密梁式型钢组合梁桥荷载试验研究.pdf

138交通科技与管理工程技术0引言长久以来，传统桥梁建设费用投入高、材料消耗高，而且环保问题较为突出，很难满足绿色公路建设发展要求。密梁式型钢组合梁桥的建设更加经济、绿色，有效减少环境影响，能源消耗大幅度地降低。该文就密梁式型钢组合梁桥在动静载试验下能否满足设计规范要求进行研究。近年来，很多学者研究了各种桥梁在动静载试验下能否满足设计规范要求。刘永平1结合具体桥梁荷载试验进行计算分析，对桥梁承载能力进行评估分析。毕雨田2通过对某跨连续箱梁桥进行静荷载试验，结果表明实测值和理论计算值吻合较好。付少辉3对高墩大跨径连续刚构桥梁荷载试验进行研究。谢栋明、王艳军4通过Midas 数值模拟对荷载试验的应用进行研究。Wu Cheng-chen5对空心板简支梁桥荷载试验进行了研究。姚伟、张荣、范磊6对桥梁成桥荷载试验与单梁荷载试验进行比较研究。该文将根据现行规范，结合实际监测数据和有限元数值模拟分析，密梁式型钢组合梁在动静载试验下能否满足设计规范要求进行研究。选取有代表性的试验跨作为研究对象。1工程概况某高速匝道桥总长 698.1 m，采用跨径组合为（930 m+830 m+430 m）的密梁式型钢组合梁，桥面连续；桥墩采用钢管混凝土圆柱墩+预应力钢箱混凝土盖梁。2静载试验及有限元分析2.1静载试验内容采用Midas Civil 2020对该桥第一联有限元建立模型，通过计算，选取该桥第一联第 1 跨跨中最大正弯矩截面（J1）作为测试截面，采用 350 kN/车的三轴试验车，分三级加载，由此计算得到荷载效率如表 1 所示。收稿日期：2023-07-22作者简介：张建平（1987）,男,硕士,高级工程师,研究方向：桥梁结构分析与工程控制。密梁式型钢组合梁桥荷载试验研究张建平,刘小兵（贵州宏信创达工程检测咨询有限公司,贵州 贵阳 550014）摘要为研究密梁式型钢组合梁桥在动静载试验下能否满足设计规范要求，文章以结构形式为（930 m+830 m+630 m）密梁式型钢组合梁桥为例，选取有代表性的试验跨作为研究对象，通过 Midas 有限元分析软件进行数值模拟计算得到理论计算值，并结合现场实际监测数据加以对比分析。研究结果表明：密梁式型钢组合梁在静载试验下得到的应变、挠度校验系数和相对残余应变、相对残余挠度均能满足规范要求。在动载试验下，冲击系数较小，表明结构性能满足设计荷载下的正常使用要求。关键词密梁式型钢组合梁；有限元分析；静载试验；动载试验中图分类号U422.5文献标识码A文章编号2096-8949（2023）17-0138-03表 1静载试验效率系数工况名称载位情况控制梁号设计荷载效应/(kNm)一级试验荷载效应/(kNm)二级试验荷载效应/(kNm)三级试验荷载效应/(kNm)三级试验荷载效率/%工况 1中载3#1 098.34598.89791.59952.77874#1 265.30586.92847.691 078.10852.2测点布置应变测点布置在各 H 型钢上，每片型钢主梁上布置2 个测点，如图 1 所示。试验跨挠度测点，在每片型钢主梁中心位置横向布置 8 个挠度测点，如图 2 所示。2.3挠度数据分析该桥在该加载工况下，挠度实测数据及校验系数如表 2 所示。挠度分布曲线如图 34 所示。由表 2 及图 34 数据分析可知：试验荷载下，试验桥跨挠度值与荷载水平具有良好的线性关系，并且挠度值随荷载增大而增大，相对残余挠度都在 20%范围以内，小于规范限制，表明该桥试验桥跨结构刚度满足设计要求。2.4应变数据分析主梁的应变实测数据及校验系数如表 3 所示。应变分布曲线如图 56 所示。由表 3 及图 56 数据分析可知：试验荷载下，应变2023 年第 4 卷第 17 期139交通科技与管理工程技术表 2工况 1 挠度实测值与理论值比较测点编号一级实测挠度值/mm 二级实测挠度值/mm 三级实测度挠值/mm 理论计算值/mm 校验系数残余变位值/mm 总挠度/mm 残余相对值/%F14.835.747.569.590.790.458.015.62F26.207.6710.2212.460.820.3210.543.04F37.249.3812.6015.430.820.9013.506.67F48.0310.9214.2017.320.820.4214.622.87F58.4211.9114.8617.320.860.0214.880.13F66.9910.4912.7715.430.830.5313.303.98F75.848.8510.4312.460.840.1010.530.95F84.687.328.219.590.860.228.432.61表 3 工况 1 应变实测值与理论值比较测点编号一级应变实测值/二级应变实测值/三级实测应变值/理论计算值/校验系数残余应变/总应变/相对残余11#295157930.610570.00%21#1259801290.621811.23%31#711141411650.8511420.70%41#771201581900.8321601.25%51#751121561920.8121581.27%61#67891271680.7611260.79%71#2870841330.632822.44%81#515881960.842792.53%注：表中应变值正值表示受拉，负值表示受压。图 3测点挠度变化曲线注：“n”为梁片编号图 1H 型钢主梁静态应变测试布置示意图（cm）图 2H 挠度测试断面布置示意图（cm）实测值与理论计算值之间变化规律一致，并且应变值随荷载增大而增大，相对残余挠度都在 20%范围以内，小于规范限制，表明该桥处于弹性工作范围内，整体工作性能良好。3动载试验动载试验分别进行无障碍行车及刹车试验，无障碍行车用重约350 kN 按对称情形，以 30 km/h、40 km/h、50 km/h 的速度匀速跑车使桥梁产生受迫振动，刹车试验以 30 km/h、40 km/h 进行匀速跑车，在预定的截面位置进行刹140交通科技与管理工程技术由表 4 可知，该桥试验跨无障碍行车试验中，在相同车辆不同车速行驶情况下，冲击系数随车速先增大而增大。该桥在刹车试验中，最大冲击系数也小于理论计算值，表明该桥平整度较好，结构性能满足设计荷载下的正常使用要求。4结论（1）在静载试验中，中载作用下该桥实测挠度值和应变值与理论计算值之间变化规律一致，并且跨中截面最大挠度值和应变值远小于理论值。试验桥跨挠度值和应变值与荷载水平具有良好的线性关系，实测值随荷载增大而增大，表明试验桥跨刚度满足要求。（2）在静载试验中，卸载后各测点的残余挠度值非常小，并且在试验过程中没有发现裂缝，表明桥梁处于弹性工作范围内。（3）在动载试验中，在相同车辆不同车速行驶情况下，试验跨第一跨冲击系数随车速增大而增大。最大冲击系数小于理论计算值。该桥在刹车试验中，最大冲击系数也小于理论计算值，表明该桥平整度较好，桥梁处于弹性工作范围内。参考文献1 刘永平.浅谈公路桥梁荷载试验 J.黑龙江交通科技,2018(10):143-144.2 毕雨田.大跨度桥梁荷载试验结构变形测试与分析 J.交通科技,2016(2):11-13.3 付少辉.高墩大跨径连续刚构桥梁荷载试验研究 J.交通世界,2020(36):17-18.4 谢栋明,王艳军.基于 Midas图 4F4#测点实测弹性挠度值与荷载的关系曲线图 5测点应变变化曲线图 64-1#测点实测弹性应变值与荷载的关系曲线车。该桥理论计算冲击系数为 0.160，经数据分析计算得到实测动应变和冲击系数如表 4 所示。表 4第 1 跨动应变及冲击系数项目无障碍行车试验制动试验测试车速/(km/h)2030402030最大应变77.0154.4656.8656.5259.80冲击系数0.0140.0200.0480.0810.102对桥梁荷载试验的应用研究 J.新型工业化,2018(10):115-1185 吴程程.简支空心板荷载试验研究 J.仿真学报,2015(3):28-31.6 姚伟,张荣,范磊.桥梁成桥荷载试验与单梁荷载试验比较研究 J.黑龙江交通科技,2021(9):88-89.