基于Midas的V型墩连续刚构桥静载试验分析

浙江建筑，第３３卷，第５期，２０１６年５月　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．５，Ｍａｙ　２０１６　基于Ｍｉｄａｓ的Ｖ型墩连续刚构桥静载试验分析　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｖ－Ｔｙｐｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｒｉｇｉｄ　Ｆｒａｍｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｄａｓ　田小文，乔杰　ＴＩＡＮ　Ｘｉａｏｗｅｎ．ＱＩＡＯ　Ｊｉｅ　（浙江有色地球物理技术应用研究院，浙江绍兴３１２０００）　摘　要：静梁荷载试验是保证桥梁安全运营的重要手段。在所有桥梁检测项目中，静载试验能够了解桥梁实际工作状态和承　载能力，提供直接可靠的挠度、应力应变数据。在此，结合某桥静载试验的实际案例，着重分析静载试验的工况设置以及数据处　理，为以后Ｖ型墩连续刚构桥静载试验提供一些参考。　关键词：静载试验；Ｖ型墩连续刚构；Ｍｉｄａｓ；工况设置　中图分类号：Ｕ４４６　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—３７０７（２０１６）０５—００１９一Ｏ４　随着桥梁的发展，刚架桥、拱桥、系杆拱桥、简支　梁桥、连续梁桥、Ｔ构桥、斜拉桥、悬索桥等桥型建设　的重复，各种新桥型陆续出现，Ｖ型墩连续刚构桥形　式活泼、造型美观，让人耳目一新，因此也让其成为　一中跨和一个边跨为试验跨。　１．１模型建立及加栽工况确定　利用ＭｉｄａｓＣｉｖｉ１２０１２建立有限元模型（图１）进　行内力分析计算，得到桥跨结构在汽车荷载作用下　的弯矩包络和竖向挠度包络，见图２、图３。　种近年来比较常见的桥梁形式　。　本文以某桥主桥静载试验为例，分析Ｖ型墩连　续刚构桥这类桥梁在做静载试验时的工况设置以及　数据处理。　该桥桥宽３０　ｉｎ，跨径组合为：３×２５＋（４０＋　７０＋４０）＋３×２５，主桥采用Ｖ型墩连续刚构，引桥　图１主桥Ｍｉｄａｓ有限元模型　为２５　ｌｆｒｌ先简支后连续预应力混凝土小箱梁　。设　计标准：汽车荷载，城Ａ级；人群荷载，人行道板（局　部构件）的人群荷载按５　ｋＰａ；桥梁宽度３０　ｉｎ；设计　基准期１００年；设计使用年限１００年；桥梁设计安全　等级一级。　图２　主桥在移动荷载作用下的弯矩包络圈　１　静载方案　检测方案主要包括检测孔选择、工况设置、静载　布置方案以及测点布置。检测孑Ｌ的选择主要综合考　虑以况设置以及测点布置。本桥选取该桥主桥部分　收稿日期：２０１６一Ｏ１—１１　图３主桥在移动荷载作用下的竖向挠度包络图　作者简介：田小文（１９８８一），男，浙江绍兴人，助理工程师，从事桥梁检测工作。　２０　浙江建筑　２０１６年第３３卷　根据移动荷载作用下的内力和挠度包络图，确　定主桥本次试验的控制截面，位置描述及测试内容　１．３测点布置　１．３．１挠度测点布置　见表１。　表１　主桥控制截面及描述　主桥试验加载工况如下：　工况一　纵桥向按１．１截面最大正弯矩布载，　横桥向偏载；工况二　纵桥向按２．２截面最大正弯　矩布载，横桥向偏载；工况三纵桥向按３．３截面最　大负弯矩布载，横桥向偏载；工况四　纵桥向按４．４　截面最大正弯矩布载，横桥向偏载。　试验验车辆拟选用总重为４００　ｋＮ的试验车辆６　辆进行加载。　１．２加载位置及加载试验荷载效率　根据规范要求，各工况均分三级进行加载示意　图见图４～７，加载效率见表２。　．一　一——　图ｓ工况二加载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线　图６　－ｒ况－／ｊｐ载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线　一　图７　Ｔ况四加载车辆位置图及荷载下的弯矩影响线　表２各工况加载试验荷载效率表　横桥向各试验梁挠度测量采用桥下测试截面处　搭设脚手架，在每块试验梁下安装位移传感器，采用　十六点位移测试仪ＪＹＣ一２０３进行测读，这样可以　在试验荷载作用下获得挠度在横桥向分布变化，测　点分别布设在试验截面处；纵桥向桥面布载水准测　点，通过测点相对高程的方法得到桥梁挠度，位移采　用高精度全站仪进行测量，测点位于各试验跨墩顶、　１／４Ｌ、１／２Ｌ、３／４Ｌ、墩顶处，在桥梁上靠人行道边缘　０．２　ｍ处布设１条测线。　１．３．２应变测点布置　各控制截面应力采用表面式应变计进行测试，　应力测点布置见图８，主要测试各控制截面的应力　分布规律和受力性能。　图８　Ｔ况一至工况四控制截面应变计布置图　１．３．３裂缝观测　试验前，对全桥进行外观调查，特别是对桥梁各　控制断面处进行外观检查，主要检查是否存在裂缝。　试验中，观察桥梁在试验荷载作用下是否有裂缝产　生。若有，则记录裂缝产生部位、长度、宽度、间距、　方向和性状，以及卸载后的闭合情况　。　２静载试验成果　通过试验加载得到挠度和应变、应力数据，下面　以工况一数据为例，见图９—１４，表３、表４。　０　董　舞　８　ｌ０　】２　图９工况一主要测点挠度增长曲线　右　中　左　量　１　１　１　测点　图１Ｏ工况一１—１截面测点挠度横向分布曲线　第５期　—田小文等：基于Ｍｉｄａｓ的Ｖ型墩连续刚构桥静载试验分析　２１　１　１　—２．０　。、、、　’　一　—·一理论值　一２。　。　。一　０．５　．　实测值　ｌ　１　图１３工况一１—１截面应力随粱高分布图　距离，ｍ　图１１工况一顺桥向挠曲线图　－３　一２：　锻一绣　＼　第二冬　．　三　。初　生—　＝：＝　一一梁顶测点—一梁顶理论值一梁底测点一梁底理论值　图１２工况一主要测点应力增长曲线　图ｌ４工况一１—１截面测点应力横向分布曲线　表３工况一主要测点挠度测试结果　重Ｏ　Ｏ　５　ｌ　Ｏ　＼Ｒ　ｌ　５　２　Ｏ　２　５　３　Ｏ　注：应力受拉为正“＋”，受压为负“一”。　３静载试验成果分析　３．１　强度、刚度分析　均小于理论应变（或挠度）值，且在各级静载试验作　用下，桥体测点对应的理论应变（或挠度）与实测应　变（或挠度）关系曲线基本呈现为线性，说明在桥梁　校验系数叼是评定结构工作状况，确定桥梁承　载能力的一个重要指标。根据《公路桥梁承载能力　结构在此次静载试验中，处于良好弹性工作状态。　３．３　控制截面应力沿梁高度分布图　检测评定规程（ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２１—２０１１）》的相关规定，一　般要求校验系数不大于１．０。　本次试验控制截面的挠度、应变校验系数从表　３中可以看到，主要控制截面的挠度校验系数和应　变校验系数均小于１．０，表明桥梁控制截面的刚度、　强度较好，桥梁刚度和强度均能满足试验规范的　要求。　３．２弹性性能分析　控制截面应力沿梁高度分布图表明，应力沿截　面高度的分布方式和理论计算结果基本一致，控制　截面基本符合平截面假定。　３．４加栽过程中挠度（应力）增长及挠曲线　加载过程中“各测点挠度（应力）增长曲线图”　表明，控制点挠度（应力）在荷载作用下基本呈现出　线性增长的特征，曲线斜率没有明显增大的趋势，表　明随着荷载增长梁体受力基本处于线弹性范围内。　各级荷载下试验跨及相邻跨的实测挠曲线形态　和理论计算值基本一致，即试验加载跨跨中下挠、相　邻跨跨中上挠。　由测试结果可知，各控制截面在相应控制荷载　工况作用下的相对残余应变、挠度的最大值均小于　规范要求的２０％；该桥梁体的实测应变（或挠度）值　浙江建筑　２０１６年第３３卷　４　结　语　桥梁静载试验是一项复杂而细致的工作，要求　梁静载试验提供参考借鉴。　参考文献　加载方案要尽量模拟真实荷载情况，测试人员具有　丰富的检测技术和经验。近年来我国在桥梁静载试　［１］　李晓克，刘世明．Ｖ型墩连续刚构桥［Ｍ］．北京：中国水利水电　出版社，２０１４．　验逐渐积累丰富资料和经验，静载试验的重要性也　日渐突出　。　：：　ｄ　王萍．Ｖ形墩连续刚构桥设计［Ｊ］．公路，１９９７（６）：１２—１３．　申明文，周海俊．桥梁静动载试验检测方法［Ｊ］．城市道桥与防　洪，２００７（７）：１５８—１６０．　本文结合工程实际，讨论了桥梁检测静载试验　中的荷载布置原则和工况设计，并且给出了一些有　『４１　邵旭东．混凝土桥梁承载力评定的理论与应用［Ｄ］．长沙：湖　南大学，１９９１．　意义的静载准则和参数，希望能够为以后的类似桥　（上接第１８页）　震相对不利的Ⅲ、Ⅳ类场地时，剪重比符合要求，但　当处于相对有利的Ｉ、Ⅱ类场地时，反而由于剪重比　不满足要求而需要进行调整，进一步加大该结构的　刚度。　１）影响结构剪重比计算结果的因素有很多，场　地类别是其中的一个重要因素，当场地类别由Ｉ　类向Ⅳ类逐渐变化时，同一结构的剪重比逐渐增大。　２）由于未充分考虑场地类别等因素的影响，仅　用剪重比指标去衡量结构布置是否合理存在局限性　和不足，甚至产生悖论。　３）规范仅规定各楼层应能承受的水平地震剪　力最小值，建议不再将其作为衡量结构是否需调整　的指标。即，当剪重比不满足规范要求时，直接放大　地震效应即可，无须调整结构布置。　参考文献　［１］　中国建筑科学研究院．ＧＢ　５００１１—２Ｏ１Ｏ建筑抗震设计规范　［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．　［２］　中国建筑科学研究院．ＪＧＪ　３—２ＯｌＯ高层建筑混凝土结构技术　规程［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．　解决问题的途径有两条：１）仅规定各楼层应能　承受的水平地震剪力最小值，不再将其作为衡量结　构是否需调整的指标，即当剪重比不满足规范要求　时，直接放大地震效应即可，无须调整结构布置。现　行广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程（ＤＢＪ　ｌ５—９２—２０１３）》　中第４．３．１３条即明确规定“当　小震弹性计算的楼层剪力小于规定的最小值时，可　直接放大地震剪力以满足楼层最小地震剪力要　求。”２）在规范条文中增加一个与地震分组和场地　类别有关的影响系数，或者明确当用剪重比指标衡　量结构布置是否合理时所应假定的地震分组和场地　类别，比如以第一组、Ⅱ类场地为基准。本文建议采　用途径１。　［３］朱炳寅．建筑结构设计问答及分析［Ｍ］．２版．北京：中国建筑　工业出版社，２０１３．　［４］　朱炳寅．高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析ＪＧＪ　３—　４　结　语　本文通过理论分析及工程实例的计算，分析了　各因素尤其是场地类别对剪重比结果的影响，得到　如下结论：　２０１０［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１３．　［５］　华南理工大学建筑设计研究院．ＤＢＪ　１５—９２—２０１３高层建筑　混凝土结构技术规程［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１３．