图如图2所示。

图2 移动荷载作用下弯矩My包络图

3.2 加载方案的建立

①将civil杆系模型导入civil designer。

②布置加载方案，包括边跨最大正弯矩正载加载工况（距桥头15.41m截面），边跨大正弯矩偏载载加载工况（距桥头15.41m截面），中跨大正弯矩正载加载工况（中跨跨中截面）如图3所示，中跨大正弯矩偏载加载工况（中跨跨中截面），墩顶负弯矩正载加载工况（距中跨跨中16.5m截面），墩顶负弯矩偏载加载工况（距中跨跨中16.5m截面）。

图3 中跨大正弯矩正载加载工况

③将加载方案导入civil。

④将civil杆系模型转实体模型。

3.3 实体模型的建立

①导入civil模型，印刻左位置，布载方案位置。

②划分网格，生成实体模型，节点（全桥89080个节点），单元（全桥82511个单元），全桥实体模型如图4所示。

图4 全桥实体模型

③建立边界条件。

④输入布载静力荷载。

⑤运行分析，提取挠度数据和应变应变。

4 静载试验

现场采用8辆标准三轴载重汽车加载，单辆载重汽车总重为35t，车辆信息及轴重见表1所示；测试截面应变测点布置示意图如图5所示，挠度测点布置示意图如图6所示。

图5 测试截面应变测点布置示意图

图6 测试截面挠度测点布置示意图

表1 加载车辆规格、数量要求（三轴车）

5 静载试验数据分析

5.1 试验效率

计算在公路-Ⅰ级荷载作用下各控制截面的最大内力，并根据该位置的纵向影响线，通过试验加载车进行等效加载，使加载效率满足规范要求，测试截面在设计荷载作用下的内力计算值如表2所示。

表2 测试截面在设计荷载作用下的内力计算值

5.2 实测值和理论值的对比

主要挠度和应变测点实测值与计算值线性关系良好，且实测值小于计算值，表明结构接近弹性工作状态，各个工况下挠度实测值和理论值对比如表3所示，各个工况下应变实测值和理论值对比如表4所示，各个工况下的实测值和理论值线性关系如图7-图10。

图7 正载挠度实测值和计算值

图10 偏载应变实测值和计算值

表3 挠度实测值和理论值对比（mm）

表4 应变实测值和理论值对比(με)

6 检测结论

K65+552.701主线桥在工况1～工况6试验荷载下，主要测点挠度和应变实测值均小于理论计算值，计算值和实测值相关性比较好，校验系数小于1，卸载后相对残余变形在20%范围内，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》的要求，说明桥跨结构竖向刚度满足要求，桥跨结构处于弹性工作状态。

图8 偏载挠度实测值和计算值

图9 正载应变实测值和计算值

7 结果分析

考虑到箱梁自身结构的空间效应，一般杆系模型无法全面考虑箱梁的空间效应，故采用实体有限元分析能得到更为真实的内力值，本文中用midas Civil建立杆系模型，Civil Designer确定合理的布载方案，通过midas FEA NX和midas Civil交互功能较轻松建立实体有限元模型，从而得当与荷载试验现场实际测得的数据更具有准确性的模型理论数据。