某鋼桁架橋靜載試驗研究

王春平

(長江航道規(guī)劃設計研究院工程檢測中心， 武漢 湖北 430011)

1 工程概況

某滾裝碼頭工程有一新建29 m×4.5 m碼頭鋼桁架橋，如圖1所示。為了確保較大跨度的鋼桁架橋的安全運營，對該滾裝碼頭工程的橋梁進行了現(xiàn)場查勘,決定對滾裝碼頭工程的鋼桁架橋進行荷載試驗，檢驗橋梁受力性能和承載力是否達到設計及規(guī)范要求，檢驗鋼桁架橋的施工質量，驗證設計的合理性[1～4]。

圖1 某鋼桁架橋

2 檢測內容與方法

2.1 檢測方案

對鋼桁架橋作壓載試驗，測量其在人群荷載、汽車荷載下的撓度及部分桿件的應變。本試驗為非破壞性檢驗，只檢測在標準荷載下的變形和位移。根據(jù)設計要求，汽車荷載為一輛30 t汽車，因橋梁跨度為29 m，考慮安全因素，汽車荷載按靜載模擬；人群荷載為4 kN/m2，分四級加載，每級荷載為1 kN/m2，采用堆砂袋的方法模擬人群荷載，每個沙袋0.275 kN。

2.2 撓度與應變測點布置

(1) 測試每榀橋的主桁跨中、1/4跨、支座處的撓度，每榀橋共設10個位移計(圖2)。

注：括號外表示A軸線測點布置，括號內表示B軸線測點布置圖2 鋼桁架橋軸線主桁位移與應變測點布置

圖3 應變片布置

(2) 測試主桁下弦桿、上弦桿、腹桿的應變，每榀橋布置24個應變片(圖2)。截面Ⅰ-1，Ⅰ-2，Ⅰ-3，Ⅰ-4，Ⅱ-1，Ⅱ-2的應變片布置見圖3。

2.3 有限元建模計算

荷載試驗主要包括試驗準備、理論計算、現(xiàn)場試驗、結果分析評定等一系列工作。其中，對試驗橋梁在設計荷載和擬加試驗荷載作用下的理論分析計算工作，為評價結構工作性能和安全儲備提供重要指標，是荷載試驗中的核心工作[5]。

本試驗中采用ANSYS有限元分析軟件進行了有限元建模和計算分析,模型鋼桁架采用空間梁單元,橋面板采用板單元，有限元模型見圖4。利用該模型分別計算了各加載工況下各控制截面的位移和應變值，計算結果見表1。

圖4 某鋼桁架橋的有限元模型

人群荷載/(kN/m2)測量結果主桁A/mm測點1測點2測點3主桁B/mm測點1測點2測點31.0實測值0.4320.6120.4670.4470.9320.504理論值0.4790.6740.4790.4790.6740.479校驗系數(shù)0.9020.9080.9970.9340.9841.0532.0實測值0.8721.2660.9430.9041.3371.022理論值0.9571.3480.9570.9571.3480.957校驗系數(shù)0.9140.9390.9850.9450.9921.0683.0實測值1.3251.9171.4021.3732.0731.521理論值1.4362.0221.4361.4362.0221.436校驗系數(shù)0.9230.9480.9760.9561.0251.0594.0實測值1.7652.5601.8801.8162.7701.996理論值1.9142.6951.9141.9142.6951.914校驗系數(shù)0.9220.9500.9820.9491.0281.043

注：表中撓度已扣除支座沉降。

3 檢測結果與分析

鋼桁架橋人群荷載下的撓度見表1，汽車荷載下的撓度見表2；人群荷載下主要桿件的應變量測結果見圖5～圖7，汽車荷載下主要桿件的應變測量結果見表3。

表2 鋼桁架橋汽車荷載下的撓度

由表1、表2可以看出，實測值與理論計算值非常接近，校核系數(shù)均接近于1。只有少數(shù)校核系數(shù)大于1，且在人群荷載或者汽車荷載作用下的最大撓度為2.770 mm，遠小于JTJ 283-99《港口工程鋼結構設計規(guī)范》[6]規(guī)定的撓度允許值L/700=41.4 mm，靜載試驗的撓度結果表明鋼桁架橋施工質量優(yōu)良。

圖5應變結果表明，主桁下弦桿截面各點的應變趨勢一致，且截面各點的應變差別不大，表明下弦桿基本處于單軸拉伸狀態(tài)，這與桁架結構的受力特點是一致的。另外，鋼桁架橋的A、B 軸線主桁下弦桿應變圖基本一致，表明鋼桁架橋下弦結構受力均勻對稱，結構施工質量較高，達到了設計意圖。

圖6應變結果表明，主桁上弦桿截面各點的應變趨勢一致，但截面各點的應變差較大，表明上弦桿基本處于壓彎狀態(tài)。另外，鋼桁架橋的A、B 軸線主桁上弦桿應變圖差別也較大，尤其是B軸線主桁上弦桿17號點的應變。這表明鋼桁架橋上弦結構受力不均勻。但在設計荷載作用下，應變均在彈性范圍內，故其對結構的正常使用沒有影響。

圖5 鋼桁架橋人群荷載下的下弦桿應變

圖6 鋼桁架橋人群荷載下的上弦桿應變

圖7 鋼桁架橋人群荷載下的斜腹桿應變

圖8 鋼桁架橋人群荷載下的端斜桿應變

汽車荷載(30 t)軸應變平均值/με上弦桿下弦桿斜腹桿端斜桿A軸線-581440-37B軸線-6415--

注：從人群荷載下的桿件應變可以看出，鋼桁架橋桿件受力時，其截面應變主要為軸向應變，彎曲應變影響較小，故在汽車荷載下僅列出桿件測點的應變平均值。

由圖5～圖8可以看出鋼桁架橋在人群荷載下，A軸線主桁下弦桿最大拉應變?yōu)?48 με，上弦桿最大壓應變?yōu)?154 με，斜腹桿的最大拉應變?yōu)?4 με，端斜桿的最大壓應變?yōu)?139 με；B軸線主桁下弦桿最大拉應變?yōu)?41με，上弦桿最大壓應變?yōu)?111 με。

由表3可以看出，在汽車荷載下，A軸線主桁下弦桿平均拉應變?yōu)?4 με，上弦桿平均壓應變?yōu)?58 με，斜腹桿平均拉應變?yōu)?0 με，端斜桿平均壓應變?yōu)?37 με；B軸線主桁下弦桿平均拉應變?yōu)?5 με，上弦桿平均壓應變?yōu)?64 με。

應變結果表明，在設計要求的標準荷載下，各桿件的應變均在彈性應變范圍內。

4 結 論

鋼桁架橋在人群荷載或者汽車荷載作用下的最大撓度為2.770 mm，遠遠小于JTJ 283-99《港口工程鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定的撓度允許值L/700=41.4 mm，且靜載試驗的撓度結果與理論計算結果非常接近，表明鋼桁架橋施工質量優(yōu)良。

鋼桁架橋在人群荷載或者汽車荷載作用下，下弦桿最大拉應變?yōu)?48 με，上弦桿最大壓應變?yōu)?154 με，均在彈性應變范圍內。

[1] 趙 燁, 趙 超. 某新建橋梁成橋靜載試驗研究[J]. 山西建筑, 2008, 34(20): 306-308.

[2] 張華南, 韓 昀, 萬 水. 東營橋靜載試驗研究[J]. 黑龍江工程學院學報, 2008, 22(1): 34-36.

[3] 孫 健, 郜 慶. 平原橋單跨靜載試驗研究[J]. 安陽工學院學報, 2008, (6): 62-65.

[4] 丘 斌. 青竹湖橋的靜載試驗研究[J]. 鐵道建筑, 2005, (5): 4-6.

[5] 鄭 淳.橋梁荷載試驗理論分析準確性的影響因素分析[J].建筑監(jiān)督檢測與造價, 2009,2(9): 22-25.

[6] JTJ 283-1999, 港口工程鋼結構設計規(guī)范[S]