基于静载试验的T形刚构桥安全性分析
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总509期
2019年第23期（8月中）
收稿日期：2019-05-11
作者简介：陈庆香（1976—），女，贵州遵义人，高级工程师，研究方向为高速公路养护管理。
基于静载试验的T 形刚构桥安全性分析
陈庆香
（贵州省高速公路管理局，贵州贵阳550004）
摘要：针对目前桥梁安全性分析手段的局限性，提出以荷载试验评定其承载能力，进而分析其安全性的设想，通过有限元
理论分析和现场试验验证相结合的方法，对比分析了静载试验下桥梁挠度和应变的响应，进而对该T 形刚构的结构安全性进行分析和评价。
试验结果表明静载试验可以作为桥梁安全性评估的一种手段。
关键词：T 形刚构桥；荷载试验；挠度；应变；安全性分析中图分类号：U446.1文献标识码：B
0引言
桥梁相比于其他交通设施，造价大、技术含量高、安全风险高且事故社会影响大，如何验证其安全性显得很重要。
桥梁荷载试验检测作为桥梁质量验收和评定的直接手段，同时也可为桥梁施工和设计提供宝贵经验[1]。
本文针对T 形刚构桥型提出以静载试验分析其安全性的方法，为后续该类桥梁的安全分析提供借鉴和参考。
1工程概况
某桥为T 构无挂梁体系，跨径组合（100+100）m 、主梁采用单箱单室截面、梁端到0#块的梁高从4.62m 到11.5m 按1.6次抛物线现浇形成变截面。
截面顶板宽16.75m 、底板宽8m 。
现浇箱梁和桥墩采用C50混凝土；桩基、承台采用C30混凝土。
2有限元仿真模拟分析
有限元法分析是将整个结构离散成很多个单元，根据连续条件和边界条件建立相关控制方程，求解控制方程组就可求得结构的各种状态指标[2]。
桥梁荷载试验包括现场考察和试验方案设计、现场试验和数据采集、数据分析和结论总结三个阶段。
采用Midas 软件进行仿真计算模拟分析，建立空间模型如图1所示。
通过设计荷载作用下结构的内力分析，可得T 构受力最不利截面（A-A 和B-B ）位置如图2所示，将这两个截面设置为荷载试验的控制截面，分别设置A-A 截面对应工况1，B-B 截面对应工况2。
有限元模拟分析时，用梁单元荷载中的集中荷载来模拟重车加载。
布载时考虑各控制截面的内
力和设计荷载作用下的内力等效原则[3]，挠度采集布设测点位置如图3所示，应变采集分别均匀布设A1-A5和B1-B5共10个测点。
3数据处理和分析
3.1基于挠度采集的结构刚度数据分析
A-A 截面在满载时测得A-3测点挠度值为-4.76mm ；理
论计算值为-7.8mm 。
卸载后残余挠度的存在是因桥梁并非
理想的弹性体，加载过程中主要发生弹性变形并伴少量塑
图1T
形刚构桥有限元仿真模型
图2
设计荷载作用下最不利截面示意图
图3A-A 截面挠度测点布置（单位：cm ）
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交通世界TRANSPOWORLD
性变形，弹性变形在卸载后消除，而塑性变形则在卸载后形成残余变形[4-5]。
卸载后残余挠度为-0.43mm ；弹性挠度值为-4.33mm ；校验系数为0.56；残余比为9.03%。
实测弹性值在理论计算值范围内，挠度残余比也未超规范。
由试验结果可得，结构刚度满足设计要求。
工况1实测挠度值和理
论值对比见图4。
3.2基于应变采集的结构强度数据分析
A-A 截面在满载时测得A1测点应变值为41me ；卸载后残余应变值为3me ，弹性应变值为38me ；理论分析值为52me ，校验系数为0.73，残余比为7.32％。
B-B 截面在B1测点满载时实测应变值为-16me ；卸载后
残余应变值为-1me ，弹性应变值为-15me ；理论分析值为-
20me ，校验系数为0.75，残余比为6.25％。
实测弹性值在理论计算值范围内，应变残余比也未超
规范。
由试验结果可得，结构强度满足设计要求。
实测应变值与理论值对比分别见图5和图6。
4T 形刚构安全性分析
4.1静载试验结果分析
（1）该桥在试验荷载作用下挠度校验系数为0.55~0.81；静载试验残余挠度为1.94%~13.30%，说明本桥结构刚度满足设计和规范要求，结构弹性工作性能良好。
（2）该桥在试验荷载作用下应变校验系数为0.60~0.78；静载试验残余挠度为3.13%~14.29%，说明本桥结构强度满足设计和规范要求，结构弹性工作性能良好。
（3）该桥已有裂缝暂时对桥梁承载能力影响较小，加
载过程中未见缝宽增大迹象。
4.2结果差异对结构安全性影响分析
据《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21—01—2015）第5.7.8条分析，预应力混凝土桥梁结构校验系数常值为：挠度0.7~1.0；应变0.6~0.9。
该桥静载试验结果基本符合这一规律。
校验系数小于1的原因包括以下方面。
（1）设计安全系数影响
为了使结构有一定安全储备，以增加结构可靠性，结构往往需要加上一个安全系数。
如桥梁内力计算中，通常要把恒载内力乘上结构重要性系数，因此，参与计算的恒载与实际恒载不一样，这样就使结构设计偏于安全。
（2）材料强度不同
有限元计算采用的是材料的设计强度，而实际上修建桥梁的材料强度与设计强度存在差异。
当建成通车后，整个结构一起受力时，组合材料强度也会和设计理想状态存
在差异。
这些都会使静载试验现场实测值存在偏差。
（3）桥面铺装、防撞墙的影响
建模时，将桥面铺装和防撞墙折算成荷载直接作用在主梁上。
实际上，这两者和主梁黏结性能良好，基本上可与主梁一起受力，特别是当桥面铺装内设钢筋网时。
有研究表明，
T 梁的防撞装置能显著提高边梁抗力，箱梁结构同理可增强其抗力。
综上，理论计算的近似替代和简化建模造成了现场实测值比理论值小，桥梁处于良好工作状态。
图
4工况1实测挠度值和理论值对比图（单位：mm ）
图5
工况1实测应变值与理论值对比图（单位：me ）
图6工况2弹性应变值和理论值对比图（单位：me ）
测点编号
应变值
测点编号
应变值
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5结语
本文通过有限元理论分析结合现场试验验证，分析了静载试验下桥梁挠度和应变的响应，进而评价该T形刚构桥结构安全性，为以后桥梁运营管理提供科学决策和参照依据。
（1）通过静载试验下测定挠度、应变响应，与有限元计算理论分析值对比分析，表明实测响应值比有限元模拟出的理论计算值小，实测值变化规律基本和理论值变化一致，进一步说明有限元数值模拟结果的可靠性。
卸载后结构塑性变形较小，说明结构能保持理想弹性工作状态。
（2）荷载试验可用于桥梁安全性评价。
桥梁荷载试验作为桥梁承载能力和安全性检测的重要手段，通过在结构上施加与设计荷载等效的静力荷载，来观察结构的最不利响应。
通过观察在试验荷载加载下结构安全性，分析结构在正常运营过程中能否保持安全。
（3）通过数据分析，有限元理论计算结果与实测数据具有一定差异，原因在于设计安全系数的取用、有限元数值模拟时材料强度与现实材料强度差异、计算中忽略桥面铺装和防撞装置对结构抗力的贡献，该因素可在计算过程中予以减小，但无法消除。
参考文献：
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（编辑：曹艳华）
（上接第81页）
上游吊装顺序同下游。
每跨安装3#、4#主梁至1#、2#主梁位置，逐跨向前推进安装，同时将3#、4#主梁滑移至安装位置，同步安装端横梁。
3#、4#主梁全部安装到位后，再顺序安装外侧1#、2#主梁。
主梁安装完毕后，一联主梁焊接完成后即开始其他部件安装。
由下往上安装，分别为检修通道、小横梁、桥面钢底模。
安装的同时进行焊接作业。
第二阶段：计划2019年3月开始逐步进行桥面施工作业，两侧道路通车后，老桥停止通行，并于2019年6月—2019年10月进行洪塘大桥老桥的拆除工作，拆除完毕后开展桥台的施工作业。
根据桥台完成情况，逐步开始第二阶段中间4根（5#、6#）主梁的安装工作。
安装由大桩号L9往小桩号L1进行（42#~15#），同步进行端、中横梁及检修通道、小横梁、桥面钢底模的安装和焊接作业。
7结语
在进行机械化拼装架设期间，整体相对比较稳定，其中推送装置的安装对各种桥梁的建设都有很好的适应性，能够很好地解决在架设过程中出现的种种问题。
在本工程中取得了良好的效果，具有推广价值。
参考文献：
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（编辑：曹艳华）
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