简支钢混箱梁荷载试验分析与研究

付泉辰

(山西路桥第六工程有限公司,山西 太原 030000)

1 工程概况

某大桥采用50+4×52.5+50 m简支钢混组合箱梁,河中部分桥墩斜交102°,两端接小箱梁跨,小箱梁桥墩均按正交布置。50 m及2.5 m钢混组合箱梁桥梁高均为250 cm,钢混组合箱梁桥横断面由3片主箱梁构成,每片钢箱梁中心间距642.5 cm,净距442.5 cm,箱梁悬臂长度100 m。52.5 m钢混组合箱梁按照斜交102°斜交布置,跨越防洪堤的50 m跨钢混组合箱梁按T型块布置,钢混组合箱梁桥的横联(横梁)均按垂直方向布置,以利用横向传力。

下部桥墩主要采用ф160～180 cm的双柱式钢筋桥墩,双柱式预应力盖梁,对于连续箱梁采用无盖梁钢筋混凝土多柱式桥墩,墩顶设置顶系梁。双柱式预应力混凝土盖梁柱间距910 cm,盖梁高度180 cm,宽度220 cm,按照部分预应力A类构件进行设计。

采用六车道高速公路技术标准,设计速度120 km/h,整体式路基宽度34.5 m,沥青砼路面,桥涵设计汽车荷载采用公路-Ⅰ级,特大桥设计洪水

频率1/300,大、中、小桥、涵洞及路基设计洪水频率为1/100,隧道建筑限界17.75×5 m,地震基本烈度为VI度。

2 计算分析模型

根据设计图纸和现场检查结果,借助有限元结构分析软件midas Civil进行空间建模,全桥采用梁单元进行模拟,截面采用截面特征值导入,计算模型如图1所示。

图1 50 m跨钢箱梁有限元模型

3 静力荷载试验

3.1 试验工况

结合试验桥跨的结构特点,根据《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)的相关要求,钢箱梁静载试验工况设置见表1[1-4]。

表1 钢箱梁静载试验工况设置及控制截面

3.2 应变(应力)测点布置

静态应变(应力)测点布置应遵循以下原则:(1)测点布置能全面反映试验工况的最大内力;(2)布设一定的校核测点,以保证测试数据的可靠。

选择各工况内力控制截面(J1～J4/J1～J3)为静态应变测试截面。

3.3 静态挠度和支点沉降测点布置

选择的挠度测试截面及测点布置,横向布置在每片梁板的底面或顶面,在测试桥跨的两端布置支点沉降测点,分别布置在两侧支座中心线上方。

3.4 静载试验车辆布置及荷载效率系数计算置

工况I:钢箱梁跨中截面主梁最大正弯矩工况(中载)

J1截面影响线,工况I车辆纵横向布置及分级加载示意,加载的荷载试验效率系数见表2。

表2 荷载试验效率系数

4 静载试验结果

4.1 羊安高架特大桥(Ⅰ段)-50 m跨简支钢混组合箱梁

(1)应变理论结果

各工况的试验荷载作用下,梁体测试截面的理论应变值见表3。

表3 钢箱梁测试截面控制测点应变理论结果 单位:με

(2)挠度结果

相应控制工况荷载作用下各测点挠度值见表4。

表4 钢箱梁试验荷载作用下桥面挠度结果 单位:mm

图2 钢箱梁试验荷载作用下桥面挠度结果图(单位:cm)

5 结 论

(1)该桥各控制截面的实际挠度均比理论计算值小,正载和偏载两种工况卸载后,相对残余变形均小于规范值。桥跨结构翘曲线走势光滑连续,与基于有限元法的理论计算曲线具有较好的一致性,表明该桥桥跨结构实际运营状况良好,结构刚度满足设计要求[5,6]。

(2)该桥各控制截面的实际应力与基于有限元的理论计算值相比,在正常范围内。各工况实测值均位于理论值范围内,且变化趋势基本一致,表明桥跨结构强度与理论计算一致性较好,结构强度满足设计要求[7,8]。

(3)该桥在98%荷载效率的静力加载试验过程中,未出现任何异常,表明在整个静力荷载试验过程中该桥一直处于弹性工作状态。

(4)加载前后,箱梁测试截面附近区域内,主梁及铺装层未发现新增的可见横向裂缝。