基于梁格法的某變寬連續(xù)箱梁橋靜動載試驗分析

1、<p>　　基于梁格法的某變寬連續(xù)箱梁橋靜動載試驗分析</p><p>　　摘要：本文基于梁格理論建立某變寬連續(xù)箱梁橋的空間梁格模型，計算分析了該橋在設計活載及試驗荷載作用下結構的靜動力響應，根據(jù)試驗結果和檢測指標的對比分析，對該梁的承載能力進行綜合評估與鑒定。 </p><p>　　關鍵詞：梁格理論；連續(xù)箱梁；試驗荷載；承載能力； </p><p>　　

2、中圖分類號：U446.1 文獻標識碼：A </p><p>　　Loading Test and Analysis of a Variable-width Continuous Box Girder Bridge Based on Grillage Method </p><p>　　Lin Baicheng.etc </p><p>　　（Department o

3、f Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006,China） </p><p>　　Abstract: Based on beam grillage theory, The paper established a finite element model of continous box girder bridge, calculated a

4、nd analysed the static and dynamic response of the bridge. Based on the comparison and analysis of test data and inspecting indicator, the load-bearing capacity was processed by comprehensive evaluation and appraisal. &l

5、t;/p><p>　　Keywords：beam grillage theory ; continuous box girder; test load; load-bearing capacity </p><p><b>　　0引言 </b></p><p>　　在公路互通和城市立交中，為適應復雜線形及寬度變化，變寬箱梁橋得到廣泛的應用，這種結構

6、常采用現(xiàn)澆預應力混凝土箱梁，箱室逐漸變寬的形式，由于內力分布不均勻，其結構受力分析比一般直線箱梁橋復雜很多。本文利用MIDAS/Civil軟件和漢勃利(hambly)梁格理論[1]對一座變寬連續(xù)箱梁橋進行結構分析并評價其承載能力。 </p><p><b>　　1工況概況 </b></p><p>　　全橋總長248.14m，為4×30.5m+4×

7、30.5m的兩聯(lián)八跨預應力混凝土等高度連續(xù)箱梁，箱梁采用單箱雙室截面形式，梁高1.7m。橋面橫向布置為0.5m（防撞欄）+12.25~15.75m（車行道）+0.5m（防撞欄）。下部結構為雙柱式或獨柱式圓形橋墩，框架橋臺，鉆孔灌注樁基礎。該橋設計活載等級為城—A級汽車荷載，平面布置見圖1。 </p><p>　　圖1橋梁平面布置圖（單位：cm） </p><p><b>　　2有

8、限元模型分析 </b></p><p>　　漢勃利(hambly)梁格理論其于中性軸一致和剛度等效原則，將橋梁的上部結構用一個等效的梁格來模擬，把每一區(qū)域的抗彎和抗扭剛度集中在最鄰近的梁格內，縱向剛度集中到縱向構件內，橫向剛度集中到橫向構件內[2]。由于梁格法容易在有限元軟件中實現(xiàn)，且具有足夠的精度，因此可以應用于工程計算分析。 </p><p>　　基于梁格法劃分原則，采用M

9、IDAS/Civil軟件建立主橋第二聯(lián)4跨連續(xù)梁的空間桿系有限元計算模型，模型共劃分為660個節(jié)點，1088個空間梁單元，梁格劃分形式及有限元模型見圖2。本文在模型建立過程中主要考慮了以下幾點： </p><p><b>　?。?）縱梁劃分 </b></p><p>　　在進行箱梁結構的縱梁劃分時，縱梁的中性軸應與原結構腹板重合，對于斜腹板的梁格布置，應設置在水平投影

10、長度的中心。基于剛度等效原則，變寬箱梁在梁格劃分后，各梁格截面特性總和應與箱梁整體截面的截面特性相吻合，使得等效梁格抗彎、抗扭剛度一致。此外，為了加載方便和準確計算橋型的自振頻率，在懸臂端部設置虛擬縱梁，虛擬縱梁沒有質量且剛度設置為一個很小的值，僅起到傳遞荷載的作用。 </p><p><b>　?。?）橫梁布置 </b></p><p>　　橫梁包括剛性梁與虛擬梁[

11、3]。虛擬梁可采用工字形，頂?shù)装甯魅∠淞荷舷掳搴穸龋拱迦∫缓苄≈?。雖然工字形的虛梁能很好地吻合實際結構，但仍需根據(jù)橋型結構，計算虛擬梁的剛度和抗扭系數(shù)，然后對各虛擬橫梁的截面特性值進行調整，以達到對橫向聯(lián)系梁的模擬。對于跨中及墩頂部位的橫隔板，采用剛性橫梁進行模擬。 </p><p><b>　　（3）邊界條件 </b></p><p>　　邊界條件采用與實橋的支座

12、形式一致，支座的模擬采用彈性連接法。在梁底支座實際支承的位置建立節(jié)點，并將支座節(jié)點向下復制一個支座高度生成支座底部節(jié)點，在新建立的梁底節(jié)點和支座底部節(jié)點間用一般彈性連接模擬（本文盆式支座剛度取1×108kN/m），最后將支座底部節(jié)點完全固結[4]。 </p><p><b>　　（a）梁格劃分 </b></p><p>　?。╞）梁格有限元模型 </p

13、><p>　　圖2梁格劃分形式與有限元模型 </p><p>　　3 荷載試驗與結果分析 </p><p><b>　　3.1加載效率 </b></p><p>　　本次試驗根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[5]（下文簡稱《評定規(guī)程》）的要求，由荷載效率η來確定試驗的最大荷載，η取值在0.95~1.05之間。根據(jù)《評定規(guī)

14、程》的建議，結合橋型特點、內力計算結果及現(xiàn)場實際情況，選取Z6#~Z8#軸兩跨作為加載試驗對象。加載方式采用逐級遞增加載，共需要5輛重約360kN的重車，在Z6#~Z7#軸跨內，通過工況1~3使A-A截面正彎矩達到加載效率；在Z7#支點，通過工況4~6使B-B截面負彎矩達到加載效率；在Z7#~Z8#軸跨內，通過工況7~9使C-C截面正彎矩達到加載效率，加載載位見圖3。 </p><p><b>　?。╝

15、）工況1~3 </b></p><p><b>　?。╞）工況4~6 </b></p><p><b>　?。╟）工況7~9 </b></p><p>　　圖3試驗加載車輛布置圖（單位：cm） </p><p><b>　　3.2量測方案 </b></p>

16、;<p>　　試驗內容包括：梁體控制截面的撓度、應變、固有頻率及阻尼比。 </p><p>　?。?）撓度測試截面選擇在試驗橋跨的支點、四分點及跨中位置等關鍵截面，共布置13個撓度變形測點，撓度測量采用二等水準測量，測試精度為0.1mm。 </p><p>　　（2）應變測試截面選擇在Z6#~Z7#跨中處的A-A截面、Z7#支點處的B-B截面及Z7#~Z8#跨中處的C-C截面

17、，各測試截面布置5個應變測點，共計20個應變測點。應變測試采用鋼弦應變計。 </p><p>　?。?）動載測試的測點布置在試驗橋跨的四分點及跨中位置處，采用DASP動態(tài)測試與分析系統(tǒng)進行。 </p><p>　　3.3試驗結果與分析 </p><p>　　（1）撓度測試結果 </p><p>　　在最大試驗工況下，試測橋跨各撓度測點實測值與

18、理論值對比見表1?？梢?，各加載階段滿載階段下，Z6#~Z7#橋跨主要測點撓度校驗系數(shù)在0.58~0.74之間，Z7#~Z8#橋跨主要測點撓度校驗系數(shù)在0.67~0.77之間，均能滿足《評定規(guī)程》的要求。 </p><p>　　表1最大試驗工況下?lián)隙葘崪y值與理論值 </p><p>　?。?）應變測試結果 </p><p>　　在最大試驗工況下，試測橋跨各應變測點實測

19、值與理論值對比見表2?？梢?，各加載階段滿載階段下，各截面主要測點應變校驗系數(shù)在0.57~0.60之間，均能滿足《評定規(guī)程》的要求。 </p><p>　　表2最大試驗工況下?lián)隙葘崪y值與理論值 </p><p>　　（3）動載試驗結果 </p><p>　　測試橋跨動力特性試驗結果見表3。 </p><p>　　表2試驗橋跨動力特性試驗結果 &

20、lt;/p><p>　　可見，該橋的實測一階自振頻率在4.29~4.49之間，阻尼比在1.48%~2.16%之間，而對應的理論一階頻率為3.88Hz，實測頻率大于理論計算值，說明該橋振動響應較小，行車性能良好。 </p><p><b>　　4 結論 </b></p><p>　　（1）結合上述試驗結果，該橋各項試驗檢測指標均能滿足《評定規(guī)程》的要

21、求，表明其行車及靜力工作性能良好，并具有一定的承載能力儲備。 </p><p>　?。?）通過對實測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)變化趨勢的比較，說明本文所采用的基于梁格法的有限元模型能較好的反映單箱雙室變截面箱梁橋的受力特點。 </p><p>　　（3）由于梁格法對剛度等效的要求，給變寬箱梁的截面劃分及剛度調整帶來一些麻煩，但與板殼、實體單元相比，梁格法更加簡便、實用，且精確也能滿足工程要求，因此

22、可以很好地用于變寬箱梁橋的計算分析。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] E. C. 漢勃利［英］． 敦文輝，譯. 橋梁上部構造性能[M]. 人民交通出版社. 1982 </p><p>　　[2] 尹樹桃，許福友. 基于梁格法的變寬異型箱梁結構分析[J]. 山東交通學院學報. 2010，03：52-5

23、6 </p><p>　　[3] 勾風山，胡朝輝. 基于梁格法的某斜交變寬連續(xù)箱梁橋荷載試驗分析[J]. 鐵道觀察. 2011，05：90-92 </p><p>　　[4] 邱順冬.橋梁工程軟件midas Civil常見問題解答[M]. 北京：人民交通出版社,2009. </p><p>　　[5] JTG/T J21-2011 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S]