五跨连续小箱梁桥静载试验及有限元仿真分析

１ 工 程概 况
某市 区跨越 高速公 路城 市主 干道桥 梁 ，跨 径组 合 为 ５×２ 主梁 高 １０ｃ 腹 板 厚度 １ ｍ； ５ｍ； ４ ｍ， ６ｃ 桥 梁 横 向 由 ５片小 箱 梁 组 成 ， １ 宽 度 组 成 为 ： 宽 ７ｍ，
性能和安全储备 ；其二是将控制测点的实测值与规 范规 定 的允许 值进 行 比较 ，从 而 说 明结 构所 处 的工
图 ２ 桥梁结构有 限元计算模型
２ 荷载效率系数计算 ． ２ 采用上述计算模型 ， 对结构进行了分析计算。 按 照该桥的设计荷载 ，可计算出设计标准荷载下的内
力 和试验 荷载 下 的内力 ，进而 得到本 次荷 载试验 的
截面）ｃ ｃ 次边跨跨 中截面）Ｄ Ｄ 中跨前支点（ 、— （ 、— （ ３ 号墩 ） 截面 ）Ｅ Ｅ 中跨 跨 中截面 ）应 变测 点 布置 在 、— （ ； 箱梁相应截面底板 中线处 ，电阻应变片方向与箱梁 底板轴线一致 ， 应变测试断面及测点布置如 图 ３ 与
第 ３ ２ 总第２６ 期（ Ｑ 生 １ 期）
山西交通科技 ｏ ＭＭＵ Ｉ Ａ Ｉ Ｎ Ｎ ｑ Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ ＆ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ ｆ Ｏ 】 ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ Ｎ Ｃ ＴＯ Ｓ
Ｎ． ｏ ３
Ｉｎ ｕ ｅ
五跨连续小 箱梁桥静载试验及有限元仿真分析
惠兴智
度和刚度达到设计要求。研究成果可为同类桥型的设计与荷载试验提供参考。
关键词 ： 梁； 桥 工程 ； 小箱梁； 空间梁格法； 静栽 ； 试验 ； 仿真 ； 分析 中图分类 号 ： ４ ６１ Ｕ ４． 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ６ ３ ２ （０ ２ ０ － ０ ３ ０ １０ － ５ ８２ １ ） ３０ ８ — ４ －
试验荷载Ｔ的 － ８ 计算值① １ ９＿ ７ ０． －． １ １． １． ０２ ３ ３ ７１ ８３ ８５ ８１ １４ ４ ４ ９ ７ ５－ ８
设计荷载Ｔ －０ １ 的计 值： ５． ４ ３． １． １ Ｏ ． １－ 算 ② １ ２０ ５ ９ ３ １ ６ ２ —０１ ３ ６ ４３ ５ ７ ３ ９ ７— ５
按照交 通部标 准 《 公路工程技 术标 准》 鹏 （
Ｂ １ ２０ ）《 ０－ ０ ３ 、公路 桥 涵设 计通 用 规 范》 ⅡＧＤ ０ （ ６ —
中跨跨 中跨跨 次边跨 次边跨跨 边跨跨 边跨跨 控制内容 中弯矩 中位移 跨中弯矩 中位移 中弯矩 中位移
五 跨 连 续 小 箱 梁 桥 为 研究 对 象 ， 立该 桥 的梁格模 型 ， 建 通过分 析得 出其在 静力 荷 载作 用下 的控 制截 面应力 和挠度 理论值 ，并 与实 际
０ 引 言
在 新建 桥通 车 之前 ， 对桥 梁进行 荷载试 验 ， 确定
桥梁结构的承载能力和使用性能，检测桥梁结构的 实际工作状态与其在设计荷载作用下 的工作性能是 否吻合 ，是对桥梁的施工质量可靠性 的综合评估的 重要 依 据与 最有效 手段 。 静载试验主要测定桥跨结构在静荷载作用下控 制 断面 的应力 和挠 度 ，从 而推断 桥梁结 构 在荷 载作
用下 的实际 工作受 力状 态 。桥梁 结构静 载试 验 的评 价指 标 有两个 方 面 。其 一是 根据 控制测 点 的实测 值 与相 应 的理论 计算 值进 行 比较 ，来说 明结构 的工 作
加载的实测值进行比较 ， 从而评定该桥的受力状况 ， 确定新建桥梁结构的承载力和使用性能 。
．
瓣猖 Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ ． ． ． ． ． ． ９ ８ ９ ８ ９ ８ Ｏ ４ ２ ８ Ｏ ３
由表 １ 可知 ，该桥所有构件控制截面的试验荷 载效率系数均处于 ０ ～１ ５范围之内 ， ． ． ８ ０ 符合《 大跨 径混凝土桥梁的试验方法》 ４ ４１８） Ｃ —／ ２ ９ 要求。
一
定 的承载潜力 。
Ｉ Ⅱ Ⅲ
Ⅳ Ｖ Ⅵ
中跨 跨 中最大 正 弯 矩、 位移 （ 正载 ） Ｅ— Ｅ 中跨 跨 中最大 正 弯 矩、 位移 （ 偏载 ） Ｅ— Ｅ 中跨 前支 点处 最 大 负弯矩 （ 正载 ） ＤＤ —
次边跨 跨 中最 大正 弯矩 、 位移 （ 正载 ） ＣＣ — 次边跨 跨 中最 大正 Ｃ Ｃ — 弯矩 、 位移 （ 偏载 ） 次边跨 前支 点处 最 Ｂ Ｂ — 大负弯矩（ 正载 ）
千分表测量主梁挠度 ；挠度测试截面设 置在 Ａ Ａ — （ 边跨跨 中）Ｃ ｃ 次边跨跨 中） Ｅ Ｅ 中跨跨 中） 、— （ 和 —（ 截 面 ；挠度 测试 截 面与 挠度测 点 布置 如 图 ３与 图 ４
所示 。
３１ 墩顶竖 向位 移测 点 的布 设 ．３
２１ ０２年第 ３ 期
作状 况［］ １ｏ － － ４
０ （ ． ｍ 防撞护栏 ） ． （ ５ ＋０ ５ｍ 路缘带） × ． 行 ２ ＋２ ３ ５ ７ ｍ（ 车 道 ） ．ｍ（ ＋ｏ 中分带 ） ×３ ５ｍ（ ５ ＋２ ． 行车 道 ） ． ７ ＋０ ５ｍ ２ （ 路缘带） ． ｍ （ ＋Ｏ 防撞护栏 ） ５ ；设计荷载等级为城 Ａ级。桥梁结构总体布置如图 １ 所示 。
＼
Ｉ况 工 Ｉ 况 工况Ⅱ工 况Ⅲ 工况Ⅳ工况Ｖ 工况Ⅵ工 况Ⅷ 况Ⅶ工
测点＼
实测值 一 ．４ Ｏ９ ２６ － ．９ ０７ Ｏ６ １ １ ０８ １ ．６ ．９ ０６ － ．２ ．６ ． － ．１ ２ ２ ８ 关 于桥面中线对称
Ｃ ｌ 理 论 值 一 ．１ ｌ ９ ３２ 一１ ２ １２ １ ９ １ ５ — ．１ — １３ ＿ ．３ ６ ． － ． １ ４ ． ． １ ０ ２ Ｏ
．
ｋ ・ Ｎ ｍ
Ｉｒ ｎｎ
ｋ ｍ Ｎ・
ｍｉ ｌ ｌ
２ ０ ） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 ０４ 和《 规 范》ⅡＧＤ ２ ２０ ）采用 通用有 限元软 件 Ｍｉａ （ ６－ ０ ４ ， ｄｓ ２ １ 建立有限元模型。建模时 ， ００ 采用空间梁格法模 拟小箱梁。每根小箱梁可分为 ６ 个单元 ，１ ０ ６ 个节 点 ，全桥 ５ 片箱梁共划分 ７８ ０ 个单元 ，０ 个节点。 ５９ 根 据 以上 叙 述 应 用 通 用 有 限元 软件 “ ｉ ￣ｖ Ｍｄ ｉ ｓ ｌ ａ ｆ ２ １” 立计 算模 型 （ 图 ２ 。 ００建 见 ）
图 ４所示 。
图 ３ 主梁截面应变与位移测试截面布置
图 ４ 主梁截面应变与位移测点布置
３１２ 主梁挠 度测 点 的布设 ．．
由理论计算结果可知，主梁在试验荷载作用下
的竖 向挠 度 多数属 于毫 米级 ，所 以试 验 时采用 电子
采用高精度全站仪测量各墩墩顶在试验荷载作 用下的竖向变形 ； 测点布置在 １ ～ 号墩墩顶。 号 ６ ３２ 试 验加 载工 况与试 验荷载 ． 加载工况 的确定需能反应桥梁结构 的受力状 态 ，各试 验工况 尽可 能用最 少 的加 载 车辆达 到最 大 的试验荷载效率 ， 同时应考虑简化加载工况 ， 缩短试 验时间 ，在满足试验荷载效率的前提下对加载工况 进行适当合并 ，每一加载工况依据某一或两个加载
８ 关 于桥面 中线对称 ８ 偏上游侧布置
４ 应力 测试 结果 及分 析 ． ２
８ 关于桥面 中线对称
８ 关于桥面 中线对称 ８ 偏上游侧布置
各试验加载工况下， 主梁部分测点应力实测值、 理论值 及校 验 系数见表 ４ 。
表 ４ 主 梁 部 分测 点 应 力 实 测 值 与 理 论值 对 比 ＭＰ ａ
校验系数 ０８ １ ５ Ｏ７ Ｏ７ ０６ ０５ Ｏ９ ０７ ． ４ ． ． Ｏ ５ ． ３ ． ７ ．４ ．９ ．９ 实测值 Ｏ３ － ．１ －．４ ２４ ０２ － ．ｌ １６ ２４ ＿ ３ ０３ － ７ ．５ ．ｌ ０２ ． ０ ９ ．２ Ｅ３ 一 理论值 ０３ － ．４ ０９ ４１ ０３ － ．４ ２０ ４１ ．４ － ３ － ．４ ．７ ．４ ０３ ．８ ０ ． ７
・
８・ ４
山西 交通 科技
２１ 第 ３ ０２年 期
单元 进行 连 接 ，可 以很好 地模 拟小箱 梁桥 的空 间受
力状 态嘲 。
荷载效率系数（ 见表 １。 ）
表 １ 静载试 验荷载效率系数 序号 １ ２ ３ ４ ５ ６
２１ 有 限元 模 型 的建 立 ．
３ 荷载试 验
３ 控制截面及试验测点布置 ． １ ３１１ 主梁应变 测点 的布设 ． ． 在控制截面处粘贴 电阻应变片，采用 Ｔ Ｓ ６２ Ｄ 一０ 型静态应变数据采集系统进行数据采集 ；全桥设置
Ａ Ａ（ — 边跨 跨 中截 面 ）Ｂ Ｂ 次 边 跨 前支 点 （ 号 墩 ） 、— （ １
Ｅ ｌ 论 值 ０３ － ＿ － ． ３ ６ Ｏ３ － ３２ ｌ Ｏ ２９ — 理 ． ４ ０３ －９ ６ ０８ ． ．１ ０ ｜ ．４ ８ ２
偏上游侧 布置
具 体 试 验荷 载 根 据各 个 控 制截 面 的设 计 弯 矩 ， 通 过 等 效 的试 验 车 辆 荷 载 加 载 到 相 应 位 置 来 实 现 的。根 据理 论计 算结果 ， 验车 辆采 用双后 轴 汽车 ， 试 汽 车总重 为 ６ ＋ ３＋ ３ ＝ ３ Ｎ，轴 距为 （Ｏ １ ） ６ １２ １２ ３ ０ｋ ４ ＋ ．ｍ。 ． ４
Ⅶ Ⅷ
边 跨跨 中最 大正 弯 Ａ Ａ — 矩、 位移（ 正载 ） 边 跨跨 中最 大正 弯 矩、 位移（ 偏载 ） ＡＡ —
８ 关于桥面中线对称
８
校验系数 ０９ Ｏ５ Ｏ８ ０６ ０５ Ｏ６ ０９ Ｏ８ ．４ ．７ ＿３ ． ２ ．８ ． ｏ ．７ ＿１ 实测值 一 ．０ １３ ２ １ ０９ － ． ２ ０ ．４ １ ７ １２ －７ ． － ． ４ ２ ０９ Ｏ ． ２５ 一 ． ｏ Ｏ Ｃ ４ 理论值 ～１ ７ １８ ３１ － ． — －３ ２２ ２７ 一 ． － ． ．３ ．２ １０ １３ ．１ ．５ １１ ２ ７ ７ 校验系数 ０９ Ｏ ５ Ｏ ７ Ｏ８ Ｏ６ Ｏ９ ０９ ０９ ． ４ ． ． ． ７ ７ ６ ． ７ ．ｌ ．２ ．１ 实测值 ０２ － ．８ －． ２８ Ｏ２ － ． １ ９ ２３ ． ９ ０３ － ７ ０４ ． ３ ．１ ０１ ７ ． ＿ｌ １
惠兴智 ： 五跨连续小箱梁桥静载试验及有限元仿真分析
．５ ８．
目的为 主 ， 顾其 他检 验项 目。 兼
表 ２ 静载试验加载工况与荷载布置 工况 加 载 目标 控制截面 车辆， 辆 荷载布 置
２ ０ ／０ ＝ ２ｍ 桥梁 有足 够 的刚度 ； ５０ ０６ ０ ４ ｍ， 且从 数据对 比结 果 可 以看 出 ， 构实 际 的刚度大 于设计 刚度 ， 结 有
（ 西省交通科 学研 究院 ， 山 山西 太原 ０ ００ ） ３０ ６
摘 要 ： 某五跨 连 续 小箱 梁桥进 行 了荷 载试 验 及数 据 分析 ， 对 并运 用 大型有 限元程 序 Ｍｉａ ｄｓ 建立 空 间梁格模 型 ， 并进行 了仿 真分 析 ； 多种 试验 工 况下桥 梁 变形和 截 面应 力的 实测值 与理 对 论值 进 行 了比较 ； 结果表 明 ： 梁 变形 和截 面应 力 的 实测值 与理 论值 吻 合较 好 ， 梁 的结构 强 桥 桥
一
图 １ 桥 梁 结构 总体 布 置
２ 仿真 分析
该桥横 向为多片小箱梁拼接而成的桥面系 ， 将 每一 片小箱 梁看 成是 一根独 立 的梁 ，横 向采 用连 接
收 稿 日期 ：０ １ １— ４ 修 回 日期 ：０ ２ ０ — ０ ２ １— １ ０ ； ２ １— ３ ２
作者 简介 ： 惠兴智 （９ ４ １８ 一 ）男 ， ， 陕西榆林人 ， 助理工程师 ， 大学本科 ，０ ７ ２ ０ 年毕业于长安大学桥梁工程专业 。