基于梁格法的某變寬連續(xù)箱梁橋靜動(dòng)載試驗(yàn)分析

1、<p>　　基于梁格法的某變寬連續(xù)箱梁橋靜動(dòng)載試驗(yàn)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(jì)算分析了該橋在設(shè)計(jì)活載及試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力響應(yīng)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和檢測(cè)指標(biāo)的對(duì)比分析，對(duì)該梁的承載能力進(jìn)行綜合評(píng)估與鑒定。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：梁格理論；連續(xù)箱梁；試驗(yàn)荷載；承載能力； </p><p>　　

2、中圖分類號(hào)：U446.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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>　?。―epartment 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(yīng)復(fù)雜線形及寬度變化，變寬箱梁橋得到廣泛的應(yīng)用，這種結(jié)構(gòu)

6、常采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，箱室逐漸變寬的形式，由于內(nèi)力分布不均勻，其結(jié)構(gòu)受力分析比一般直線箱梁橋復(fù)雜很多。本文利用MIDAS/Civil軟件和漢勃利(hambly)梁格理論[1]對(duì)一座變寬連續(xù)箱梁橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并評(píng)價(jià)其承載能力。 </p><p><b>　　1工況概況 </b></p><p>　　全橋總長(zhǎng)248.14m，為4×30.5m+4×

7、30.5m的兩聯(lián)八跨預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)為雙柱式或獨(dú)柱式圓形橋墩，框架橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該橋設(shè)計(jì)活載等級(jí)為城—A級(jí)汽車荷載，平面布置見(jiàn)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(jié)構(gòu)用一個(gè)等效的梁格來(lái)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(nèi)，縱向剛度集中到縱向構(gòu)件內(nèi)，橫向剛度集中到橫向構(gòu)件內(nèi)[2]。由于梁格法容易在有限元軟件中實(shí)現(xiàn)，且具有足夠的精度，因此可以應(yīng)用于工程計(jì)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(jì)算模型，模型共劃分為660個(gè)節(jié)點(diǎn)，1088個(gè)空間梁?jiǎn)卧?，梁格劃分形式及有限元模型?jiàn)圖2。本文在模型建立過(guò)程中主要考慮了以下幾點(diǎn)： </p><p><b>　　（1）縱梁劃分 </b></p><p>　　在進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)的縱梁劃分時(shí)，縱梁的中性軸應(yīng)與原結(jié)構(gòu)腹板重合，對(duì)于斜腹板的梁格布置，應(yīng)設(shè)置在水平投影

10、長(zhǎng)度的中心?；趧偠鹊刃г瓌t，變寬箱梁在梁格劃分后，各梁格截面特性總和應(yīng)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(zhǔn)確計(jì)算橋型的自振頻率，在懸臂端部設(shè)置虛擬縱梁，虛擬縱梁沒(méi)有質(zhì)量且剛度設(shè)置為一個(gè)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(shí)際結(jié)構(gòu)，但仍需根據(jù)橋型結(jié)構(gòu)，計(jì)算虛擬梁的剛度和抗扭系數(shù)，然后對(duì)各虛擬橫梁的截面特性值進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到對(duì)橫向聯(lián)系梁的模擬。對(duì)于跨中及墩頂部位的橫隔板，采用剛性橫梁進(jìn)行模擬。 </p><p><b>　?。?）邊界條件 </b></p><p>　　邊界條件采用與實(shí)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(shí)際支承的位置建立節(jié)點(diǎn)，并將支座節(jié)點(diǎn)向下復(fù)制一個(gè)支座高度生成支座底部節(jié)點(diǎn)，在新建立的梁底節(jié)點(diǎn)和支座底部節(jié)點(diǎn)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(diǎn)完全固結(jié)[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(yàn)與結(jié)果分析 </p><p><b>　　3.1加載效率 </b></p><p>　　本次試驗(yàn)根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》[5]（下文簡(jiǎn)稱《評(píng)定規(guī)程》）的要求，由荷載效率η來(lái)確定試驗(yàn)的最大荷載，η取值在0.95~1.05之間。根據(jù)《評(píng)定規(guī)

14、程》的建議，結(jié)合橋型特點(diǎn)、內(nèi)力計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取Z6#~Z8#軸兩跨作為加載試驗(yàn)對(duì)象。加載方式采用逐級(jí)遞增加載，共需要5輛重約360kN的重車，在Z6#~Z7#軸跨內(nèi)，通過(guò)工況1~3使A-A截面正彎矩達(dá)到加載效率；在Z7#支點(diǎn)，通過(guò)工況4~6使B-B截面負(fù)彎矩達(dá)到加載效率；在Z7#~Z8#軸跨內(nèi)，通過(guò)工況7~9使C-C截面正彎矩達(dá)到加載效率，加載載位見(jiàn)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(yàn)加載車輛布置圖（單位：cm） </p><p><b>　　3.2量測(cè)方案 </b></p>

16、;<p>　　試驗(yàn)內(nèi)容包括：梁體控制截面的撓度、應(yīng)變、固有頻率及阻尼比。 </p><p>　?。?）撓度測(cè)試截面選擇在試驗(yàn)橋跨的支點(diǎn)、四分點(diǎn)及跨中位置等關(guān)鍵截面，共布置13個(gè)撓度變形測(cè)點(diǎn)，撓度測(cè)量采用二等水準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)試精度為0.1mm。 </p><p>　　（2）應(yīng)變測(cè)試截面選擇在Z6#~Z7#跨中處的A-A截面、Z7#支點(diǎn)處的B-B截面及Z7#~Z8#跨中處的C-C截面

17、，各測(cè)試截面布置5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，共計(jì)20個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。應(yīng)變測(cè)試采用鋼弦應(yīng)變計(jì)。 </p><p>　　（3）動(dòng)載測(cè)試的測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)橋跨的四分點(diǎn)及跨中位置處，采用DASP動(dòng)態(tài)測(cè)試與分析系統(tǒng)進(jìn)行。 </p><p>　　3.3試驗(yàn)結(jié)果與分析 </p><p>　?。?）撓度測(cè)試結(jié)果 </p><p>　　在最大試驗(yàn)工況下，試測(cè)橋跨各撓度測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值與

18、理論值對(duì)比見(jiàn)表1?？梢?jiàn)，各加載階段滿載階段下，Z6#~Z7#橋跨主要測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.58~0.74之間，Z7#~Z8#橋跨主要測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.67~0.77之間，均能滿足《評(píng)定規(guī)程》的要求。 </p><p>　　表1最大試驗(yàn)工況下?lián)隙葘?shí)測(cè)值與理論值 </p><p>　?。?）應(yīng)變測(cè)試結(jié)果 </p><p>　　在最大試驗(yàn)工況下，試測(cè)橋跨各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)

19、值與理論值對(duì)比見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，各加載階段滿載階段下，各截面主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.57~0.60之間，均能滿足《評(píng)定規(guī)程》的要求。 </p><p>　　表2最大試驗(yàn)工況下?lián)隙葘?shí)測(cè)值與理論值 </p><p>　?。?）動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果 </p><p>　　測(cè)試橋跨動(dòng)力特性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。 </p><p>　　表2試驗(yàn)橋跨動(dòng)力特性試驗(yàn)結(jié)果 &

20、lt;/p><p>　　可見(jiàn)，該橋的實(shí)測(cè)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(duì)應(yīng)的理論一階頻率為3.88Hz，實(shí)測(cè)頻率大于理論計(jì)算值，說(shuō)明該橋振動(dòng)響應(yīng)較小，行車性能良好。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　（1）結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果，該橋各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)均能滿足《評(píng)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(chǔ)備。 </p><p>　　（2）通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的比較，說(shuō)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(diǎn)。 </p><p>　　（3）由于梁格法對(duì)剛度等效的要求，給變寬箱梁的截面劃分及剛度調(diào)整帶來(lái)一些麻煩，但與板殼、實(shí)體單元相比，梁格法更加簡(jiǎn)便、實(shí)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(jì)算分析。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] E. C. 漢勃利［英］． 敦文輝，譯. 橋梁上部構(gòu)造性能[M]. 人民交通出版社. 1982 </p><p>　　[2] 尹樹(shù)桃，許福友. 基于梁格法的變寬異型箱梁結(jié)構(gòu)分析[J]. 山東交通學(xué)院學(xué)報(bào). 2010，03：52-5

23、6 </p><p>　　[3] 勾風(fēng)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(yàn)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(jiàn)問(wèn)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(cè)評(píng)定規(guī)程[S]